04 포스터 발표 : 토양 환경 분야(PS) ; PS-11 : IC-ICP-MS를 이용한 토양 중 무기비소 종 분리 분석방법 연구

문상현 ( Sang Hyeon Mun ),이복자 ( Bok Ja Lee ),김혜성 ( Hye Soeng Kim ),조민경 ( Min Kyoung Cho ),성지영 ( Ji Young Sung ) 한국환경농학회 2015 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2015 No.-

중금속의 유해성은 총량적 개념보다는 산화상태가 다른 다양한 화학종의 종류에 따라 달라진다. 이에 본 연구에서는 총량 개념 농도를 기준으로 한 기존의 시험 방식에서 벗어나 서로 다른 산화가를 갖는 토양 중 무기화학 종 2종류(As3+, As5+)를 IC-ICP-MS를 사용하여 최적 분석방법으로 분석하고 그 조건을 확립, 제안하고자 한다. 자연 상태 환경시료의 경우 시료처리 과정에 따라 원소의 산화가 상태가 쉽게 달라지기 때문에 균질성 유지를 위하여 ERA 표준 토양시료(CRM-540, ERA-620)를 사용하였고 ICP-AES 분석을 통해총비소 함량을 알고 있는 장항시료를 대상으로 실험하였다. 무기비소 추출을 위한 전처리 방법은NIH(U.S.National Institutes of Health) Public Access, Yong Cai(2006. May)의 인산 용액을 사용한 토양 중 비소 추출방법을 참고하였고 기기 분석법은 식품중 무기비소에 관한 연구(국립독성과학원, 2002.)를 참조하였다. 인산의 농도와 전처리 시간에 따라 무기비소 추출 효율이 달라질 수있음으로 이에 유의하여 인산 0.3 M, 25 mL를 각각의 시료에 넣어 추출하였다. 용출된 무기비소를 분석하기 위해 사용한 ICP-MS는 Agilent사의 7700X series이고 용출된 시료 용액으로부터 무기비소를 분리 분석하기 위해 Metrohm사의 IC(881 Compact IC Pro & 882 Compact IC Plus)에Anion-exchange column(4.6 mm×250 mm, Hamilton PRP-X100, 5 μm)을 사용하였다. ICcolumn과 ICP-MS nebulizer는 PTEE capillary tubing(0.25 mm)을 사용하여 연결하였다. 이동상의 유량은 비소 종의 머무름 시간과 시그널의 분리도에 영향을 미치는 만큼 유량은 1 mL/min, 시료는 20 μL를 주입하였다. IC-ICP-MS를 사용한 토양 중 무기비소 종 분리는 적절한 buffer 선택과 최적 완충조건에 따라 추출효율과 추출되는 비소화학종이 달라지는 만큼 분석이 쉽지 않다. 특히이동상의 pH에 따라 분자의 극성도가 달라져 컬럼에서의 상호 작용이 변화하므로 buffer의 일정한 pH값을 유지하기 위한 적절한 환경 조건 유지가 필요하다. 본 연구결과에서 IC-ICP-MS 분석법의 As3+ 회수율은 99%, 정밀도는 0.8%이며, As5+ 회수율은 98%, 정밀도는 1.0% 이내로 우수한 정밀성을 보였다. ICP-AES 총비소 측정 결과값을 100%로 보았을 때 IC-ICP-MS로 측정한 CRM-540, ERA-620 표준시료 무기비소(As3+, As5+) 회수율은 각각76%, 97%로 양호한 결과를 보였다. 이처럼 IC-ICP-MS를 사용한 분석은 Sensitivity, Selectivity,Stability에 있어서 우수하며 산화상태가 다른 화학종의 종류에 따라 중금속의 독성을 판단하는 유해원소 분리, 분석에 적합하다. 토양 중 IC-ICP-MS를 이용한 무기비소 종 분리 분석법은 무기비소에 따른 생물 위해 정도를 예측할 수 있는 자료가 될 뿐만 아니라 토양 중 비소 종 분리 분석법적용 가능성을 모색하고 IC-ICP-MS에 의한 분석법을 제안하여 향후 지정제도 운영에 도움을 주고자 하였다.

실시간 모드의 유도결합플라즈마 질량분석기술을 이용한 금속나노입자의 분석

김현아 ( Hyun A Kim ),나소영 ( So Young Na ),이병태 ( Byung Tae Lee ),김경웅 ( Kyoung Woong Kim ),이우춘 ( Woo Chun Lee ),김순오 ( Soon Oh Kim ),이병천 ( Byoung Chun Lee ) 한국환경분석학회 2013 환경분석과 독성보건 Vol.16 No.4

나노입자의 환경 유출에 따른 인체 및 생태계에 미치는 독성 문제가 제기됨에 따라 나노입자의 환경 안정성에 대한 우려가 증대되고 있다. 다양한 나노 연구분야중에서도 환경 시료 내 나노입자의 검출 및 분석에 대한 연구가 최우선과제로 인식되고 있다. 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS)는 무기물질에 대한 정확하고 정밀한 분석기술로서, 환경 시료 내에 존재하는 금속나노입자의 검출을 위한 유망한 분석기술이다. 이에, 본 연구에서는 실시간 모드의 유도결합플라즈마 질량분석기술(RTSP-ICP-MS)의 원리 및 분석절차를 소개하였으며, 구연산(citrate)으로 코팅된 은나노입자를 대상으로 분석기술의 적용 가능성을 평가하였다. RTSP-ICP-MS 분석 결과, 60 nm와 100 nm 은나노입자의 입자수 기준(number-weighted) 평균 크기는 53.0±7.4 nm와 103.6±13.8 nm였다. RTSP-ICP-MS 분석결과를 검증하기 위해 전자투과현미경(TEM) 분석을 실시한 결과 입자의 평균크기는 각각 60.1±3.7 nm와 96.8±9.5 nm였고, 동적산란기(DLS) 분석을 통한 z-average 값은 59.1±0.2 nm와 95.3±0.8 nm로 나타났다. 다양한 기술을 적용한 은나노입자의 크기분석 결과를 통해 RTSP-ICP-MS 기술을 이용한 금속나노입자의 분석가능성을 검증하였다. 향후, 다양한 환경 매질(담수, 폐수, 슬러지, 퇴적물 및 토양 등)내에 존재하는 금속나노입자의 검출 및 분석을 위한 향후 연구가 필요하다. Significant concern has been laid on the environmental safety of nanoparticles due to their exposure and toxicity to human and ecosystems. Among the research topics, detection and analysis of nanoparticles in the environmental matrix is regarded as the most important and pressing work. Owing to its precise and accurate analytical power to inorganics, inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) is a very promising tool to detect metal nanoparticles in the environmental samples. Here, we introduced the principles and procedures of on Realtime Single Particle mode ICP-MS (RTSP-ICP-MS) technique and evaluated its applicability to citrate-coated silver nanoparticles (AgNPs). RTSP-ICP-MS determined AgNPs of 60 nm and 100 nm to 53.0 ±7.4 nm and 103.6±13.8 nm, respectively, which were the number-weighted average sizes. Comparative measurements suggested that sizes by Transmission Electron Microscopy (TEM) were 60.1±3.7 nm and 96.8±9.5 nm and z-averages by Dynamic Light Scattering (DLS) were 59.1±0.2 nm and 95.3±0.8 nm, respectively. The results prove the feasibility of RTSP-ICP-MS for metal-nanoparticles. We have many challenges to be overcome for detection and measurement of metal nanoparticles in environmental samples such as fresh water, wastewater, sludges, sediments and soils.

SP-ICP-MS 및 ICP-MS를 이용한 HepG2 세포 내 금 나노물질 축적 평가

김은정 ( Eunjeong Kim ),성화경 ( Hwa Kyung Sung ),유선경 ( Sun Kyoung Yoo ),조은혜 ( Eunhye Jo ),김현미 ( Hyun-mi Kim ),김필제 ( Pilje Kim ),유승도 ( Seung Do Yu ) 한국환경분석학회 2018 환경분석과 독성보건 Vol.21 No.2

The cellular uptake of gold nanomaterials (AuNPs) was investigated in human liver HepG2 cells exposed to 0.5 or 1 μg/mL of AuNPs for 24 hours. After the exposure period, the total gold concentration in the medium and cells was observed to have increased significantly in a dose-dependent manner; gold nanomaterials were mainly present in the medium, while some were present in the cells. SP-ICP-MS showed that the AuNPs concentration increased in the medium and cells, but the results were lower in comparison to the total gold concentration measured by ICP-MS. This difference was presumably due to the fact that AuNPs were ionized and aggregated, and only a part of them retained a shape that is detectable by SP-ICP-MS. The median size of AuNPs remained similar after 24 hours to that at initial exposure. In conclusion, this study confirmed the applicability of SP-ICP-MS for the analysis of the concentration and size of AuNPs and the distribution pattern of AuNPs in HepG2 cells.

CCT-ICP-MS의 대기분진내 미량원소분석에 대한 적용성

임종명,이진홍,서만철 한국대기환경학회 2004 한국대기환경학회지 Vol.20 No.3

There has been few studies of either domestic or international to apply CCT-ICP-MS for the precise analysis of As and Cr components associated with airborne particulate matter. To date, the use of CCT-ICP-MS is strongly recommended for the accurate analysis of the toxic trace metals: this is because CCT-ICP-MS technique prevents polyatomic spectral interferences involved in the determination of As and/or Cr components. Taking advantage of CCT-ICP-MS technique, the measurements of about 20 metals were undertaken in this study. The standard reference material (NIST SRM 2783) was used for analytical quality control. To improve analytical accuracy and efficiency, we selected nitric acid based on a test of three kinds of acid for microwave digestion method 1) nitric acid, 2) nitric acid and hydrogen peroxide, and 3) nitric acid and perchloric acid. When this method was employed, relative errors to SRM values of Al, As, Cr, Fe, Mg, Mn, Ph, Sb, V, and Zn fell below 20%, while those of Ca, Si, and Ti were higher than 20%. The overall results of our study show that the concentrations of As and V determined by CCT-ICP-MS were satisfied with the certificated values within a relative error of 20%, whereas those determined by ICP-MS were 10 times higher than the certificated values.

흑연로 원자 흡광 광도기와 유도 결합 플라즈마 질량 분석기를

권정연(Jung-Yeon Kwon),김병권(Byoung-Gwon Kim),임현주(Hyoun-Ju Lim),서정욱(Jeong-Wook Seo),강민경(Min-Kyung Kang),김유미(Yu-Mi Kim),홍영습(Young-Seoub Hong) 한국환경보건학회 2018 한국환경보건학회지 Vol.44 No.5

Objectives: The aims of this study were to compare concentrations and the correspondence of human blood cadmium by using graphite furnace atomic absorption spectrometry (GF-AAS) and inductively coupled plasmamass spectrometry (ICP-MS), which are representative methods of heavy metal analysis. Methods: We randomly selected 79 people who agreed to participate in the research project. After confirming the linearity of the calibration curves for GF-AAS and ICP-MS, the concentrations of cadmium in a quality control standard material and blood samples were measured, and the correlation and the degree of agreement were compared. Results: The detection limit of ICP-MS (IDL: 0.000 µg/L, MDL: 0.06 µg/L) was lower than that of GF-AAS (IDL: 0.085 µg/L, MDL: 0.327 µg/L). The coefficient of variation of the quality control standard material showed stable values f or both ICP-MS (clinchek-1: 5.35%, clinchek-2: 6.22%) and GF-AAS (clinchek-1: 7.92%, clinchek-2: 5.22%). Recovery was relatively high for both ICP-MS (clinchek-1: 95.1%, clinchek-2: 92.8%) and GF-AAS (clinchek-1: 91.4%, clinchek-2: 98.8%), with more than 90%. The geometric mean, median, and percentile of blood samples were all similar. The agreement of the two instruments compared with the bias of the analytical values found that about 81% of the analytical values w ere within ± 30% of the deviation from the ideal reference line (y=0). As a result of the agreement limit, the value included in the confidence interval was about 94%, which shows high agreement. Conclusion: In this study, we confirmed there was no significant difference in concentrations of a quality control standard material and blood samples. Since ICP-MS showed lower concentrations than GF-AAS at concentrations below the method detection limit of GF-AAS, it is expected that more precise results will be obtained by analyzing blood cadmium with ICP-MS.

LC-MS/MS 및 ICP를 이용한 당뇨환의 화학적 특성 분석

인정도,임대식,문승호,김원일,In, Jeong-do,Im, Dai-sig,Moon, Seung-ho,Ki, Won-ill 대한한방내과학회 2015 大韓韓方內科學會誌 Vol.36 No.3

Objectives: The primary aim of this study was to identify bioactive compounds in Dangnyo-hwan, a Korean herbal medicine, through instrumental analysis using LC-MS/MS and ICP, and investigate its potential use in diabetes treatment. Methods: The extract of Dangnyo-hwan has 12 medicinal herbs; these were compared with 18 marker substances selected from literature survey. Results: LC-MS/MS analysis could detect 9 of the 18 bioactive compounds: citruline, catalpol, berberine, ginsenoside Rb1, ginsenoside Rg1, oleanolic acid, β-sitosterol, mangiferin, and schizandrin. While harmful heavy metals such as As, Pb, Cd, Hg, Ni, and Cu were not present in high concentrations, Zn concentration was 4.2 mg in 100 g Dangnyo-hwan. Conclusions: Instrumental analysis such as LC-MS/MS and ICP was successfully used to identify bioactive compounds in Dangnyo-hwan. Detection of 9 bioactive substances and Zn from the herb medicine is a valuable finding, and suggests that Dangnyo-hwan is a candidate medicine for diabetes. Further investigations like in vitro assay, percent GPR 119 activity, and percent human DGAT-1 inhibition are underway.

흑연로 원자 흡광 광도법과 유도 결합 플라즈마 질량 분석법을 이용한 혈중 납 농도 비교

강민경,홍영습,권정연,김병권,임현주,서정욱,김유미 한국환경보건학회 2019 한국환경보건학회지 Vol.45 No.3

Objectives: In this study, blood lead was analyzed using graphite furnace atomic absorption spectrometry (GFAAs) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). We tried to examine the difference and consistency of the analytical values and the applicability of the analytical method. Methods: We selected 57 people who agreed to participate in this study. After confirming the linearity of the calibration standard curves in GF-AAs and ICP-MS, the concentrations of lead in quality control material and samples were measured, and the degree of agreement was compared. Results: The detection limit of the ICP-MS was lower than that of GF-AAs. The coefficient of variation of reference materials was shown to be stable in the ICP-MS and GF-AAs. When the correspondence between the two equipments was verified by bias of the analysis values, a concordance was shown, and approximately 98% of the ideal reference lines were present within ±40% of the deflection. Conclusion: GF-AAs showed high sensitivity to single heavy metal analysis, but it took much time and showed higher detection limit than ICP-MS. Therefore, it would be considered necessary to switch to ICP-MS analysis method, considering that the level of lead exposure is gradually decreasing.

유도결합 플라즈마 질량분석기 ( ICP-MS )의 분해능을 향상시키기 위한 시도

임종수 경기대학교 1995 論文集 Vol.37 No.-

He ICP-MS의 검출한계를 향상시키기 위한 방편의 일환으로 질량분석기의 계면에 또 다른 mechanical pump를 덧붙일 수 있도록 계면을 보완하였다. 두개의 pump를 병렬로 계면에 연결하였을 경우 Mach Disk 거리가 10.7mm까지 개선되었으며, helium 개스를 이용하였을 때 800W의 power에서 측정한 검출한계가 argon 개스를 이용하고 1200W의 power에서 측정한 검출한계보다 양호하게 나타났다. 뿐만아니라 Cu와 Ni에 대한 동위원소비도 계면을 보완하고 helium 개스를 이용한 ICP-MS로 측정한 경우에 오차범위 이내에서 공인된 비와 일치하는 결과를 얻었다. In order to increase the detection limits of He ICP MS, we modified the interface of the mass spectrometer to install the additional mechanical pump on the interface. The Mach Disk distance was increased to 10.7 mm in the case of parallel combination of two pumps. The detection limits measured for some elements on this condition and at the power of 800W of He ICP MS were better than the detection limits from the Ar ICP MS at the power of 1200 W. The isotope ratios of Cu and Ni using the He ICP MS coincide with the accepted ratio within the error range.

LA-ICP-MS를 이용한 플라스틱 폐기물 내 미량성분의 정량분석

정진희,이진홍,박찬수 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2014 No.2

플라스틱은 발열량이 매우 커서 가연성 폐자원으로써의 활용가치가 높으므로, 플라스틱 폐기물을 이용한 고형연료화(RPF, refuse plastic fuel) 사업을 통하여 대안적인 에너지 공급원으로 기능할 수 있다. 그러나 PVC 재질이 혼합된 플라스틱류의 경우, 소각과정에서 다이옥신과 염화수소 등 2차 대기오염물질이 발생되고, 플라스틱에 포함된 중금속 등의 유해물질이 환경 매체에 다양한 경로로 확산되기 때문에 플라스틱 폐기물의 처리과정에서 여러 가지 환경적 문제를 야기할 수 있다. 즉, 플라스틱은 소각에 의한 에너지 회수 과정에서 유해대기오염물질(HAPs, hazardous air pollutants)을 필연적으로 배출하게 되므로, 폐자원의 재활용 방안을 모색하고 적용하기에 앞서 물리화학적 특성, 특히 미량성분의 분포 특성과 이에 수반되는 잠재적 영향 파악이 반드시 선행되어야 한다. 한편, ICP-MS를 이용하여 플라스틱에 포함된 미량성분을 정량분석하려면 고체상 시료를 용액화 하는 전처리 과정이 필요한데, 이와 같은 파괴적 전처리 과정은 많은 시간과 노력이 요구되고, 시료 오염과 휘발 원소의 손실, 난분해성 시료의 낮은 분해효율 등과 같은 한계가 있어, 난용성 소재에 대하여 전처리 과정 없이 고체상 시료를 직접 분석할 수 있는 방법이 요구된다. Laser ablation(LA)은 시료의 국소 범위에 laser를 조사하여 증기화하는 장비로, ICP-MS와 결합하면 별도의 파괴적 전처리 과정 없이 신속하면서도 정확한 분석이 가능하다. 그리고 ICP-MS로 도입되는 시료량이 극히 적기 때문에 분석 장비로 인한 오염이 적은 장점이 있다. 반면, LA는 시료의 열적, 물리적 특성의 영향을 받기 때문에 미지시료의 정량분석을 위하여 동일한 매질의 표준시료가 필요하다. 또한, LA의 대표적인 한계로 꼽히는 elemental fractionation의 영향을 고려하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 한국기초과학지원연구원에서 보유하고 있는 LA-ICP-MS 분석장비(UV laser ablation system: 213 nm Nd:YAD laser, UP213, New Wave Research; ICP-MS: X2 series, Thermo Science Company)를 사용하고, 분석결과의 신뢰성 제고를 위하여 시료와 동일한 매질의 인증표준물질을 이용하여 최적분석조건 및 절차를 도출하며, 20종의 플라스틱 폐기물 시료에 포함된 미량성분(As, Br, Cd, Cr, Hg, Pb)을 정량분석하고자 한다.

LA-ICP-MS를 이용한 플라스틱 폐기물 내 미량성분의 정량분석

정진희,이진홍,박찬수 한국폐기물자원순환학회 2014 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2014 No.11

플라스틱은 발열량이 매우 커서 가연성 폐자원으로써의 활용가치가 높으므로, 플라스틱 폐기물을 이용한 고형연료화(RPF, refuse plastic fuel) 사업을 통하여 대안적인 에너지 공급원으로 기능할 수 있다. 그러나 PVC 재질이 혼합된 플라스틱류의 경우, 소각과정에서 다이옥신과 염화수소 등 2차 대기오염물질이 발생되고, 플라스틱에 포함된 중금속 등의 유해물질이 환경 매체에 다양한 경로로 확산되기 때문에 플라스틱 폐기물의 처리과정에서 여러 가지 환경적 문제를 야기할 수 있다. 즉, 플라스틱은 소각에 의한 에너지 회수 과정에서 유해대기오염물질(HAPs, hazardous air pollutants)을 필연적으로 배출하게 되므로, 폐자원의 재활용 방안을 모색하고 적용하기에 앞서 물리화학적 특성, 특히 미량성분의 분포 특성과 이에 수반되는 잠재적 영향 파악이 반드시 선행되어야 한다. 한편, ICP-MS를 이용하여 플라스틱에 포함된 미량성분을 정량분석하려면 고체상 시료를 용액화 하는 전처리 과정이 필요한데, 이와 같은 파괴적 전처리 과정은 많은 시간과 노력이 요구되고, 시료 오염과 휘발 원소의 손실, 난분해성 시료의 낮은 분해효율 등과 같은 한계가 있어, 난용성 소재에 대하여 전처리 과정 없이 고체상시료를 직접 분석할 수 있는 방법이 요구된다. Laser ablation(LA)은 시료의 국소 범위에 laser를 조사하여 증기화하는 장비로, ICP-MS와 결합하면 별도의 파괴적 전처리 과정 없이 신속하면서도 정확한 분석이 가능하다. 그리고 ICP-MS로 도입되는 시료량이 극히 적기 때문에 분석 장비로 인한 오염이 적은 장점이 있다. 반면, LA는 시료의 열적, 물리적 특성의 영향을 받기 때문에 미지시료의 정량분석을 위하여 동일한 매질의 표준시료가 필요하다. 또한, LA의 대표적인 한계로 꼽히는 elemental fractionation의 영향을 고려하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 한국기초과학지원연구원에서 보유하고 있는 LA-ICP-MS 분석장비(UV laser ablation system: 213 nm Nd:YAD laser, UP213, New Wave Research; ICP-MS: X2 series, Thermo Science Company)를 사용하고, 분석결과의 신뢰성 제고를 위하여 시료와 동일한 매질의 인증표준물질을 이용하여 최적분석조건 및 절차를 도출하며, 20종의 플라스틱 폐기물 시료에 포함된 미량성분(As, Br, Cd, Cr, Hg, Pb)을 정량분석하고자 한다.