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한국환경분석학회지제 11 권 ( 제 3 호 ) 217~221, 2008 J. of the Korean Society for Environmental Analysis 고성능액체크로마토그래피를이용한수중에서의 Fullerene(C 60 ) 분석 장제헌 김정희 이재희 한국수자원공사수돗물분석연구센터 Analysis Method of Fullerene(C 60 ) in Water Using High-Performance Liquid Chromatography Je-heon Jang, Jeong-hee Kim, and Jae-hee Lee Water Analysis & Research Center, Korea Water Resources Corporation 560 Sintanjin-Ro, Daedeok-Gu, Daejon, Republic of Korea The fullerene (C 60 ) is a material which is found in various areas; aerospace, environment, insulation batting material, lubricant, superconducting, macromolecular and catalyst. Analytical methods for samples with high concentration have been reported. In this article, analytical method using HPLC/DAD after liquid-liquid extraction is developed for the measurement of trace-level fullerene (C 60 ) in water. The coefficient of determination (r 2 ) was 0.9999 for the calibration curve in the range of 0.1 µg/l to 5.0 µg/l Method detection limit (MDL) and practical quantitation limit (PQL) was determined with replicate analysis of 0.2 µg/l spiking level were 0.028 µg/l and 0.141 µg/l, respectively. The recoveries for matrix spike sample were ranged 79 to 82% at the 0.1 µg/l and 0.2 µg/l spiked levels. Key words : Fullerene(C 60 ), HPLC/DAD, Toluene, Liquid-liquid extraction(lle) 1. 서론 21세기대표적인나노소재인 Fullerene(C 60 ) 은 1985 년영국서섹스대학의크로토박사와미국라이서스대학의로버트컬주니어그리고리처드스몰리에의해발견되었다. Fullerene(C 60 ) 은현재전지, 우주항공, 환경, 단열소재, 윤활제, 초전도물질, 고분자, 촉매등다양한응용분야에서사용되고있는물질이다. Fullerne 은 Smalley와 Kroto 연구팀에의해 60개의탄소가축구공모양으로결합하여생긴탄소 cluster로, 구형이며지름이약 7Å인비극성 (non-polor) 의분자로비극성용매에잘녹으며그내부에는주기율표에있는어떤원소도포함할수있을정도의공간이존재한다고알려져있다 1). 그리고 Fullerene(C 60 ) 이수계에방출될경우그중일부가 NOM(natural organic matter) 과잘결합한다는논문이발표되면서새로운신규유해물질 로대두되고있다 2). 또한 Colvin 등 (2005) 에의하면 Fullerene(C 60 ) 을물에넣으면 nano-c60' 이라는콜로이드성물질을생성하여 20 µg/l 정도의농도에서사람의피부세포와간악성종양세포에세포독성이확인되었으며 8), 현재 Fullerene(C 60 ) 에의한환경위해성연구는진행중에있다. 그리고 Fullerene(C 60 ) 화합물분석을위해고농도는핵자기공명법또는적외선분광법을사용하며, 저농도의경우에는 CE-MS, LC-MS 3) 그리고 HPLC를이용한분석방법이많이연구되고있지만, 아직은 Fullerene(C 60 ) 을분석하는공인된분석방법은정립되어있지않은상태이다. 이에본연구에서는수중에극미량존재할수있는 Fullerene(C 60 ) 의분석법을정립하여국내수계별대표정수장에대한모니터링을실시하였다. To whom correspondence should be addressed. E-mail: heon@kwater.or.kr

218 장제헌 김정희 이재희 2. 연구방법 2.1. 연구대상물질본실험에이용된 Fullerene(C 60 ) 은 Table 1과 Fig. 1에서보는바와같이물에대한용해도는거의없으며톨루엔에주로녹는물질로알려져있으며, 탄소원소 60개가축구공모양으로결합하여생긴탄소클러스터형태를띠고있다. 2.2. 시약및표준용액본실험에사용된표준물질은 Aldrich사 (CA, USA) 로부터구입한것을사용하였으며, Fullerene(C 60 ) 표준액은표준물질 100 mg을톨루엔 100 ml에녹여표준 원액 1000 mg/l를조제하였다. 용매와용질의분리능을높이기위하여 NaCl(Wako, Osaka, Japan) 은특급이상을사용하였으며, 추출용매로는톨루엔 (J.T. Baker, Kentucky, USA) 을사용하였다. 또한중간표준액 1 mg/l를톨루엔에조제후증류수에 0.1~5.0 µg/l범위로희석하여전처리후표준액농도와면적의비에따라외부표준법에의하여정량하였다. 또한정량한결과를가지고 Fullerene(C 60 ) 에대한검출한계, 정량한계, 정확도, 정밀도그리고회수율을측정하였다. 2.3. 분석장비본연구에서사용된기기는액체크로마토그래피 (HP 1100, Agilent, California, USA) 이며, Pump는 quat Table 1. Physical and chemical properties of Fullerene (C 60 ) Name Fullerene(C 60 ) CAS Registry Number 99685-96-8 Synonyms BuckminsterFullerene(C 60 ), Fullerene(C 60 ) Structure 물리화학적특성 Molecular formula Solubility in toluene Molecular weight C 60 3,200 mg/l 720.66 Fig. 1. Chemical structures of Fullerene.

고성능액체크로마토그래피를이용한수중에서의 Fullerene(C 60 ) 분석 219 pump(g1311a) 를이용하였고또한 Autosampler (G1313A) 와 DAD(G1315B) 를사용하였다. 분석에사용된컬럼은 Table 2에나타낸바와같이톨루엔용매에잘견디는 Cosmosil Packed column(waters, Massachusetts, USA) 을이용하였다. 간진탕하였고, 5분간안정시킨후상층의톨루엔을취한후 TurboVap(Zymark, Boston, USA) 을이용하여완전증발건고시킨후, 톨루엔 0.5 ml을첨가하여재용리하였다. 그리고재용리된시료를 2 ml 바이알에옮겨서 HPLC/DAD로분석을실시하였다. 2.4. 분석방법본실험에서사용한 Fullerene(C 60 ) 의물리 화학적특성을 Table 1에나타내었으며, 액체크로마토그래피의분석조건은 Table 2에제시한바와같이이동상조건을톨루엔 100% 로하여분석을실시하였다. 그리고전처리방법은물시료 50 ml을 65 ml 유리 Vial에넣은후 500 o C에서구운 NaCl 10 g을넣어완전용해한후, 톨루엔 10 ml을첨가하여진탕기 (Tube Shaker, JISICO, Seoul, Korea) 를이용하여 200 rpm에서 10분 Table 2. Operating conditions for the analysis of Fullerene(C 60 ) in water by HPLC/DAD Parameter Condition Column Cosmosil, Buckyprep 4.6*250 mm, 5 µm Column Temperature 40 o C Injection volume 50 µl Flow Rate 1.0 ml/min Run Time 12 min Mobile Phase Toluene 100 % Detector DAD 335 nm (Ref. 360nm) 3. 결과및고찰 3.1. Fullerene(C 60 ) 의크로마토그램및정량액액추출에의한 Fullerene(C 60 ) 분석결과는 Fig. 2 와 Fig. 3에서보는바와같이 UV 335 nm에서 R.T. 7.33 min에서피크를나타내었다. 또한표준용액을톨루엔에 10~500 µg/l 범위로희석하여작성한검량곡선과증류수에 0.1~5.0 µg/l 범위로희석하여시료와동일하게전처리한후작성한검량곡선을보면두검량곡선모두상관계수가 0.9999 이상의매우우수한직선성을나타내었다. 3.2. 검출한계및회수율측정위분석방법의유효성검증을위한정확도와정밀도측정을위하여증류수에희석한검량곡선용표준물질중 0.2 ug/l 표준용액을 6회반복측정하여평균, 표준편차등을구했고, 이를이용하여검출한계, 정량한계, 상대표준편차등을작성했다. 그결과 Table 4에나타낸바와같이정확도와정밀도는각각 101.9% 와 4.6% 를보였다. 그리고증류수에 0.1 µg/l와 0.2 µg/l를첨가하여전처리한시료를 6번반복측정한결과 79~82% Fig. 2. Typical chromatogram of Fullerene(C 60 ). (a) Blank, (b) Spiked sample in water.

220 장제헌 김정희 이재희 Fig. 3. 3D spectrum of Fullerene(C 60 ) chromatogram. Fig. 4. Standard calibration curve of Fullerene(C60). (a) Direct curve, (b) LLE curve. Table 3. Equation and determination coefficients(r 2 ) for the calibration of Fullerene(C 60 ) Determination Equation Coefficient(r 2 ) Fullerene(C 60 ) Y = 0.1251 X - 0.1673 1.0000 ( 평균 80.3%) 의회수율을얻을수있었다. 또한 Table 5에서보는바와같이검출한계와정량한계는각각 0.028 µg/l과 0.141 µg/l이었으며, signal to noise ratio는 6.1:1이었다 Table 4. Accuracy, Precision and Recovery ratio of Fullerene(C 60 ) Retention Time (min) STD DEV Accuracy(%) Precision(%) RSD(%) Recovery(%) Fullerene(C 60 ) 7.33 0.0094 101.9 4.6 4.6056 79~82

고성능액체크로마토그래피를이용한수중에서의 Fullerene(C 60 ) 분석 221 Table 5. Detection limit of Fullerene(C 60 ) Fortification (µg/l) Method Detection Limit(µg/L) Practical Quantitation Limit(µg/L) S/N Ratio Fullerene(C 60 ) 0.200 0.028 0.141 6.1:1 * MDL : SD*t = SD * 3.14, (n=6, 1-a=0.99), PQL : MDL * 5 (Ref : Standard methods 20th edition, 1030C Method detection level) SD : Standard Deviation MDL : Method Detection Limit, PQL : Practical Quantitaion Limit 3.3. Fullerene(C 60 ) 의수계별검출현황잠정유해성물질인 Fullerene(C 60 ) 을수중에서의검출현황을알아보기위하여한강, 낙동강, 금강-섬진강수계별로구분하여분석을실시하였는데, 한강수계는 9개정수장의원수와정수에대하여분석을실시하였고, 낙동강수계의 10개정수장과금강-섬진강수계의 12개정수장등총 44개정수장의원수와정수를채수하여실험을실시하였다. 그결과 Table 6에서보는바와같이전수계의정수장에서모두불검출로나왔다. Table 6. Results of typical water system Basin Fullerene(C 60 ) Han River(11 sites) Not Detected Nakdong River(17 sites) Not Detected Kum-Seomjin River(16 sites) Not Detected 4. 결론수중의잠정유해성나노물질인 Fullerene(C 60 ) 을극미량으로분석하기위하여톨루엔을이용한액액추출, 농축후액체크로마토그래피-UV검출기를이용하여분석한결과는아래와같은결론을얻었다. 첫째, 수중 Fullerene(C 60 ) 을 HPLC/DAD를이용하여분석한결과머무름시간 7.33 min과분석파장 335 nm이었다. 둘째, 톨루엔을이용하여액액추출 농축후회수율을검토한결과약 80.3% 이였으며, 0.1~5.0 µg/l의농 도범위의시료를증류수에희석하여전처리후검량곡선을작성한결과직선성이 0.9999로매우우수한직선성을보였으며, 검출한계및정량한계측정결과 0.028 ug/l, 0.1415 µg/l로나타났다. 그리고정확도와정밀도는각각 101.9% 와 4.6% 를얻을수있었다. 셋째, 44개정수장원 정수에대한실태조사결과전지점불검출되었다. 참고문헌 1. 이교유, 김용우, 황정호, 한국연소학회지, 2001, 7(4). 36-44. 2. Jaesang Lee, John D Fortner, Environ Sci, 2007, 2529-2535. 3. Joel R. Deye, Amber N. Shiveley, Stuart A. Oehrle, Keith. Walters, Journal of Chromatography A, 2008, 1181, 159-161. 4. Fathi Moussa, Monique Pressac, Jornal of chromatograhy, 1997, 153-159. 5. Mineo Takatsuiki, Yoshiyuki Inoue, Chemicals Evaluation and Research Institute,Japan(CERI). 6. James M. Treubig Jr., Phyllis R. Brown, Journal of chromatography A, 2002, 960, 135-142J. 7. Sharron G. Penn, David A. Costa, Alan. L. Balch, Carlito B. Lebrilla, International journal of Mass Spectrometry and Ion Processes, 1997, 169/170, 371-386. 8. Christie M. Sayes, Andre M. Gorbin, Kevin D. Ausman, Joe Mendez, Jennifer L. West, Vickil. Colvin, Biomaterials, 2005, 26, 7587-7595.