질소 운반 가스를 사용한 저압 GC-MS를 사용한 살충제 분석
엠에스팁 490호
1.Introduction
1.1. 저압 GC-MS (LPGC-MS)
Vam Deemter 방정식은 크로마토그래피의 분리 성능이 이동상 내 물질의 확산 계수에 따라 달라짐을 보여줍니다. 또한 가스 내 물질의 확산 계수는 압력에 반비례한다는 것이 확립되었습니다. 저압 GC-MS(LPGC-MS) 방법은 이 원리를 적용하고 MS의 진공 시스템을 사용하여 컬럼 압력을 진공으로 유지하여 분석 속도를 향상시키는 기술입니다. LPGC-MS는 내경이 0.53mm~0.32mm인 짧은 분석 컬럼을 사용하며, GC 입구 쪽에 제한기가 연결되어 있습니다(→그림 1). 컬럼의 길이를 줄이면 일반적으로 분리 성능이 떨어지지만 LPGC-MS에서는 내부 압력을 줄여 분리 성능을 향상시킴으로써 이 효과를 최소화할 수 있습니다.
그림 1. LPGC-MS 구성
1.2. 질소 캐리어 가스를 사용한 LPGC-MS
JMS-Q1600GC UltraQuad™ SQ-제타
본 보고서에서는 JMS-Q1600GC에서 질소 캐리어 가스를 이용한 LPGC-MS 방법을 이용한 살충제 분석 사례 연구를 살펴보았습니다. 앞서 언급했듯이 LPGC-MS는 컬럼의 내부 압력이 감소함에 따라 확산 계수를 개선하여 컬럼의 분리 성능을 높이는 방법입니다. 일반적으로 질소 캐리어 가스를 이용한 GC-MS 분석은 캐리어 가스의 유량을 줄여 감도를 높이기 때문에 컬럼의 내부 압력을 낮춰 분리 성능을 높이는 LPGC-MS가 이와 매우 적합하다고 생각됩니다. 또한 LPGC-MS는 내경이 0.53mm~0.32mm로 큰 컬럼을 사용하기 때문에 컬럼 로딩 용량과 주입 용량을 늘리는 측면에서도 우수합니다. 본 연구의 목적은 이 방법을 수돗물 중 살충제 분석에 적용하는 것이었습니다. 이 방법의 수돗물 중 살충제 분석 효과성은 검출 감도, 검량선 선형성, 재현성 등의 성능 지표를 바탕으로 평가했습니다.
2. 실험
측정에는 가스크로마토그래프 질량분석기, JMS-Q1600GC UltraQuad™ SQ-Zeta, LPGC-MS용 LPGC Rtx-5ms 컬럼 키트, 0.32 mm ID(카탈로그 번호: 11802, Restek Corporation.)를 사용하였다. 시료의 측정 조건은 표 1과 같다. MS의 수집 모드는 SIM으로 설정하였고, 모니터 이온은 농약의 대상 농약 목록(수질관리 목표 설정 항목 134)에 첨부된 대상 농약 목록의 방법 5, 5-2, 25에 나열된 15개 성분으로 설정하였다.
표 1. 측정 조건
… 10 mx 0.32 mm ID x 1.00 µm Rtx-5ms 컬럼 및 5 mx 0.15 mm ID 제한기
보유 시간 확인 샘플은 다음의 농약 표준 용액을 혼합하여 제조했습니다: WQ1, WQ2, WQ5 및 WQ10(아세톤 용액에 각각 20 μg/mL, FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation), Endosulfan α 및 β, Prothiofos, Prothiofos oxon 및 CNP-amino. 검량선을 작성하고 재현성을 확인하기 위해 13형 농약 혼합 표준 용액(아세톤에 각각 10 μg/mL, FUJIFILM Wako Chemical Corporation)을 1～100 μg/L로 희석하고 내부 표준 물질인 Anthracene-10, 9-Bromoanthracene 및 Chrysene-d12를 100 μg/L의 농도로 첨가했습니다.
3. 결과
3.1. 134가지 농약 측정을 위한 TICC와 EIC의 비교
그림 2는 정상 조건에서 GC-MS를 사용하여 보유 시간 확인 샘플을 측정했을 때 에토펜프록스의 TICC와 EIC를 보여줍니다. 그림 3은 LPGC-MS를 사용하여 샘플을 측정했을 때 에토펜프록스의 TICC와 EIC를 보여줍니다.
그림 2. He 방법을 이용한 기존 GC-MS로 측정한 134가지 살충제의 TICC와 Etofenprox의 EIC
그림 3. N을 사용하여 LPGC-MS를 사용하여 측정한 134가지 살충제의 TICC₂ 에토펜프록스의 방법 및 EIC
분석 시간을 비교한 결과, 일반적으로 GC-MS를 사용하면 40분 이상 걸리는 측정을 LPGC-MS를 사용하면 약 20분 만에 완료할 수 있었습니다. 마찬가지로 EIC를 사용하여 etofenprox의 피크 폭을 비교한 결과 GC-MS와 LPGC-MS의 결과가 비슷했습니다. TICC를 사용하여 용출된 피크를 분리하는 것은 어렵지만 각 살충제의 EIC를 사용하여 분리하는 것은 가능합니다. 피크가 가장 많이 용출되는 10분경에 EIC를 사용하여 각 살충제의 분리 거동을 확인한 결과는 그림 4에 나와 있습니다.
그림 4. 약 10분 내에 용해되는 살충제의 EIC
3.2 13가지 살충제에 대한 검량선 및 재현성 검사
검량선 작성을 위한 샘플과 재현성 확인을 위한 샘플은 LPGC-MS 방법을 이용하여 측정하였으며, 그 결과 검량선을 Figure 5에 나타내었다. 검량선의 상관 계수(r)는 모든 성분에 대하여 0.99 이상으로 선형성이 양호함을 나타냈다.
그림 5. 13가지 살충제 성분 각각에 대한 검량선
표 2는 검정 곡선 작성 및 재현성 확인에 사용된 시료 중 10 μg/L 농도를 n = 5회 연속 측정했을 때 정량값의 변동계수(CV)를 나타낸다. 그림 6은 각 살충제의 초기 반복에 대한 SIM 크로마토그램을 나타낸다.
표 2. 13가지 살충제 성분 각각의 변동계수
그림 6. 13가지 살충제 성분 각각의 EIC
10µg/L에 대한 변동계수는 모든 성분에 대해 10% 이하로 양호한 재현성을 나타냅니다. 또한 각 살충제에 대한 크로마토그램을 충분한 강도로 검출할 수 있어 결과의 신뢰성을 확인할 수 있습니다.
3.3. 정상조건에서 GC-MS와 LPGC-MS의 민감도 비교
그림 7은 0.5µg/L 농도에서 클로로니트로펜의 EIC를 일반 GC-MS와 LPGC-MS를 사용하여 비교한 결과를 보여줍니다. 클로로니트로펜은 수돗물에서 모든 살충제 중 가장 낮은 목표값을 가지고 있습니다. 통지 방법에 따라 500배 농도로 전처리한 후에도 시험 용액의 최종 농도는 0.5µg/L로 매우 낮습니다. 그림 7은 질소 운반 가스를 사용한 LPGC-MS 방법이 헬륨을 사용한 일반 GC-MS 방법과 비슷한 신호 대 잡음비로 0.5µg/L 클로로니트로펜에 대한 피크를 검출할 수 있음을 명확히 보여줍니다.
그림 7. 0.5에 대한 EIC 비교 대학원/L 클로로니트로펜 N₂(좌)와 기존 방법을 이용한 LPGC-MS를 이용하여 측정 He를 포함한 GC-MS(오른쪽)
4.Conclusion
질소 운반 가스를 사용하여 수돗물에 적용하기 위한 LPGC-MS 방법을 사용하여 살충제를 분석한 결과 측정 시간을 일반적인 GC-MS 방법의 약 절반으로 줄일 수 있음을 보여주었습니다. 13가지 살충제 성분에 대한 정량적 성능에 대한 보다 자세한 조사에서 0.99~1μg/L의 농도 범위 내에서 100 이상의 상관 계수로 표시된 바와 같이 선형성이 좋은 검량선이 나타났습니다. 재현성은 10μg/L 농도에서 10% CV 미만인 것으로 나타났습니다. 또한 수돗물에서 모든 살충제 중 목표 값이 가장 낮은 클로르니트로펜의 경우 0.5μg/L에서 피크가 확인되었으며 이는 통지 방법의 농도 계수 가정에 따른 목표 값과 동일합니다. 달성된 감도는 헬륨을 사용한 기존 GC-MS의 감도와 거의 동일했습니다. 이러한 결과를 바탕으로, 질소 운반 가스를 활용하는 LPGC-MS 방법은 수돗물 속의 살충제를 분석하는 데 적합한 것으로 추정할 수 있습니다.
