대한임상검사학회지 : 41 권제 1 호, 31-36, 2009 ISSN 1738-3544 ICP-MS 와 S 를이용한체내혈청 Cu, Zn 분석에관한연구 삼광의료재단 이예진 김동엽 이고은 조영숙 naysis of Copper, Zinc in Serum Using ICP-MS & S Yea-Jin Lee, Dong-Yub Kim, Go-Eun Lεe, and Young-Suk Jo Samkwang Medica Laboratory, Seou 137-887, Korea The exposure of human beings to toxic trace metas (Cu, Zn) continues to be an important pubic heath issue and concem. This study was conducted to assess the exposure to trace metas (Cu, Zn) in the genera Korean popuation by inductivey couped pasma mass spectrometry (ICP-MS) and tomic absorption spectrometry (S). Serum sampes were obtained from 40 heathy vounteers. Specimens were coected in specia container and we appied sampe processing to minimize contamination. We used ICP-MS and S to anayze simutaneousy the concentration of metas incuding copper, zinc. Distribution of trace meta eves in the genera heathy popuation showed ower vaues. The resuts in this study can provide background data for cinica studies associated with trace meta exposure in the korean popuation. Key WonJs : ICP-MS, S, Cu, Zn 1. 서론 산업고도화에따라환경오염과관련된생체내유해물질측정에대한요구가늘어나고있는추세이다. 중금속을비롯한환경오염물질에의해인체의면역기능이저하되거나여러생리기능에장애를가져오며암을비롯한여러가지질병에대한감수성이증가한다고알려져있다 (Mayer, 1999). 작업환경의오염이사회의중요한문제로대두되고있어해당근로자들이신체이상과작업과의연관성을확인하려는경우가많아졌으며, 일상생활환경 이오염물질또는유해물질에노출이되어받는영향에대한일반인의관심도점차고조되고있다. 이에따라음식이나물, 토양, 공기등에포함된유해물질의양측정에서부터생체내유해물질의축적정도나건강에미치는영향및위험도등에대한평가가필요하게되었다. 그런데, 인체가중금속에노출될수있는경로는매우다양하고개인마다흡수및대사, 노출기간등이매우달라서, 환경물질을직접정량하는방법이생체내노출량을직접반영한다고볼수없다. 따라서인체가중금속에노출된정도를평가하기위해서는생물학적지표를이용하여보 다정확한노출정도를예측하고위험도를평가하는것이 교신저자 : 이예진, ( 우 )137-887, 서울특별시서초구양재동 9-60 삼광빌딩, 특수화학검사팀 Te: 02-3497-5124, 016-9920-6101 E-mai: radic@smab.co.kr 바람직하다. 단중금속은처 내극미량으로존재하는원소 이기때문에민감도가매우우수하고정확한방법이요 구된다 ( 김, 2002). 31
대한임상검사학회지 41 (1 ):31-36, 2009 ICP-MS(Inductivey couped pasma mass spectrometry: 유도결합플라즈마질량분석기 ) 는 S(tomic absorption spectrometry : 원자흡광분광광도계 ) 같은분석장비들에비해많은장점을갖고있다. ICP-MS는유도결합방법으로생성된고온의플라즈마를이온원으로사용하므로이온화효율이좋고해석이단순한질량분석스펙트럼을제공하며방해물질의영향이적은특성이있다. 그러므로 ppb 이하의극미량분석에서도뛰어난정밀도를얻을수있어 100~1000 배정도의낮은검출한계와뛰어난재현성과정밀도를제공해준다 { 김과임, 2006). S보다 ICP가갖는주요한두가지장점은많은원소들에대하여 10 5 까지의동적농도범위가넓은점과, 시료중의여러원소들을동시에분석할수있도록비교적간단하게응용할수있는점등이다. 다수원소용 ICP 기기는시료를단한번만분무시켜도되는큰장점을가진다 {Savory와 Hermann, 1999). S를사용하면다만한가지나두가지원소만이동시에정량분석될수있다. 따라서 S로다수원소틀을분석하려면분무, 기기변수의조정및시료의적절한행적을반복하여야한다. 본연구자들은임상적으로의미가있는미량중금속들중한국인일반집단에서의혈청 Cu, Zn의농도를 S, ICP-MS 방법으로측정하여그기초자료를구축하고자한다. II. 재료및방법 1. 측정대상및검체선정삼광의료재단원내정상인 40 명의혈청을대상으로남, 녀성별은구분없이연령대는 20~30대로수집하였다. 검체수집은공복상태에서시행되도록하였으며식이에대한특별한사전통제는하지않았다. 겸체는일회용스테인레스스틸주사바늘을이용하여혈액을채취하여항응고제가첨가되지않은용기에수집하였다. 2. 검체준비 30 분간응고시간이지난뒤바로혈청을분리하였으며분석전까지멀봉하여냉동상태로보관하였다. 미량중금속측정에있어서는겸체수집, 운반, 조작등검사 전어느단계에서든일어날수있는오염을최소화하는것이무엇보다중요하다. 전과정에있어증류수는 type I 을이용하고용기의세척시에는 10% 질산 (HN03) 과뺑e 1 증류수를이용하였대sh와 Komaromy-Hier, 1997). 검사용기나검사환경관리를포함하여전과정에있어서외부오염을최소화할수있도록유의하였다. Type 1 증류수와폴리프로플렌용기의오염여부확인및검증을정기적으로시행하였다. 3. 검체전처리미량존재하는중금속의측정을위한겸제처리방법은여러가지가있으나단계를추가할수록오염및오차의가능성은더욱커지기때문에가능한단순한처리과정을택하는것이바람직하다 ( 이등, 2004). ICP-MS 방법은 1% HN03 을이용하여혈청을 10 배희석하였고, S 방법의경우멸균증류수를이용하여혈청을 6배희석하였다. 4. 중금속농도측정각각의방법은표준물질을이용하여제조한세가지농도의물질을사용하여측정법의신뢰성을확인하였으며정도관리물질이검사실에서자체설정한허용범위안에있는지확인후분석을진행하였다. 허용범위를벗어나는경우에는장비점검등오류의원언을파악후해결한후재분석하였다. 1) ICP-MS Perkin Emer Ean DRC-e장비 (US) 를이용하여 standard mode로측정하여 3 회반복 scanning 후평균값을취하였고, muti eement caibration set 3을이용하여제조한물질을사용하여측정법의신뢰성을확인하였다. 분석조건은 Tabe 1 과같다. 2) S Varian Spect 220 장비를이용하여 3 회측정반복한결과의평균값을취하였고, Cu, Zn standard 물질을사용하여직선성을확인하였다. 분석조건은 Tabe 2와같다. 32
빼뼈M 聊聊뼈- 빼빼쩌빼Korean J. Cin. Lab. Sci. 41(1):31-36, 2009 Tabe 1. Condition of measurement (ICP-MS) Item RF power Gas f10w rated Interface Mass Spectrometer forward ref1ected Pasma r Nebuizer r uxiiary r Samping cone skimmer cone Component Ion ens votage nu Lu ρ gl U깨, @, 1, n끼νm n 앓입+t C n e m m p m Vaue 1.35 KW <3 W 18 Lmin 0.9 Lmin 1.3 Lmin Nicke 1.1 mm Nicke 0.9 mm Optimized for 10 ppb e(9), Co(59), In(1 15), U(238) Peak hopping 6.36 sec 3 35 sec 15 sec 35 sec Tabe 2. Condition of measurement (S) Item Vaue Caibration mode Concentration Measurement Mode Integrate Waveength 3 Cu 324.8 nm Waveength Zn : 213.9 nm Fame Type ir/ cetyene ir Fow 13.5 Lmin cetyene Fow 2.00 Lmin Cu 300,600,900 g/dl Standard Zn : 150,300,600 μg/dl @ 정밀도평가정밀도평가는동일시료들을반복측정하여변동계수 (coefficient of variation: CV) 로표현하였고, intra assay 와 inter assay를시행하였다. 그결과는다음과같으며 CV가 3% 미만으로높은정밀도를나타내었다. @ 결과분석표준물질에의한표준곡선을얻어직선성을확인한뒤 Tabe 3. Evauation of precision Item method Concentration Intra assay (%) Inter assay (%) Cu S Low 2.60 1.36 Midde 0.37 0.94 High 1.20 1. 10 ICP-MS Low 0.30 1. 12 Midde 0.23 0.79 High 0.58 0.36 Zn S Low 1.90 2.11 Midde 1.21 0.76 High 0.79 1.94 ICP-MS Low 0.69 0.98 Midde 0.46 0.64 High 0.42 0.35 이에의해겸체중분석대상물질의농도를계산하였다. ICP-MS의 경우 detector에 의해 각각의 m1z( mass-tocharge ratio: 질량대전하비 ) 에해당하는 counts를측정 하고해당 counts 수를농도로환산하였고 S 의 경우 각각의농도값을그대로확인하였다. 33
대한임상검사학회지 41 (1 ):31-36, 2009 Tabe 4. Concentration in serum Copper (μg/dl) Item N mean SD 2.5 50 Percenties 95 97.5 S 40 74.2 20.2 48.2 70.8 114.7 159.0 ICP-MS 40 70.6 17.3 48.5 69.1 103.5 147.9 를 κ* Fig. 1. S anaysis for cupper.. Cu graph. frequency anaysis Fig. 2. ICP-MS anaysis for cupper.. Cu graph,. Cu frequency anaysis 종합하여볼때두원소의각방법에따른정밀도는우수하며 S와 ICP-MS 방법간의상관계수가 Cu의경우 r=0.9202로높은일치율을보였고, Zn의경우 r=0.7275 의결과를보였다. Cu의경우 ICP-MS 와 S로분석결과는대체로비슷하고, Zn의경우 ICP-MS 보다 S 분석시결과값이 positive bias를보이는것을확인하였다. IV. 고 전세계적으로중금속측정은 S 방법으로많이하고있는실정이나점차적으로 ICP-MS 방법으로전환되고있다. 또한각각의금속에대한지식이축적되고분석기술이발전할수록위해도평가가필요하다고인정되고기술적으로측정이가능한대상중금속의종류는더욱많아질것이분명하다. 본연구의경우한국일반인에서혈청내 Cu, Zn 노출수준평가를위한 S와 ICP-MS 찰 34
Korean J. Cin. Lab. Sci. 41(1):31-36, 2009 Tabe 5. Concentration in serum Zinc (gdl) Item N mean SD Percenties 2.5 50 95 97.5 S 40 87.4 13.3 6 1.5 86.3 117.6 130.0 ICP-MS 40 64.2 9.7 46.7 64.0 81.5 89.0 Fig. 3. S anaysis for zinc.. Zngraph. freguεncy anaysis Fig. 4. ICP-MS anaysis for zinc.. Zn graph,. Zn frequency anaysis 방법간의객관적인기초자료를얻기위해검체수집에서부터분석에이르기까지 Cu. Zn 측정결과의신뢰성을확보하고자노력을기울였다. 본연구에포함된 Cu, Zn은필수미량원소로써인체대사에중요한역할을하지만과량축적될경우나결핍되었을경우역시위해작용을일으킨다고알려져있다. 이에본연구를통하여얻은자료는일반인체내의중금속축적수준을파악하고 S와 ICP-MS 방법간의상 관성에대한기초자료를구축하고자하였다. 본연구결과를종합하여볼때 ICP-MS 와 S로측정한결과값을비교하였을때유의한차이가없고 (Tabe 4, 5), 새롭게대두되고있는 ICP-MS 경우간단하게여러원소들을동시에분석할수있도록응용할수있는점과시료를단한번만분무시키면된다는장점을가지므로임상적으로 Cu, Zn 검사에적용하여도무방하리라고생각된다. 35
대한임상검사학회지 41 (1 ):31-36, 잉 09 힐건부를 4 ~ - :.....;. sh KO, Komaromy-Hier G. naysis of cinica speamεns using inductivey couped pasma mass spectrometη. In Wong SH, Sunshine 1. eds. Handbook of anaytica therapeutic drug monitoring and toxicoogy. p107-126, CRC press Inc, oca Raton, 1997. 2. Mayer TP. Toxic Metas. In : uritis C nd shwood ER, eds, Tiets textbook of cinica chemistry. 3rd ed. p783-784, W Saunders, Phiadephia, 1999 3. Savory J, Heman 1\α1. dvaces in instrumenta methods for the measurement and speciation of trace metas. nn Cin Lab Sci 29:118-126, 1999. 4. 김경희, 임현숙. 성인여성의미량무기질 (Fe, Zn, Cu, Mn, Se, Mo 및 Cr) 섭취량. 한국가정과학회지 2006 5. 김선희. 한국인의체내중금속오염도조사연구. 독성물국가관리사업연구보고서제 권, The nnua Report of KNTP, Vo1. 1, 497-519. 2002. 6. 이수연, 오현주, 최윤호, 김종원, 김선희. 유도결합플라즈마질량분석기를이용한체내미량금속분석. 대한진단검사의학회지제 24권제 6호 2004 36