Printed in the Republic of Korea ANALYTICAL SCIENCE & TECHNOLOGY Vol. 33, No. 3, 115-124, 2020 https://doi.org/10.5806/ast.2020.33.3.115 Note ( 단신 ) Method comparison for analyzing formaldehyde in marker pen ink Kwang Seo Park 1,2, Yong Shin Kim 1,, and Eun Kyung Choe 2, 1 Department of Applied Chemistry, Hanyang University, 55 Hanyangdaehak-ro, Ansan 15588, Korea 2 Regulatory Chemical Analysis Center, Korea Institute of Industrial Technology, 143 Hanggaul-ro, Ansan 15588, Korea (Received November 4, 2019; Revised January 23, 2020; Accepted January 23, 2020) 마킹펜잉크내폼알데하이드분석법비교 박광서 1,2 김용신 1, 최은경 2, 1 한양대학교응용화학과, 2 한국생산기술연구원환경규제기술센터 (2019. 11. 4. 접수, 2020. 1. 23. 수정, 2020. 1. 23. 승인 ) Abstract: Marker pens belong to school things that are controlled by the regulation system called safety confirmation under special act on the safety of products for children with the formaldehyde criteria of 20 mg/ kg. With nine marker pens available commercially, formaldehyde in marker pen ink was analyzed by present test standard where marking on a fabric swatch with a pen and extracting the swatch in water and derivatization with Nash reagent followed by UV/Vis spectrophotometeric measurement (Nash-UV/Vis method), giving not detected results or a false positive result in case of a colored water extract. However, the contents of formaldehyde in ink of nine marker pens were determinded to range between 3.2 ~ 93.2 mg/kg with three results above the safety criteria of 20 mg/kg by HPLC/DAD measurements on DNPH derivatives of formaldehyde (DNPH-HPLC/ DAD method) in ink dissolved directly in water using an ultrasonic bath. Therefore, the DNPH-HPLC/DAD method with the extraction of ultrasonic dissolving ink in water is proposed as a proper method for analyzing formaldehyde in ink. The proposed method has advantages of lower detection limit and accuracy with colored extracts as well as a simple and fast extraction. The accuracy and precision of this method was estimated to be 90.1 ~ 105.4 % and 0.6 ~ 3.3 %, respectively by spiking tests in the ranges of 20 mg/kg and 40 mg/kg using matrixes such as highlighter pen ink, board marker ink, chalk marker pen ink and painter marker ink. 요약 : 마킹펜류는어린이제품법의안전확인으로관리되는학용품품목으로서, 폼알데하이드함유량에대한안전기준은 20 mg/kg이다. 시중에유통되는마킹펜 9 종을현행시험법인백포필기후증류수추출액을 UV/Vis 흡광광도계로분석 ( 이하 Nash-UV/Vis 방법 ) 한결과폼알데하이드가검출되지않았고수성잉크와같이항시추출액이유색을띠는경우거짓양성결과를보였다. 반면, 잉크를직접초음파를이용하여용해한증류수액을 DNPH 유도체화한후 HPLC/DAD로분석 ( 이하 DNPH-HPLC/DAD 방법 ) 한결과, 최소 3.2 mg/kg ~ 최고 93.2 mg/kg이었고, 3 종제품이안전기준 20 mg/kg을초과하였다. 따라서, Corresponding author Phone : +82-(0)31-400-5507, +82-(0)31-8040-6211 Fax : +82-(0)31-400-5457; +82-(0)31-8040-6230 E-mail : yongshin@hanyang.ac.kr; ekchoe@kitech.re.kr This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons. org/licenses/ by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 115
116 Kwang Seo Park, Yong Shin Kim, and Eun Kyung Choe 추출과정이빠르고용이하도록잉크를직접증류수에용해한후 DNPH-HPLC/DAD 분석방법으로잉크내폼알데하이드안전기준 20 mg/kg 이하여부를판단할수있도록제안하고자하며, 이방법은 Nash- UV/Vis 방법의검출한계및색상물질추출시의거짓양성결과의한계를극복할수있다. 형광펜, 보드마카, 물백묵, 페인트마카의잉크매트릭스를사용하여 20 mg/kg 및 40 mg/kg의범위에서스파이킹방법으로산출한 DNPH-HPLC/DAD 분석방법의정확도및정밀도는각각 90.1 ~ 105.4 % 및 0.6 ~ 3.3 % 이다. Key words: Formaldehyde, marker pen ink, safety criteria, Nash-UV/VIS, DNPH-HPLC/DAD 1. 서론화학물질의안전관리는화학물질자체의안전관리및화학물질이함유된제품의안전관리관점에서살펴볼수있는데, 국내에서시행되어온화학물질및제품관리제도를정리해보면 Fig. 1(a) 와같다. 국가기술표준원에서는전기용품과생활용품의효율적인안전관리를위해 2001년부터공산품에적용해오던품질경영및공산품안전관리법 ( 약칭 : 공산품안전법혹은품공법 ) 과 1974년부터전기용품에적용해오던전기용품안전관리법을개정하여전기용품및생활용품안전관리법 (Electrical Appliances and Consumer Products Safety Control Act) ( 약칭 : 전기생활용품안전법 ) 으로통합한법을 2017년 1월 28일시행하였고, 공산품을생활용품으로용어를변경하여현재안전인증, 안전확인, 공급자적합성확인, 안전기준준수의 4 가지방법으로안전관리를하고있다. 1-5 어린이제품안전특별법 (Special Act for Child Product Safety Controls) ( 약칭 : 어린이제품법 ) 은 2017년 1월시행되었으며, 13세이하의어린이가사용하는어린이제품을대상으로안전인증, 안전확인, 공급자적합성확인의 3가지방법으로안전관리를하고있으며, 기본적으로어린이제품공통안전기준을적용하고있다. 6 전기생활용품안전법및어린이제품법이제품출시전의인증제도라고하면, 제품안전기본법 (Framework Act on Product Safety, 2011 년 2월시행 ) 은제품출시후의안전관리를위한결함제품리콜및시장감시제도이다. 2 2009년시행된환경보건법 (Environmental Health Act) 에서도 2013년 9 월부터어린이용품환경유해인자사용제한등에관한규정이시행되어다이-n-옥틸프탈레이트 (DNOP) 와다이이소노닐프탈레이트 (DINP), 트라이뷰틸주석 (TBT), 노닐페놀 (NP) 의 4종을어린이용플라스틱제품 ( 장난감및문구용품 ), 어린이용목재제품및어린이용잉크제품등에서각각사용제한하고있다. 7 이러한화학물질및제품관리제도에서폼알데하이 드는생활용품및어린이제품뿐만아니라화학물질의등록및평가등에관한법률 (Act on the Registration and Evaluation, etc. of Chemical Substances)( 약칭 : 화학물질등록평가법 ) 의제한물질, 생활화학제품및살생물제의안전관리에관한법률 ( 약칭 : 화학제품안전법 ) 의안전확인대상생활화학제품 ( 세정제, 제거제, 섬유유연제, 광택코팅제, 특수목적코팅제, 녹방지제, 다림질보조제, 접착제, 접합제, 방향제, 탈취제, 미용접착제, 문신용염료, 살균제, 살조제, 기피제, 초 ), 화장품법 (Cosmetics Act) 의화장품과물티슈, 위생용품관리법 (Hygiene Products Control Act) 의위생용품 ( 일회용종이냅킨, 일회용기저귀, 화장지, 일회용행주등 ), 환경보건법의어린이용품환경유해인자및어린이활동공간실내오염물질시험항목으로서각각의안전기준에따라규제되고있다 (Fig. 1(b)). 8-11 학용품 (School things) 은어린이제품법의안전확인으로관리되는품목으로서, 학용품품목에속하는보드마카, 형광펜, 사인펜등을통칭하는마킹펜류는부속서 11의안전확인안전기준에의해관리된다. 폼알데하이드는학용품품목중에서마킹펜류의잉크와문구용풀에규제하는유해물질항목으로그허용치는 20 mg/kg 이하이다. 12 부속서 11에제시된표준시험법은 Table 1의시험법 2에요약하였으며, 본연구에서는마킹펜류의잉크내폼알데하이드를분석하는현재표준시험법의한계를검토하고이를대체하여사용할수있는폼알데하이드분석법을제안하고자한다. 2.1. 시약 2. 실험 폼알데하이드는인증표준물질 (Accustandard, 1,001 mg/l in water, US) 과분석용표준시약 (Sigma-Aldrich, 37.2 %, US) 을사용하였고, ammonium acetate (Sigma- Aldrich, 99 %, US), acetic acid (J.T. Baker, 100 %, US), Analytical Science & Technology
Method comparison for analyzing formaldehyde in marker pen ink 117 Fig. 1. (a) History of regulations related to safe management of chemical substance and products in South Korea and (b) Mapping of safe management of formaldehyde in the regulations. acetylacetone (Sigma-Aldrich, 99 %, US), 2,4-dinitrophenylhydrazine (Sigma-Aldrich, 97 %, US), o-phosphoric acid (Samchun, 85 %, KR), dimedone (Sigma-Aldrich, 99 %, US), ethanol (Honeywell, 99.9 %, US) 및 acetonitrile (J.T. Baker, 99.9 %, US) 을시약그대로사용하였다. 증류수는초순수제조장치 (aquamax TM Ultra 371, YL, KR) 를이용하여제조하였다. 2.2. 마킹펜시료시중에유통중인문구류가운데수성잉크기반의형광펜 ( 노란색상 ) 3종과유성잉크기반의보드마카 ( 검정색상 ) 3 종, 물백묵 ( 흰색상 ) 1종및페인트마커 ( 흰 Vol. 33, No. 3, 2020
118 Kwang Seo Park, Yong Shin Kim, and Eun Kyung Choe Table 1. Test methods for analyzing formaldehyde in marker pen ink Test method Extraction Derivatization Measurement 1 Dissolving ink in water using an ultrasonicator Reaction with DNPH reagent HPLC/DAD (detection at λ max : 360 nm) 2 (1) Marking 5 lines of 10 cm with a pen on a white fabric swatch washed and ironed at 80 o C (2) Shaking a fabric swatch using a water bath (40 o C, 60 min) Reaction with Nash reagent UV/Vis (detection at λ max : 412 nm) 색상 ) 2 종을대형마트에서구매하여수행하였다. 2.3. 장비및기기 마킹펜잉크에서폼알데하이드를용해하기위하여온도조절이가능한초음파추출기 (8510, Branson, US) 를사용하였고, 마킹펜으로필기한백포에서폼알데하이드를추출하고유도체화반응의진행을위하여온도조절이가능한항온수조교반장치 (BS-31, JEIO TECH, KR) 를사용하였다. 폼알데하이드의정량분석에는 UV/Vis spectrophotometer (Cary 5000, Varian, Agilent, US) 와 High-performance liquid chromatography/ diode-array detector (HPLC/DAD) (Alliance 2690 HPLC, 2996 DAD, Waters, US) 를사용하였다. 2.4. 시료준비및폼알데하이드추출 폼알데하이드추출은 Table 1과같이현행표준방법과비교시험방법으로구분하여준비하였다. 현행표준방법은마킹펜으로필기한섬유백포를증류수로추출액한액을이용하는것으로, 백포에 10 cm의직선 5줄을필기하기전및후의무게를측정하여도입된잉크의양을기록하였다. 필기된백포는상온 상습에서 1시간방치한후마킹펜이필기된부분을가 위로자른시험편 0.5 g을삼각플라스크에넣고 50 ml의증류수를첨가하여 (40±2) o C의항온수조교반장치에서 (60±5) 분동안유지시켜추출한후필터를사용하여여과하였다. 비교시험방법으로는마킹펜에서분리된잉크 0.5 g을 25 ml 부피플라스크에넣고증류수를첨가하여 (40±2) o C의초음파추출기에서 (60±5) 분동안유지시켜잉크를용해한후필터로여과하여준비하였다. 2.5. 시료준비및폼알데하이드의유도체화 2.4에따라준비된두가지폼알데하이드추출시료액으로 Nash 시약과의유도체반응및 2,4-dinitrophenylhydrazine ( 이하 DNPH) 와의유도체반응을수행하였다. Nash 시약은 ammonium acetate 150 g과 acetic acid 3 ml, acetylacetone 2 ml를넣고전체양이 1 L가되도록증류수에희석하여제조하였다. Nash 반응은백포의증류수추출액 5 ml에 Nash 시약 5 ml를 50 ml 바이알에각각넣어혼합한후 (40 ± 2) o C의항온수조교반장치에서 (30 ± 5) 분동안진행하였다. DNPH 시약은 DNPH 0.1 g을 acetonitrile에완전히녹인후 o-phosphoric acid 2 ml를첨가하여전체양이 100 ml가되도록 acetonitrile을표선까지채워제조하였다. DNPH 반응은시료액 5 ml에 DNPH 시약 0.5 ml와 acetonitrile 3 ml를 50 ml 바이알에각각넣어혼합한후 (40 ± 2) o C의항온수조교반장치에서 (30 ± 5) 분동안진행하였다. 2.6. 기기분석폼알데하이드와 Nash 시약이반응하여생성된 3,5- diacetyl-1,4-dihydro 2,6-lutidine( 이하 Nash-formaldehyde) 을 UV/Vis spectrophotometer로 200 nm에서 800 nm 까지스캔하여관찰하였고, 이과정에서확인한최대흡수파장인 412 nm를정량파장으로사용하였다. 검량곡선은폼알데하이드분석용표준시약을증류수에희석하여제조된농도범위 5개 (0.3, 0.9, 1.5, 3, 6 mg/ L) 를 Nash 시약과반응시킨 Nash- 폼알데하이드표준용액의흡광도를측정하여작성하였고증류수를바탕용액으로이용하였다. Formaldehyde-2,4-dinitrophenylhydrazine ( 이하 formaldehyde-dnph) 는 HPLC/DAD로정량하였다. Capcell Pak C18 UG120 컬럼 (4.6 150 mm, 5 µm, Shiseido, JP) 을사용하여 acetonitrile과증류수의비율을 60 : 40으로용출하여분리하였고, 검량곡선과바탕용액은 Nash 반응에서사용된농도범위 5개및증류수를각각이용하였다. 이과정에서확인된 formaldehyde-dnph의최대흡수파장인 360 nm를정량파장으로사용하여다이오드배열검출기 Analytical Science & Technology
Method comparison for analyzing formaldehyde in marker pen ink 119 로검출하였다. 2.7. 유색시료의디메돈반응마킹펜으로필기한섬유백포를증류수로추출한액이색을띄는경우, 추출액과 Nash 반응한액및추출액과디메돈반응후 Nash 반응한액의두시료를마련하였다. 디메돈 1 g을에탄올 100 ml에완전히녹여제조한디메돈에탄올용액을제조하였고, 증류수추출액 5 ml와디메돈에탄올용액 1 ml를 50 ml 바이알에각각넣어혼합한후 (40 ± 2) o C의항온수조교반장치에서 (10 ± 5) 분동안유지시킨후 5 ml의 Nash 시약을첨가한후흔들어서 (40 ± 2) o C의항온수조교반장치에서 (30 ± 5) 분동안유지시킨후실온에서방냉하였다. 2.8. DNPH-HPLC/DAD 방법의정확도및정밀도폼알데하이드인증표준물질을증류수에 100배및 200 배희석한두가지폼알데하이드용액을준비하여각용액 1 ml와형광펜, 보드마카, 물백물, 페인트마카의잉크각 0.25 g을넣고총 25 ml 시료액이되도록증류수를첨가하여 2.4에따라초음파추출기에서용해한후 DNPH-HPLC/DAD 분석을수행하였다. 2.6 으로부터얻은검량곡선을이용하여스파이킹한후의폼알데하이드농도를측정하였다. 이농도에서스파이킹전측정한폼알데하이드농도를뺀값을스파이킹한폼알데하이드와스파이킹전의폼알데하이드를더한농도로나누어회수율을계산하였다. 마킹펜시료별로증류수추출액을매트리스로사용하여전처리부터기기분석까지 3회반복분석하여회수율평균과표준편차를계산하여 DNPH-HPLC/DAD 방법의정확도및정밀도로사용하였다. 3. 결과및토의 Fig. 2. Calibration curves for Nash-UV/Vis and DNPH- HPLC/DAD measurements of formaldehyde. 용해하여 DNPH-HPLC/DAD 방법으로폼알데하이드를정량한값은 5 종이 (3.2 ~ 8.4) mg/kg 범위에속했으며, 3종이 (14.5 ~ 29.9) mg/kg 범위에속했고 1 종이 93.2 mg/kg 으로최고값을보였다. 어린이제품법안전확인에의해관리되고있는학용품의마카펜잉크내폼알데하이드기준인 20 mg/kg를참고하면 9종중 3종이안전기준을초과하였다. 그러나, 백포에통상의필기상태에서 10 cm의직선을 5개필기한후증류수로백포를추출한후 Nash-UV/Vis 방법으로폼알데하이드를측정해보면 9종모두미검출혹은 100 ~ 1000 mg/kg 단위의거짓양성결과가나왔다. 거짓양성결과를갖는시료의 UV/Vis 스펙트럼을보면최대흡수파장 412 nm를갖는피크가관찰되지않는다. 폼알데하이드를추출한시료액이노란색을띠는노란색형광펜의수성잉크 3종이이에속했다. 잉크내폼알데하이드의근원은점도조절을위해사용되는 phenol-formaldehyde, acetophenone-formaldehyde, cyclohexanone-formaldehyde 등의레진으로알려져있으며, 13 formaldehyde releaser 형태의방부제에도기인함이알려져있다. 14,15 3.1. DNPH-HPLC/DAD 방법및 Nash-UV/Vis 방법에의한잉크내폼알데하이드함량분석폼알데하이드분석을위한 Nash-UV/Vis 방법및 DNPH-HPLC/DAD 방법의검량곡선은 Fig. 2와같으며두곡선모두직선성상관계수가 0.9999로확인되었다. 시중에유통되고있는제품으로부터수집된시료는노란색형광펜의수성잉크 3종및검정색보드마카펜, 흰색물백묵, 흰색페인트마카의유성잉크 6 종이었고 Table 1의두가지방법으로총 9종잉크를분석한결과를 Table 2에나타내었다, 잉크를증류수에 3.2. 마킹펜잉크시료의 Nash-폼알데하이드의 UV/Vis 스펙트럼폼알데하이드가 Nash 시약과반응하여생성된 Nash-폼알데하이드유도체는 Fig. 3(a) 와같이최대파장 412 nm를갖는스펙트럼을보이며, 폼알데하이드농도가 1.5 mg/l 일때약 0.23의흡광도를갖는다. 그러나, Fig. 3(b) ~ 3(f) 에서볼수있듯이최대파장 412 nm를갖는 UV/Vis 스펙트라는없으며, 이들시료중에는 DNPH-HPLC/DAD 방법으로는 29.9 mg/kg (Fig. 3(e)) 혹은 93.2 mg/kg (Fig. 3(f) 의폼알데하이드 Vol. 33, No. 3, 2020
120 Kwang Seo Park, Yong Shin Kim, and Eun Kyung Choe Table 2. Comparison of present test standard and alternative test method proposed for analysing formaldehyde in marker pen ink No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Related regulation Regulation Special act on the safety of products for children Safety confirmation Annex 11 School things (Marker pen) Safety criteria for HCHO : 20 mg/kg Products Highlighter pen A Highlighter pen B Highlighter pen C Board marker A Board marker B Board marker C Chalk marker Paint marker A Paint marker B Test part Samples Matrix/ Color Water-based/ Yellow Water-based/ Yellow Water-based/ Yellow Black Black Black White White White Color of extract Concentration of formaldehyde measured (n=3) (mg/kg) Test method 1, alternative method Direct dissolving of ink in water using an ultrasonicator/ DNPH-HPLC/DAD Test method 2, present standard Marking on a swatch with a pen and water extraction/ Nash-UV/Vis Yellow 14.5 ± 0.2 not detected a,b Yellow 3.2 ± 0.8 not detected a,b Yellow 4.8 ± 0.2 not detected a (2,389 ± 249) b Pale grey 26.6 ± 0.9 not detected a Pale grey 8.4 ± 0.6 not detected a Pale grey 7.3 ± 1.0 not detected a Colorless 5.3 ± 0.2 not detected a Colorless/ Turbid Colorless/ Turbid 29.9 ± 1.5 not detected a 93.2 ± 12.9 not detected a a Absorbance peak having λ max of 412 nm was not observed. b False positive results might be resulted from careless routine readings at 412 nm, for an example in No.3. High value shown in No.3 was due to yellow color of water extract. 함유량을갖는시료도포함되어있다. 증류수추출액이유색시료인형광펜의 UV/Vis 스펙트라는 Fig. 3(b) 및 Fig. 3(c) 에서관찰할수있듯이노란색물질이흡수하는 443 nm 근방의최대흡수파장을갖는피크가있다. Fig. 3(b) 에서보면흡광도 0.5 범위대의흡수가 Nash 반응후에부피가 2개가되어흡광도가반으로줄었을뿐 Nash-폼알데하이드피크는새로이생성되지않았다. 디메돈반응을진행하면디메돈이폼알데하이드와모두반응하여무색의유도체를만들면서폼알데하이드를모두소모한다. 16,17 이후 Nash 반응후의흡광도는추출액의색상에기인한다고할수있다. Fig. 3(b) 및 Fig. 3(c) 에서추출액의 Nash 반응액흡광도와디메돈반응후 Nash 반응한액의흡광도가거의비슷하며폼알데하이드의흔적은보이지않았다. 페인트마커의경우도 DNPH-HPLC/DAD 방법에의하면폼알데하이드함유량이 29.9 mg/kg 및 93.2 mg/kg으로측정되었지만 Fig. 3(d) 및 Fig. 3(f) 에서와같이최대파장 412 nm의피크는관찰되지않았고 같은방법으로폼알데하이드함유량이 7.3 mg/kg으로측정된보드마카의스펙트럼 (Fig. 3(e)) 과흡광도가비슷한수준이었다. 잉크시료의양을늘리기위해현표준의 5줄에더하여 10줄및 15줄로필기한시료에대한결과를 Fig. 3(e) 및 Fig. 3(f) 에서볼수있는데이정도범위로증가한잉크에대해서는여전히폼알데하이드가검출되지않았다. Nash-폼알데하이드유도체의피크를갖는유일한스펙트럼은폼알데하이드표준용액과표준용액을 0.2 mg/l 스파이크한용액이었다. 1.5 mg/l의폼알데하이드표준용액의경우흡광도는바탕액 0.07 AU를빼면 0.168이었다. 3.3. 마킹펜잉크시료의폼알데하이드 DNPH 유도체의 HPLC/DAD 크로마토그램 DNPH-HPLC/DAD 방법은대기시료, 화장품, 가죽, 섬유등다양한시료내폼알데하이드를정량하는잘정립되고보편적인시험방법이다. 18-22 본논문에서는같은무게의 9종잉크를같은양의증류수에초음파 Analytical Science & Technology
Method comparison for analyzing formaldehyde in marker pen ink 121 Fig. 3. UV/Vis Spectra of various marker pen ink after Nash reaction with water extract of a fabric swatch marked with each pen showing cases why the Nash-UV/Vis method is not proper for measuring formaldehyde in ink using the condition of the test method 2 : Contrarily, formaldehyde concentrations were 1.5 mg/l for (a) and 3.2 mg/kg, 4.8 mg/ kg, 29.9 mg/kg, 7.3 mg/kg, and 93.2 mg/kg for (b), (c), (d), (e), and (f), respectively as measured by DNPH-LC/DAD. Fig. 4. HPLC/DAD chromatograms of various marker pen ink dissolved in water using an ultrasonicator and derivatized with DNPH : (a) Highlighter pen ink, (b) Board marker ink, (c) Chalk marker ink, and (d) Paint marker ink. 를이용하여용해함으로써, 잉크로부터추출된폼알데하이드를 DNPH 유도체화하여 HPLC/DAD로정량하는방법을시도하였다. Fig. 4에나타낸크로마토그램의특징은 9개크로마토그램모두에서 formaldehyde- DNPH의피크가 4.2 분대에용출되었고이에앞선 3.1 분대에반응하지않은과량의 DNPH가용출되었다. 그리고추출액이노란색을띠는노란색형광펜시료는 2.1 분대에미지피크가관찰되었는데 DAD 검출기에서최대흡수파장약 440 nm을갖음이확인되어, 노란색잉크성분물질로사료되며 (Fig. 4(a)) 추출액이회색을띠는보드마커시료는 2.0 분대에미지피크가관찰되었다 (Fig. 4(b)). 다이오드배열검출기로 formaldehyde-dnph의최대흡수파장인 360 nm 에서 18-22 정량하였기때문에이유도체가최적으로검출되었고이파장대에서흡수가없는물질들은크로마토그램에나타나지않는다. 3.4. 현행 Nash-UV/Vis 방법의한계점및이유 Fig. 3에서와같이잉크시료의 Nash 반응액의 UV/ Vol. 33, No. 3, 2020
122 Kwang Seo Park, Yong Shin Kim, and Eun Kyung Choe Fig. 5. Diagram showing the ranges of marker pen ink weight on each fabric and their resulting absorbances measured by the Nash-UV/Vis method (the test method 2 in Table 1) and theoretical relationship between them to detect formaldehyde of (10 ~ 100) mg/kg in ink. Vis 스펙트라모두최대파장 412 nm의피크를보이지않는근본적인이유에대한고찰을하기위해천에필기한잉크무게, 흡광도, 잉크에함유된폼알데하이드의양을본논문에서실험한측정값과이론값을 Fig. 5에나타내었다. Nash-UV/Vis 방법에의한정량한계는 0.158 mg/l 로측정되었고 DNPH-HPLC/DAD 방법은이보다약 3.3배낮은농도의검출한계및정량한계를갖는다. 24 그러나, 후자의방법으로폼알데하이드를분석하면 Table 2에서처럼최소 3.2 mg/kg ~ 최고 93.2 mg/kg 폼알데하이드가분석되고전자의방법으로는미검출이되는이유는단순히전자의검출한계가더높기때문이아님을 Fig. 5에서볼수있도록도표화하였다. 필기한잉크의무게는현표준에따라 10 cm 길이의선을 5개그었을때형광펜과페인트마카는 0.023 g 범위로측정되고각 10줄및 15줄을그어도최대 0.065 g 이었다. 보드마카의경우, 0.0014 ~ 0.005 g 으로형광펜과페인트마카무게의십분의일보다적은양으로측정되었다. 잉크로백포에필기한후다음과정은잉크를모두포함하도록섬유부분을취하고어린이제품안전확인기준유아용섬유제품의폼알데하이드시험법을따르도록되어있는데, 이때샘플링하는백포무게는 0.5 g 이고 50 ml 증류수로추출한다. 마카펜종류에따라잉크를 10줄 ~20줄혹은그 이상필기하여 0.05 g을백포에필기할수있다고가정하면샘플링된백포무게의약 10 % 범위가잉크무게가된다. 백포시료를증류수로추출한액의잉크농도는 1.0 g/l가되고추출액과 Nash 시약을같은부피비로섞어유도체반응을마친최종액은 0.5 g/l 농도가된다. 폼알데하이드가잉크에 10 mg/kg으로함유되었다면, 흡광도측정을하게될최종액의폼알데하이드농도는 0.005 mg/l가된다. 이농도를 Nash- UV/Vis 방법의정량한계 0.158 mg/l ( 흡광도약 0.0177) 와비교하면 24 사용한잉크무게의약 32배정도많은 1.6 g 잉크를백포에필기해야만정량한계를넘을수있다. UV/Vis의흡광도는소수점 3째자리에서흔들리므로, 정확도를높이도록흡광도가 0.1 범위로측정하 려면 25 약 8.9 g 의잉크가필요하다. Fig. 5 에 Nash- UV/Vis 방법의정량한계와현재의전처리조건을기반으로계산한잉크무게와흡광도, 잉크내폼알데하이드농도의이론수치를표시하였고, 실험값과비교할수있도록하였다. 보드마카및페인트마카잉크는폼알데하이드 100 mg/kg을함유하더라도 Table 1 의 test method 2에해당하는현재추출조건에의해서는검출될수없음을 Fig. 5에서판단할수있도록나타내었다. 형광펜잉크의경우검출될수없는농도에서큰흡광도를보이는이유는노란색상의물질이같이추출되어이에의한흡광도이고, Nash-폼알데하이 Analytical Science & Technology
Method comparison for analyzing formaldehyde in marker pen ink 123 드유도체에의한흡광도가아님을 Fig. 3(c) 에서이미확인하였다. 현행시험방법으로폼알데하이드가검출되지않는원인은 Nash-UV/Vis 방법이나 DNPH-HPLC/DAD 방법에있는것이아니라, 시료준비방법에있을을알수있다. Nash-UV/Vis 방법에있어백포에줄을긋는방식으로잉크를도입한후추출및유도체화를거쳐흡광도를측정하기위한최종액을현행조건에의해마련할때잉크시료는 2000 배희석이된다 ( 추출시 1000 배, 유도체화시 2배 ). 반면, DNPH-HPLC/DAD 방법으로측정할최종액을본연구에서제안한조건으로마련할때잉크시료는 85 배희석이된다 ( 잉크를증류수에직접용해시 50 배, 유도체화시 1.7 배 ). 3.5. DNPH-HPLC/DAD 방법의정확도및정밀도 DNPH-HPLC/DAD 방법의정확도를폼알데하이드인증표준물질의회수율산출로측정하였고, 형광펜, 보드마카펜, 물백물, 페인트마카의 9종매크리스를사용하여잉크내폼알데하이드안전기준값인 20 mg/ kg 12 근방농도와 2배되는농도가되도록소량첨가 (spiking) 하여전체과정을 3회씩반복측정한결과 Table 3에서와같이 (90.1 ~ 105.4) % 의회수율및편차 (0.6 ~ 3.3) % 이측정되었고사용한매트리스와소량첨가한양에따라차이는없었다. 회수율은 100 % 회수율편차가 ±15% 에있어야함을만족하였고, 26 분석대상물질 (analyte) 의농도에따른허용가능한회수율은 10 ppm일때 (80 ~ 110) % 이고 100 ppm일때 (90 ~ 107) % 임을참조할때 27 본논문에서산출한회수율은만족할수있는결과로사료된다. 4. 결론폼알데하이드측정시섬유제품에대표적으로적용되는 Nash-UV/Vis 방법으로잉크내폼알데하이드를분석할때폼알데하이드가검출되지않았던원인이시료준비방법에있음을규명하였고, 백포를사용하지않고잉크를직접증류수에용해하도록시료준비방법을개선하여환경시료에대표적으로적용되는 DNPH- HPLC/DAD방법으로측정하면안전기준치이하의수 ppm도측정할수있고, 유색시료도분리분석으로정량가능함을제시하였다. 학용품품목마킹펜류의잉크내폼알데하이드현행시험법인백포필기후증류수추출한액을 Nash-UV/Vis 로분석하는방법은 Nash-UV/Vis 방법의색상물질추출시의거짓양성결과뿐만아니라, 백포시료마련시도입되는잉크의양이너무적음에기인함을알수있었다. 즉, 이론상백포에필기되는잉크의양이현재보다수십배정도의범위가되어야안전기준 20 mg/kg의정량이가능함을알수있었다. 따라서, 추출과정이빠르고용이하도록비교적많은양의잉크를직접증류수에용해한후 DNPH-HPLC/DAD 분석방법으로잉크내폼알데하이드안전기준 20 mg/kg을판단할수있도록대체하여사용할것을제안하였다. 시중에유통되는마킹펜 9종을현행방법과제안한대체방법으로분석하여비교한결과, 현행방법으로는잉크내폼알데하이드가검출되지않거나, 추출액이유색을띠는경우거짓양성결과를보인반면, 잉크를후자의방법으로분석하면최소 3.2 mg/kg ~ 최고 93.2 mg/kg의폼알데하이드함유량을측정할수있었고, 3 종제품이 Table 3. Accuracy and precision of the DNPH-HPLC/DAD method for analyzing formaldehyde in ink of various marker pens by measuring recoveries from spiked samples Samples used as matrix Amounts of formaldehyde spiked Accuracy (%) 20.4 mg/kg 40.8 mg/kg Precision (%) (n=3) Accuracy (%) Precision (%) (n=3) Highlighter pen ink A 101.7 1.0 - - Highlighter pen ink B - - 97.9 1.0 Highlighter pen ink C - - 94.7 1.5 Board marker ink A 95.5 0.6 - - Board marker ink B - - 102.2 1.4 Board marker ink C - - 105.4 0.7 Chalk marker ink 90.1 1.2 - - Paint marker ink A - - 98.3 1.1 Paint marker ink B - - 94.6 3.3 Vol. 33, No. 3, 2020
124 Kwang Seo Park, Yong Shin Kim, and Eun Kyung Choe 안전기준 20 mg/kg을초과함도알수있었다. 형광펜, 보드마카, 물백묵, 페인트마카의잉크매트릭스를사용하여 20 mg/kg 및 40 mg/kg 의범위에서스파이킹방법으로산출한 DNPH-HPLC/DAD 분석방법의정확도및정밀도는각각 (90.1 ~ 105.4) % 및 (0.6 ~ 3.3) % 로서분석법유효화의조건을만족하였다. 감사의글 본연구는 2019년정부 ( 미래창조과학부 ) 의재원으로국가과학기술연구회창의형융합연구사업 (No. CAP-17-01-KIST Europe) 의지원을받아수행되었습니다. References 1. 전기용품및생활용품안전관리법가이드북, http:// www.motie.go.kr/motie/ne/notice/bbs/bbsview.do?bbs_ cd_n=83&cate_n=1&bbs_seq_n=4474826, Assessed 25 October 2019. 2. Product Safety Control System, http://kats.go.kr/content.do?cmsid=37, Assessed 25 October 2019. 3. Consumer Products, http://kats.go.kr/content.do?cmsid =49, Assessed 25 October 2019. 4. Children s Products, http://kats.go.kr/content.do?cmsid =496, Assessed 25 October 2019. 5. Korean Agency for Technology and Standards 국가기술표준원고시제2017-14호 (2017.1.26), 전기용품및생활용품안전관리운용요령, Republic of Korea. 6. Ministry of Trade, Industry and Energy 산업통상자원부고시제2017-18호 (2017.1.31), 어린이제품공통안전기준, Republic of Korea. 7. Ministry of Environment 환경부고시제2016-199호 (2016.10.12), 어린이용품환경유해인자사용제한등에관한규정, Republic of Korea. 8. Ministry of Environment Act No.11789 (22 May 2013), Act on the Registration and Evaluation, etc. of Chemical Substances, Republic of Korea. 9. Ministry of Environment Act No.15511 (3 March 2018), 생활화학제품및살생물제의안전관리에관한법률 Republic of Korea. 10. Ministry of Food and Drug Safety 식품의약품안전처고시제2019-27 호, 화장품안전기준등에관한규정 Republic of Korea. 11. Ministry of Environment Act No.14837 (18 April 2017), Hygiene Products Control Act Republic of Korea. 12. Korean Agency for Technology and Standards 어린이제품안전확인안전기준부속서 Annex 11 (School thing) (2017.1.31) Republic of Korea. 13. R. L. Brunelle and K. R. Crawford, Advances in the Forensic Analysis and Dating of Writing, Charles C Thamas Publisher Ltd., Springfield, USA, 31 (2003). 14. S. Everts, C&EN, 94(33), 24-26, 2016. 15. M. Ash and I. Ash, Handbook of Preservatives, Synapse Information Resources Inc., Endicott, NY, USA, 6 (2004). 16. T. Saitoh, K. Taguchi and M. Hiraide, Anal. Sci., 18, 1267-1268 (2002). 17. Y.-M. Jeon, Y.-K. Kim and H.-M. Choi, AATCC Review., 10(6), 46-50 (2010). 18. Y.-J. Hong and K.-H. Kim, Anal. Sci. Technol., 18(1), 43-50 (2005). 19. A. Salvador and A. Chisvert, Analysis of Cosmetic Products, 2 nd ed., Elsevier B.V. Cambridge, USA, 76, 2018. 20. J-P. Kim, S.-S. Park and M.-S. Bae, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 34(4), 616-624 (2018). 21. GB/T 19941-2005, Leather and fur-chemical tests- Determination of formaldehyde content, 2005. 22. SO/TS 17226:2003, Leather-Chemical tests-determination of formaldehyde content in leather, 2003. 23. B/T 2912.3-2009, Textiles-Determination of formaldehyde-part 3: High performance liquid chromatography method, 2009. 24. K. S. Park, Y. D. Cho, E. K. Choe and Y. W. Lee, Proceedings of the 59 th Biannual Conference of Korean Society of Analytical Sciences, 320 (2017). 25. D. A. Skoog, F. J. Holler and S. R. Crouch, Principles of Instrumental Analysis, 7th ed., Cengage Learning, Boston, USA, 2018. 26. 환경시험 검사 QA/QC 핸드북, 국립환경과학원, 2005. 27. I. Taverniers, M. De Loose and E. Van Bockstaele, Trends Anal. Chem., 23(8), 535-552 (2004). Authors' Positions Kwang Seo Park Yong Shin Kim Eun Kyung Choe : Senior Technician : Professor : Principal Researcher Analytical Science & Technology