Journal Search Engine

ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)

Journal of the Korean Society of International Agriculture Vol.31 No.2 pp.164-177
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2019.31.2.164

Establishment of Simultaneous Analysis Method for Residual Organochlorine Insecticides Forbidden in Korea

Myoung-Gun Choung^†

Department of Herbal Medicine Resource, Kangwon National University, Samcheok 25949, Korea

Corresponding author (Phone) +82-33-540-3321 (E-mail) cmg7004@kangwon.ac.kr

Received May 12, 2019 Review June 17, 2019 Accepted June 18, 2019

Abstract

This experiment was conducted to establish a simultaneous analytical method for 19 kinds of organochlorine insecticides (aldrin, α-BHC, β-BHC, γ-BHC, δ-BHC, cis-chlordane, transchlordane, p,p’-DDT, o,p’-DDT, p,p’-DDE, p,p’-DDD, dieldrin, endrin, δ-keto-endrin, heptachlor, heptachlor epoxide, α-endosulfan, β-endosulfan, and endosulfan sulfate) forbidden in Korea using GC-ECD/MS. These insecticide residues were extracted with acetone from representative samples of five raw products which comprised hulled rice, soybean, apple, green pepper, and Chinese cabbage. The extract was diluted with large volume of saline water and directly partitioned into n-hexane to remove polar co-extractives in the aqueous phase. For the hulled rice and soybean samples, n-hexane/acetonitrile partition was additionally employed to remove non-polar lipids. The extract was finally purified by optimized florisil column chromatography. The analytes were quantitated by GLC-ECD/MS, using a DB-5 capillary column. The crops were fortified with each insecticide at 3 levels per crop. Mean recovery ratio were ranged from 76.5% to 116.0% in five representative agricultural commodities. The coefficients of variation were all less than 10%, irrespective of sample types and fortification levels. Quantitative limits of 19 kinds of organochlorine insecticides were ranged 0.003~0.01 mg/kg in crop samples. A GC-ECD/MS with selected-ion monitoring method was also provided to confirm the suspected residues. The proposed simultaneous analysis method was reproducible and sensitive enough to determine the residues of 19 kinds of organochlorine insecticides forbidden in Korea.

Key Words : GC-ECD/MS , organochlorine insecticides , residues , agricultural commodities

국내 사용금지 잔류성 유기염소계 살충제의 동시분석법 확립

정 명근^†

강원대학교 생약자원개발학과

초록

키워드 :

This article has been cited by 0 article in crossref

Cited-By

Funding:

서 언

잔류성 유기오염물질(persistent organic pollutants; POPs)은 독성, 생물 농축성, 잔류성 및 장거리 이동성을 가지는 물질로 이들의 감소를 목적으로 제조, 사용 및 수·출입을 제한 또는 금지하는 스톡홀름 협약이 2001년 5월과 2004년 5월에 채택, 발효되었고, 우리나라도 2007년에 이를 비준하여 ‘잔류성유기 오염물질관리법’으로 POPs 물질을 관리하고 있다(Shin et al., 2010;Lim et al., 2016a).

잔류성 유기오염물질 중 염소를 함유하고, 농약으로 사용된 물질인 잔류성 유기염소계 농약류(residual organochlorine pesticides)는 우리나라에서도 살충제로 등록되어 사용된 바 있 고(Lim et al., 2016a and 2016b), 식품의약품안전처는 농산물 중 잔류성 유기염소계 농약의 단일성분 또는 대사체가 독성을 가질 경우 이들의 합으로서 잔류허용기준을 설정하여 관리하 고 있다.

살충제는 농산물의 생산량을 늘리는데 가장 중요한 요소 중 하나로, 특히 유기염소계 살충제(organochlorine insecticide)는 해충과 질병을 예방하는데 가장 효과적인 수단이었으므로 과 거에 우리나라에서도 많은 양이 사용되었다. 그러나 인축에 최 기형성, 돌연변이, 암 및 생식기 장애 등 여러 가지 질병을 일으키므로 우리나라를 비롯한 대부분의 선진 각국에서 이미 약 30여 년 전에 제조와 사용이 금지 되었지만, 환경 중에서 잔류성이 크므로 아직까지 대기, 토양, 퇴적물 및 수계 등 환 경매체에서 상당량이 검출되고 있고, 유기염소계 살충제는 대 기에서 토양, 식물잎, 수계 등의 환경매체로 침착되며 기온이 높을 때는 다시 대기로 휘발되고, 공기의 이동에 의하여 수천 km까지 장거리 이동이 가능하므로 대기는 전 세계적으로 유 기염소계 살충제를 수송하는 중요한 매개체 역할을 하고 있다 (Choi & Chun, 2007).

국내에서는 잔류성 유기염소계 농약류 중 dieldrin, endrin 및 DDT 등을 포함한 대부분의 농약은 1970~80년대에, endosulfan은 2011년에 제조 및 사용이 금지되었음에도 불구 하고 환경 중에서 90%가 소실되기까지의 잔류성이 수년~수십 년으로 매우 길고, 토양 입자의 이동에 따라 장거리 이동이 가능하므로 아직 대부분의 국가에서 그 잔류분이 엄격히 규제 되고 있다(Lee, 2017).

본 연구는 국내 식품공전 7.1.2.1 다종농약다성분 분석법-제 1법 및 7.1.2.2 다종농약다성분 분석법-제2법에 수록된 유기염 소계 살충제 19종(aldrin, α-BHC, β-BHC, γ-BHC, δ-BHC, cis-chlordane, trans-chlordane, p,p'-DDT, o,p'-DDT, p,p'- DDE, p,p'-DDD, dieldrin, endrin, δ-keto-endrin, heptachlor, heptachlor epoxide, α-endosulfan, β-endosulfan 및 endosulfan sulfate)을 대상으로 국내 사용금지 잔류성 유기염소계 살충제 의 최적 동시분석법을 확립하고자 하였다.

대상농약들의 잔류분석은 gas chromatography(GC) 혹은 gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)를 이용한 분 석법이 다수 보고된 바 있고(Singh et al., 1998, Choi & Chun, 2007;Fernandez-Alvarez et al., 2009, He et al., 2015;Lim et al., 2016c;Ministry of Food and Drug Safety, 2017a), 이들 방법은 모두 다성분 분석법을 적용하였으며, 정 제법으로 solid phase extraction(SPE) 혹은 matrix solid phase dispersion(MSPD)을 이용하거나 QuEChERS(Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, and Safe)등의 방법을 이용 함으로 인해 정제도와 재현성이 불량할 우려가 높고, 특히 GC 분석 시 1회에 대상성분 19종의 동시분석이 불가능 하여 대 상성분을 최소 2개의 그룹으로 구분하여 분석하였거나, 아니 면 일부 성분만의 분석결과를 포함하는 경우가 대부분이다. 또 한, 선행 연구의 결과들은 거의 monitoring 혹은 screening의 목적(Singh et al., 1998, Fernandez-Alvarez et al., 2009, Lim et al., 2016c;Ministry of Food and Drug Safety, 2017a)으로 분석법이 개발된 것이거나 혹은 물, 가축사료, 혈장 및 토양(Singh et al., 1998, Choi & Chun, 2007, Fernandez- Alvarez et al., 2009)을 대상으로 한 것이므로 해당 성분들에 대하여 실제 다양한 농산물을 적용한 정밀한 분석조건 확립 및 회수율은 검토된 바 없고, 상기 기술한 내용처럼 본 연구 의 대상이 되는 잔류성 유기염소계 살충제 19종에 대한 포괄 적 동시 정량분석법은 보고된 바 없다.

대상농약 19종에 대한 국내 농약잔류허용기준(Maximum Residue Limits; MRL)은 0.01~0.1 mg/kg 범위로 설정되어 있고(Ministry of Food and Drug Safety, 2017b), 대상성분들 은 분자 내에 5~8개의 염소 원자를 함유하고 있다는 공통적 인 특성이 있으나, 화학구조별로는 DDT계, BHC계 그리고 aldrin/dieldrin, chlordane, endrin 및 heptachlor를 포함하는 Diel-Alder adducts계로 세분된다. 잔류분의 정의는 모화합물과 함께 합성산물 중 불순물과 대사산물 중 독성학적 중요성이 인정되는 화합물들을 포함한다(Lee, 2017).

대상 농약의 n-octanol/water 분배계수(Log P_ow)는 3.8~6.9 범위인 비극성의 중성화합물이며, 증기압이 0.015~53 mPa 범 위로 휘발성도 어느 정도 있으며, 열에 대한 안정성도 매우 높으므로 충분히 GLC로 분석이 가능하고, 분자 내에 5~8개 의 염소원자를 함유하고 있으므로 검출기로는 ECD가 가장 적 당하며 높은 감도를 나타낸다.

따라서, 본 연구에서는 국내에서 사용이 금지된 잔류성 유 기염소계 살충제 19종을 대상으로 잔류 유무를 판단하는 monitoring 혹은 screening의 수준에 그치지 않고, 정확성 및 정밀성이 확보된 정량적 동시분석법을 개발하고자 하였으며, 시료 조제를 비롯한 모든 분석과정의 통합을 통해 편이성까지 확보된 새로운 동시 정량분석법을 확립하여 국내·외 수출입 및 유통 농산물 잔류농약 검사의 기초를 제공하고자 하였다.

재료 및 방법

시약 및 기구

본 실험에 사용된 유기염소계 살충제 aldrin, α-BHC, β- BHC, γ-BHC, δ-BHC, cis- chlordane, trans-chlordane, p,p'-DDT, o,p'-DDT, p,p'-DDE, p,p'-DDD, dieldrin, endrin, δ- keto-endrin, heptachlor, heptachlor epoxide, α-endosulfan, β- endosulfan 및 endosulfan sulfate는 98%이상의 분석용 표준시 약을 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)로부터 구입하여 사용하였다.

표준품의 stock solution은 n-hexane에 용해하여 각 500 mg/L의 농도로 조제하였고, -20°C 냉동고에 보관하면서 필요 시마다 stock solution을 n-hexane으로 소정의 농도로 희석하여 사용하였다. Florisil(60~100 mesh)은 J. T. Baker(Phillipsburg, NJ, USA)로부터 구입하여 130°C에서 하룻밤 이상 가열하여 활성화 후 사용하였다. Acetone, acetonitrile, n-hexane 및 dichloromethane은 잔류분석용을, deionized water는 HPLC용 을 J. T. Bake(Phillipsburg, NJ, USA)에서 구입하여 사용하 였으며, 기타 유기용매 및 무기시약은 시약특급 또는 잔류분 석용을 사용하였다. 농축기는 Eyela NE-1000SW(Tokyo, Japan)를 사용하였고, 농산물 시료의 마쇄 및 균질화는 고속 호모게나이저(IKA, Ultra-Turrax T-25, Wilmington, NC, USA)를 이용하였다.

농산물 시료

식품의 농약 잔류허용기준(Ministry of Food and Drug Safety, 2017b) 중 본 실험에 사용된 유기염소계 살충제에 사 용 등록되어 있는 농산물을 분석대상으로 하였으며, Codex의 잔류분석법 대상 대표 농산물군(Codex, 2003)과 국내 소비량 을 감안하여 곡류는 현미, 두류는 콩, 채소류는 고추 및 배추, 과일류에서는 사과를 대표시료로 사용하였다. 현미, 콩, 고추, 배추 및 사과의 무농약 시료는 지역 대형마트에서 유기농 인 증시료를 구입한 후 식품공전 상 검체 처리방법(Ministry of Food and Drug Safety, 2017a)에 따라 전처리하여 사용하였 다. 대조구 시료는 잔류농약 검사를 실시하여 무농약 시료임 을 확인하였다.

GC-ECD/MS 기기분석 조건

19종의 잔류성 유기염소계 농약 aldrin, α-BHC, β-BHC, γ- BHC, δ-BHC, cis-chlordane, trans-chlordane, p,p'-DDT, o,p'-DDT, p,p'-DDE, p,p'-DDD, dieldrin, endrin, δ-keto - endrin, heptachlor, heptachlor epoxide, α-endosulfan, β- endosulfan 및 endosulfan sulfate는 모두 분자구조 내에 5~8 개의 염소원자를 함유하고 있으므로 gas chromatographyelectron capture detector(GC-ECD)를 사용하여 기기분석 조건 을 최적화 하였다.

ECD를 장착한 GC는 Agilent(Wilmington, DE, USA) 6890 시리즈를 사용하였고, 내경이 0.25 mm인 DB-5 capillary column을 사용하여 분석하였다. 잔류분의 재확인을 위한 gas chromatography/mass spectrometer(GC/MS) 분석에는 Agilent (Wilmington, DE, USA) 6890/5975를 사용하였으며, 각각의 자세한 분석조건은 Table 1 및 2에 나타내었다.

표준검량선 및 분석정량한계(Limit of quantitation, LOQ)

잔류성 유기염소계 농약 19종의 stock solution을 희석하여 성분별로 0.001~5.0 mg/L의 농도가 되도록 농도별 표준용액 을 조제하고, 각 1 μL씩 GC-ECD에 주입하여 peak의 면적을 기준으로 표준검량선을 작성하였다.

분석법의 정량한계(Limit of quantitation; LOQ)는 무농약 농산물 시료에서 간섭물질이 존재하지 않음을 확인한 후, 분 석기기의 정량한계와 시료량 및 분석과정 중의 농축배율을 계 산하여 아래의 계산식에 의해 산출하였으며, 동일 수준으로 대 상농약 19종을 처리한 회수율 시험으로 재확인하였다.

\begin{array}{l} LOQ(mg/kg) = \\ [기기 정량한계(ng)/주입량(μL)] × [시료용액(mL)/시료량(g)] \end{array}

시료 추출 및 분배

농산물 시료 25 g에 acetone 100 mL를 가하고(콩 및 현미 시료의 경우 추출 전 20 mL의 증류수를 가한 후 30분간 방 치하여 미리 습윤화 함) 호모게나이저를 이용하여 2분간 고속 마쇄(12,000 rpm) 추출하였다. 추출물은 여과지(Toyo No. 6, Japan)가 장착된 Büchner funnel 에서 감압여과하고 시료 및 호모게나이저 컵을 여분의 acetone 40 mL로 세척하여 앞의 여과액과 합하였다. 합친 추출액을 1 L 용량의 분액여두에 옮 기고 포화식염수 50 mL와 증류수 450 mL를 첨가한 뒤 n-hexane 100 mL로 분배 추출하였으며, 정치하여 n-hexane 층 만을 취해 무수 sodium sulfate에 통과시켜 탈수한 후 40°C에 서 감압 농축, 건고하였다. 콩 및 현미를 제외한 시료의 잔류 물은 n-hexane 10 mL에 재용해하여 florisil 흡착 크로마토그 래피에 직접 공시하였다. 콩 및 현미 시료의 경우 잔류물을 미리 acetonitrile을 포화시킨 n-hexane 20 mL에 재용해하여 250 mL 용량의 분액여두에 옮기고 미리 n-hexane을 포화시킨 acetonitrile 40 mL씩으로 3회 분배 추출하였다. 합친 acetonitrile 추출액을 40°C에서 감압 농축, 건고하고 잔류물을 n-hexane 10 mL에 재용해하여 florisil 흡착 크로마토그래피에 공시하였다.

Florisil 흡착크로마토그래피

내경 1.5 cm, 길이 40 cm의 유리 칼럼에 130°C에서 하룻 밤 이상 가열한 후 활성화시킨 florisil 10 g을 건식 충전한 후, 3 g의 무수 sodium sulfate를 그 위에 첨가하였다. 충전된 칼럼에 n-hexane 50 mL를 가하여 상단에 소량의 n-hexane이 남을 정도로 유출시켜 버린 후 n-hexane 10 mL에 녹인 시료 용액을 가하여 약 3 mL/min의 유속으로 유출시켰다. 충전제 표면이 노출되기 직전 dichloromethane/n-hexane/acetonitrile 혼합용액(50/49.7/0.3, v/v/v) 150 mL로 용출시켜 받는다. 이 용출액을 40°C에서 감압 농축, 건고하고 n-hexane 10 mL에 재용해하여 GC-ECD로 분석하였다.

대표 농산물에 대한 잔류성 유기염소계 농약 19종의 회수 율 검정

본 연구에 의해 확립된 잔류성 유기염소계 농약 19종 잔류 분석법의 신뢰성 및 분석 효율을 검증하기 위하여 실제 농산 물 시료에 대한 회수율 시험을 수행하였다. 즉, 마쇄한 각 대 표 무농약 농산물 시료 25 g에 정량한계(LOQ), 정량한계의 10배 및 50배가 되도록 대상농약 19종의 표준용액을 각각 3 반복으로 처리한 다음 상기 분석과정을 수행하여 회수율과 분 석오차를 측정하였다.

결과 및 고찰

GC-ECD 분석조건의 확립

GC-ECD를 이용하여 잔류성 유기염소계 19종 성분을 동시 분석하기 위한 최적의 분석 column을 선정하기 위해 column 의 극성별로 분리도를 조사하였다. Column에 충전된 phenylsiloxane/methylsiloxane의 함량별로 극성을 달리하여 분 리능을 조사한 결과, 비극성 DB-1(100% methylsiloxane) 및 극성 DB-17(phenylsiloxane 50% 함유) capillary column 등 몇몇 종류의 column에서도 기화 온도, 주입구 온도, 검출기 온도 및 오븐의 등온 프로그래밍 등 분석의 resolution에 영향 을 주는 모든 인자의 변화에도 불구하고 분석성분 중 α- endosulfan과 cis-chlordane, p.p'-DDE와 dieldrin, endrin과 β- endosulfan의 분리가 완전하게 이루어지지 않는 양상을 나타내 었다. 반면 DB-5(phenylsiloxane 5% 함유) column에서는 기 타 종류의 column에서 가장 심각하게 분리능에 문제가 있었 던 p.p'-DDE와 dieldrin의 peak resolution이 1.35 수준에서 분리가 가능하였으며, 기타 분리도가 열악했던 α-endosulfan과 cis-chlordane의 peak의 resolution도 1.11 수준에서 분리가 가 능하였으므로 검토된 column 중 잔류성 유기염소계 살충제 19종 성분의 동시분석에 가장 적합한 분리능을 나타내었으므 로 GC-ECD분석용 column은 DB-5로 선정하였다(Fig. 1).

최적 동시분석용 column으로 DB-5 capillary column을 사 용하는 조건에서 잔류성 유기염소계 19종 성분의 최적 기기분 석 조건을 검토하여 Table 1과 같이 GC-ECD의 기기분석 조 건을 표준화 하였다. Table 1의 조건에서 잔류성 유기염소계 19종 성분의 각 머무름 시간은 12.1~23.8분 사이에 모든 peak 가 검출되었으며, 유기염소계 19종 성분의 각 성분별 정량한 계(S/N≥10), 각 성분의 표준 검량선 결정계수(R²) 및 검량식 은 Table 3과 같다. 대상농약 19종의 농도별 표준용액 (0.001~5.0 mg/L) 1 μL를 GC-ECD에 주입, 분석하여 얻은 검량선의 회귀방정식은 모두 우수한 직선성을 나타내었으며, 모든 표준 검량선에 대한 회귀계수가 R²=0.998^** 이상으로 정 량의 직선성이 검정되었으므로 해당 범위의 시료 중 잔류량을 비례적으로 산출하는 것이 가능하였다.

시료 추출 및 분배과정의 확립

농산물 시료로부터 대상농약 19종 성분을 추출하기 위한 용 매로는 acetone을 사용하였다. Acetone은 다양한 농약의 추출 에 보편적으로 사용되는 표준적 용매로써 이미 많은 연구자들 에 의하여 농약 추출에 그 효율과 재현성이 인정된 바 있다 (Choung, 2019).

농산물의 추출액으로부터 유기염소계 19종 성분 외에 함께 추출되는 농산물 유래 방해물질을 1차적으로 제거하기 위한 조정제법으로 액-액 분배법을 사용하였다. 즉, 수용성 유기용 매 추출액을 다량의 포화식염수/증류수로 희석한 후 직접 비 극성 용매로 분배 추출하는 방법을 시도하였는데, 이는 US FDA법이나 AOAC법에서 보편적으로 사용되며, 번거로운 추 출액의 농축 과정을 생략할 수 있는 장점이 있다(US FDA, 1999;AOAC, 2000;Choung, 2019).

액-액 분배의 분배용매로 n-hexane, dichloromethan/n-hexane 혼합액, dichloromethane 등 3종을 공시하여 대상성분 들의 분배효율을 조사한 결과는 Table 4에 나타내었다. 대상 성분들의 액-액 분배조건에 따른 분배효율을 조사한 결과, 분 획용매 I의 조건인 n-hexane 용액 100 mL로 분배하였을 때 유기염소계 살충제 19종 성분의 회수율은 86~108% 수준을 나타내어 가장 양호한 양상이었으므로 분획용매 I을 유기염소 계 살충제 19종 성분의 최적 분배용매로 선정하였다.

상기 액-액 분배과정을 통해 시료 중에 포함된 상당량의 극 성 및 기타 방해물질이 제거될 것으로 기대되나, 시료로부터 유래하는 유지성분은 n-hexane층으로 대상농약 성분과 함께 분배되기 때문에 제거되지 않는다. 이러한 유지성분은 기기분 석 시 치명적 간섭 또는 분리용 column 및 검출기의 급격한 열화를 초래하므로 반드시 제거해야 할 간섭물질이다. 대상 시 료 중 현미 및 콩은 유지가 각각 약 1~3% 및 20% 수준 함 유되어 있는 시료이므로 이러한 유지 제거를 위하여 n-hexane/ acetonitrile 분배법을 추가로 공시하였다(Choung, 2019).

Table 5에 나타낸 바와 같이 n-hexane/acetonitrile로 2회 분 배를 수행하였을 때 각 성분별 회수율은 최소 60%, 최대 98% 수준을 나타내었으며, 대상성분 중 α-BHC, aldrin 및 p,p'-DDE 등은 회수율이 80% 미만을 나타내어 문제가 있었다. 반면 3회의 분배를 수행하였을 때 α-BHC, aldrin 및 p,p'- DDE 성분은 각각 90%, 81%, 96%로 회수율이 크게 향상되 는 양상을 나타내었으므로, 유지 등 비극성 간섭물질의 제거 를 위한 n-hexane/acetonitrile 분배는 3회를 실시하는 것으로 설정하였다. 한편, 유지함량이 0.1~0.4%로 비유지 시료로 분 류되는 배추, 사과 및 고추에서는 제거되는 불순물의 양이 매 우 적고 크로마토그램 상에서 그 정제 효과 또한 미미하였으 므로 n-hexane/acetonitrile 분배과정을 생략하였다(Choung, 2019).

Florisil 흡착 크로마토그래피 정제조건의 최적화

농산물에 함유된 19종의 잔류성 유기염소계 농약의 분석 시 상기의 n-hexane 및 n-hexane/acetonitrile 분배과정을 통해 상 당량의 불순물 및 비극성 간섭물질들이 제거되었을 것으로 판 단되나, 농산물에 따라 시료로부터 유래되는 다양한 기타 불 순물 및 색소가 여전히 존재하므로, 추가적인 정제과정이 필 요할 것으로 판단되어 흡착크로마토그래피에 의한 정제법을 검토하였다(Choung, 2019). 흡착크로마토그래피는 잔류농약 분 석 시 가장 많이 이용하는 방법으로, 흡착제로는 silica gel, florisil 및 alumina 등이 주로 사용된다. 이 중 florisil은 색소 성분과 지질의 제거가 뛰어나 미국의 FDA(1999)나 AOAC (2000) 등에서 가장 많이 사용하는 방법이다(Choung, 2019). 본 연구에서도 잔류성 유기염소계 19종 성분의 극성을 고려하 여 florisil을 흡착제로 선정 하였으며, 용매의 극성 조절을 위 해 n-hexane, n-hexane/dichloromethane 및 dichloromethane/ n-hexane/acetonitrile 등의 혼합용액의 용매체계를 사용하여 최 적화 하였다(Table 6).

Florisil 흡착크로마토그래피용 용매의 다양한 극성조절을 이 용하여 유기염소계 19종 성분의 회수율을 검토한 결과 분획용 매 6번인 dichloromethane/n-hexane/acetonitrile (50/49.7/0.3, v/v/v)의 혼합액에서 각 분석대상 농약성분별 92%~112%의 용 출을 확인할 수 있으므로 검토된 용매체계 중 가장 우수한 양 상을 나타내어 florisil 흡착크로마토그래피법을 이용한 간섭물 질 제거법으로 이 조건을 사용하였다. 아울러 분획용매 7 및 8번도 회수율 측면에서는 양호한 양상을 나타내지만 상대적으 로 초기에 극히 높은 회수율을 나타내므로 극성이 높은 물질 의 혼입 정도가 상대적으로 클 수 있으므로 분획용매 6을 최 적으로 선정하였다.

4. 농산물 시료 중 잔류성 유기염소계 농약 19종의 분석 정량한계 및 회수율

본 연구에서 확립한 시료의 추출 및 정제과정, 그리고 기 기분석 과정을 무농약 시료에 적용한 결과 모든 무농약 농산 물의 최종 시료액에서 대상농약과 동일한 머무름 시간에 간섭 물질이 존재하지 않음을 확인하였다(Fig. 2). 따라서 분석기기 의 정량한계(LOQ)와 시료량, 그리고 분석과정 중의 농축배율 을 계상하여 분석법의 정량한계를 산출하였다(Choung, 2019). 산출된 잔류성 유기염소계 19종의 정량한계는 0.003~0.01 mg/ kg으로 계산되어 국제기준인 Codex(Codex Alimentarius Commission, 2003) 및 식품공전 잔류농약분석법 실무 해설서 (Lee, 2017)에서 권장하는 잔류농약 분석법 기준인 0.05 mg/ kg 이하 또는 허용기준의 1/2 이하의 정량한계 기준에 적합하 였다.

각각의 농산물 무처리 시료에 잔류성 유기염소계 19종 성분 의 표준용액을 정량한계, 정량한계의 10배 및 50배의 농도가 되도록 첨가하고, 상기 확립된 분석방법에 의하여 대표 농산 물에 3반복으로 분석하여 회수율을 조사한 결과는 Table 7 및 8에 나타내었다. 분석성분, 처리수준 및 농산물 시료 종류에 관계없이 잔류분석 기준인 회수율 70~120% 범위와 분석오차 10% 이내를 만족하였다. 무처리 시료에서 성분별 분석에 간 섭하는 방해물질은 관찰되지 않았으나, 유지가 많이 들어있는 콩 및 현미 시료는 다양한 정제방법의 적용에도 불구하고 시 료에 의한 메트릭스로 인해 노이즈가 발생하여 작물별 정량한 계를 비 유지작물과 달리 적용하였다. 이상의 결과에서 확립 된 잔류성 유기염소계 19종 성분의 동시분석법은 국내·외 농 산물의 잔류 농약분석 및 검사에 충분히 적용이 가능함을 알 수 있었다.

GC/MS를 이용한 잔류분의 재확인

개발된 분석법의 신뢰성을 확보하기 위하여 GC/MS에 의한 재확인 과정을 추가하였다. Narrow bore capillary column을 사용하고, 전 대상성분을 완전히 분리하는 조건으로 표준용액 을 주입하여 Fig. 3과 같이 GC/MS의 total-ion chromatogram (TIC)를 얻었으며, 대상성분의 mass spectrum은 Fig. 4의 예 로 나타내었고, TIC로부터 각 성분별 electronic impact(EI) spectrum을 조사하여 Table 9와 같이 모니터링 ion을 얻어 각 화합물을 확인하였다. 대상 19종의 잔류성 유기염소계 살충제 들은 다수의 염소원자를 함유하고 있으므로 분자이온 뿐만 아 니라 fragment ion이 함유하고 있는 염소원자 수에 따라 ³⁵Cl 과 ³⁷Cl의 전형적인 isotope abundance를 나타내므로 분자구조 를 최대한 반영하는 selected-ion monitoring (SIM)용 이온으 로서 하나의 monoisotopic fragment(m/z=A)를 선택하면 m/z=A+2 및 m/z=A+4인 이온을 추가의 SIM용 이온으로 설정하 면 보다 확실한 재확인이 가능하다(Lee, 2017).

Fig. 5는 본 실험에 사용된 농산물 시료 중 현미를 대상 으로 잔류성 유기염소계 19종 성분의 잔류분을 재확인한 SIM chromatogram이며, 본 실험에 사용된 모든 농산물의 무처리 시료에서는 대상 농약성분의 peak가 전혀 관찰되지 않았고, 인위 첨가된 시료에서는 동일한 머무름 시간대에 정 확하게 대상농약 19종의 잔류분만을 재확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 사용한 GC/MS의 SIM 조건을 이용할 경우에도 GC-ECD를 이용한 정량법과 더불어 대상농약 잔 류분의 추가적 정성분석법으로 사용할 수 있을 것으로 판단 된다.

적 요

본 연구에서는 농산물 시료 중 GC-ECD/MS 분석법을 이용 하여 국내에서 사용금지된 잔류성 유기염소계 살충제 19종 (aldrin, α-BHC, β-BHC, γ-BHC, δ-BHC, cis-chlordane, trans-chlordane, p,p'-DDT, o,p'-DDT, p,p'-DDE, p,p'-DDD, dieldrin, endrin, δ-keto-endrin, heptachlor, heptachlor epoxide, α-endosulfan, β-endosulfan 및 endosulfan sulfate)에 대해 동 시분석법을 확립하였다. 농산물 시료에 acetone을 가하여 추출 된 대상농약 19종의 잔류분은 n-hexane 분배법과 florisil 흡착 크로마토그래피법으로 정제하여 분석대상 시료로 하였다. DB- 5 capillary column을 이용한 GC-ECD 분석 시 불순물의 간 섭은 없었으며, 사과, 고추, 배추, 현미 및 콩을 포함한 5종의 대표 농산물 중 대상농약 19종 각각의 정량한계(LOQ)는 각 0.003~0.01 mg/kg 수준이었다. 5종의 대표 농산물에 대한 대 상농약 전체의 회수율은 76.5~116.0%를 나타내었으며, 농산물 시료 및 처리수준에 관계없이 10% 미만의 분석오차를 나타내 어 잔류분석기준 이내를 만족하였다. 본 연구에서 확립된 국 내 사용금지 잔류성 유기염소계 살충제 19종의 동시분석법은 검출한계, 회수율 및 분석오차 면에서 국제적 분석기준을 만 족할 뿐만 아니라, GC/MS SIM을 이용한 잔류분의 재확인 과정의 결과를 종합해 볼 때 분석과정의 편이성 및 신뢰성이 확보된 동시분석법으로 국내·외 수출입 및 유통 농산물의 잔 류농약 검사에 사용 가능할 것이다.

Figure

Fig. 1.

GC-ECD chromatograms of 19 kinds of organochlorine insecticides using typical capillary columns(1 μL of 0.05 mg/L in n-hexane, respectively).

Fig. 2.

GC-ECD chromatograms of soybean extract for the analysis of 19 kinds of organochlorine insecticides, fortified at ten-fold of LOQ level.

Fig. 3.

Total-ion chromatogram(TIC) of 19 kinds of organochlorine insecticides using GC/MS.

Fig. 4.

EI mass spectrum of α-BHC.

Fig. 5.

SIM chromatograms of hulled rice extract for the confirmation of 19 kinds of organochlorine insecticides, fortified at ten-fold of LOQ level.

Table

Table 1.

GC-ECD operating parameters for 19 kinds of organochlorine insecticides

Table 2.

GC-MS operating parameters for 19 kinds of organochlorine insecticides

Table 3.

Retention times, calibration curves, and LOQs of 19 kinds of organochlorine insecticides

Table 4.

Efficiency of liquid-liquid partition of crude extract by different solvents for 19 kinds of organochlorine insecticides

Table 5.

Efficiency of n-hexane/acetonitrile partition for 19 kinds of organochlorine insecticides

Table 6.

Elution profile of 19 kinds of organochlorine insecticides on florisil column chromatography

Table 7.

Recovery rate of 19 kinds of organochlorine insecticides in hulled rice and soybean samples

Table 8.

Recovery rate of 19 kinds of organochlorine insecticides in apple, green pepper, and Chinese cabbage samples.

Table 9.

Formula, molecular weight and monitoring ions of 19 kinds of organochlorine insecticides

Reference

AOAC. 2000. Pesticide and industrial chemical residues, In Official method of analysis, pp. 1-88. 17th ed. Arlington, USA.
Choi, M.K & Chun, M.Y. 2007. Organochlorine pesticides concentration in soil. Journal of the Korean Society for Environmental Analysis 10(3): 169-174.
Choung, M.G. 2019. Development of analytical method for valinamide carbamate fungicide iprovalicarb residue. Journal of the Korean Society of International Agriculture 31(1): 25-33.
Codex Alimentarius Commission.2003. Guidelines on Good Laboratory Practice in Residue Analysis. CAC/GL 40-1993, Rev.1-2003, Rome, Italy.
Fernandez-Alvarez, M. , Llompart, M. , Lamas, J.P., & Lores, M.2009. Development of a matrix solid-phase dispersion method for the simultaneous determination of pyrethroid and organochlorinated pesticides in cattle feed. Journal of Chromatography A 1216: 2832-2842.
He, Z. , Wang, L. , Peng, Y. , Luo, M. , Wang W. , & Liu, X. 2015. Multiresidue analysis of over 200 pesticides in cereals using a QuEChERS and gas chromatography-tandem mass spectrometrybased method. Food Chemistry 169: 372-380.
Lee, Y.D. 2017. Pesticide analytical residues manual in food code, Ministry of Food and Drug Safety, Seoul, Korea.
Lim, S.J. , Oh, Y.T. , Ro, J.H. , Yang, J.Y. , Choi, Ryu, S.H. , & Park, B.J. 2016a. Persistent organic pollutants (POPs) residues in greenhouse soil and strawberry – Organochlorine pesticides. Korean Journal of Environmental Agriculture 35(1): 6-14.
Lim, S.J. , Oh, Y.T. , Ro, J.H. , Yang, J.Y. , Choi, G.H. , Ryu, S.H. , Moon, B.C. , & Park, B.J. 2016b. Investigation of residual pesticides in green perilla (Perilla frutescens var. japonica Hara) greenhouse soil and its leaves. Korean Society of Pesticide Science 20(3): 221-227.
Lim, S.J. , Oh, Y.T. , Yang, J.Y. , Ro, J.H. , Choi, G.H. , Ryu, S.H. , Moon, B.C. , & Park, B.J. 2016c. Development of multi-residue analysis and monitoring of persistent organic pollutants (POPs) - Used organochlorine pesticides in Korea. Korean Society of Pesticide Science 20(4): 319-325.
Ministry of Food and Drug Safety.2017a. Korea Food Code, pp. 10-4-340-10-4-342, Seoul, Korea.
Ministry of Food and Drug Safety.2017b. MRLs for pesticides in foods, pp. 141-142, Seoul, Korea.
Singh, A.K. , Spassova, D. , & White, T. 1998. Quantitative analysis of polychlorinated biphenyls, organochlorine insecticides, polycyclic aromatic hydrocarbons, polychlorinated hydrocarbons and polynitrohydrocarbons in spiked samples of soil, water and plasma by selected-ion monitoring gas chromatography–mass spectrometry. Journal of Chromatography B 706: 231-244.
Shin, S.K. , Park, J.S. , Kang, Y.Y. , Lee, S.Y. , Chun, J.W. , Kim, D.H. , & Yeon, J.M. 2010. Analytical method of new POPs in environmental samples. Analytical Science Technology 23: 128-137.
US Food and Drug Administration. 1999. Pesticide Analytical Manual, Vol 1: Multi-residue Methods(3rd ed.), Silver Spring, USA.