Py-GC/MS를 이용한 미세플라스틱 분석에 관한 연구 = A Study on Microplastic Analysis using Py-GC/MS

국문 초록 (Abstract)

최근 증가하는 플라스틱 양에 따라 식품 내 미세플라스틱에 대한 소비자의 우려가 증가하였으며, 이에 따라 관련된 연구가 많이 진행되고 있다. 식품에서의 미세플라스틱을 분석하기 위해서는 식품 내 지방이나 단백질 같은 복잡한 성분을 미세플라스틱만 남기고 완전히 제거하는 것이 중요하다. 미세플라스틱이 검출될 것으로 예측되고 일상에서 주로 소비되는 식품(김, 미역, 다시마, 참치, 꽁치, 골뱅이, 오렌지 주스)을 적절히 전처리하며 Py-GC/MS를 이용한 최적의 분석 방법을 설정하였다. 미세플라스틱은 11종(생산량이 많은 7종 PE, PP, PET, PVC, PS, ABS, PC, 합성 섬유류인 Nylon-6(PA-6), Nylon-6,6(PA-6,6), PAN, 그리고 대표적인 아크릴레이트 소재인 PMMA)을 선정하였다. Calibration Curve를 위한 표준물질 3종(액상 2종, 고상 1종)을 제조하여 폴리머 마다 Indicator Peak를 설정하였고 MDL, LOD, LOQ 값을 구하였다. 전처리 용액에 관한 각 폴리머의 회수율 표준물질 또한 제조하여 회수율 실험을 진행하였다. 회수율 실험 결과 HNO3에서 나일론 계열의 폴리머가, KOH에서는 PET, PC, PAN의 손상이 관찰되었으며 특히 PET와 PAN의 손상이 심한 것을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the recent increase in plastic production, consumer concern about microplastics in food has also grown, leading to a rise in related research. To analyze microplastics in food, it is essential to completely remove complex components such as fats and proteins while leaving only the microplastics intact. In this study, foods that are commonly consumed in daily life and are expected to contain microplastics (laver, sea mustard, kelp, tuna, saury, whelk, and orange juice) were appropriately pretreated, and optimal analytical methods using Py-GC/MS were established. Eleven types of microplastics were selected: seven high-production polymers (PE, PP, PET, PVC, PS, ABS, and PC), synthetic fibers including Nylon-6 (PA-6), Nylon-6,6 (PA-6,6), and PAN, as well as PMMA, a representative acrylate material. For calibration curves, three types of standard materials (two liquid standards and one solid standard) were prepared, indicator peaks were defined for each polymer, and MDL, LOD, and LOQ values were determined. In addition, recovery standard materials for each polymer in the pretreatment solutions were prepared, and recovery experiments were conducted. The recovery experiments showed that nylon-based polymers were damaged in HNO₃, while PET, PC, and PAN were damaged in KOH, with particularly severe degradation observed for PET and PAN.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구배경 1
• 2. 연구목적 3
• Ⅱ. 문헌연구 및 조사 4
• 1. 미세플라스틱 4
• 1) 미세플라스틱 정의 4
• 2) 주요 환경 오염 5
• 3) 미세플라스틱의 인간 노출 경로 6
• 4) 미세플라스틱의 독성 10
• 2. 식품 시료의 전처리 방법 14
• 1) 소화 14
• 2) 밀도 분리 15
• 3) 여과 15
• 3. 미세플라스틱 분석기법 16
• 1) 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR) 16
• 2) 라만 분광법(Raman Spectroscopy) 17
• 3) 열추출탈착-기체 크로마토그래피/질량분석(TED-GC/MS) 19
• 4) 파이롤라이저-가스크로마토그래피/질량분석기(Py-GC/MS) 20
• 5) 열중량 분석(TGA) 22
• 6) 주사전자현미경(SEM) 23
• Ⅲ. 시료 및 실험방법 25
• 1. 시료 및 전처리법 25
• 2. 해조류 매질 분해 27
• 1) 시료 준비 및 오일 추출 27
• 2) 효소 분해 27
• 3) Fenton 산화반응 27
• 4) HNO3 처리 27
• 3. 통조림류 매질 분해 29
• 1) 시료 준비 29
• 2) 알칼리 분해 29
• 3) H2O2 산화 29
• 4. 주스류 매질 분해 30
• 1) 시료 준비 30
• 2) 효소 분해 30
• 3) 알칼리 분해 30
• 4) H2O2 산화 30
• 5. 밀도 분리 31
• 6. 여과 32
• 7. 건조 및 샘플 준비 33
• 8. 표준물질 33
• 1) Calibration Curve를 위한 표준물질 33
• 2) 회수율 테스트를 위한 표준물질 39
• 9. 회수율 테스트 방법 42
• 10. Py-GC/MS 분석 43
• Ⅳ. 결과 및 고찰 45
• 1. 각 식품류의 전처리 방법 최적화 45
• 1) 해조류 46
• 2) 통조림류 47
• 3) 주스류 48
• 2. 미세플라스틱 정량 방법 제시 49
• 1) 정량곡선 49
• 2) Double shot-GC/MS 52
• 3. 회수율 실험 54
• Ⅴ. 결론 64
• 참고문헌 65
• 영문초록 80