농약의 정밀 LC-MS 분석을 위한 초순수

농약이 환경과 인체 건강에 미치는 영향

농약에는 제초제, 살균제, 살충제, 살진드기제, 식물 생장 조절제 및 방충제가 포함됩니다. 또한 농약에는 해충 및 질병 매개체를 방제하기 위해 비식물 용도로 사용되는 살생물제와 같은 제품도 포함됩니다. 이러한 물질은 환경에 잔류할 수 있으며, 먹이 사슬 전반에 걸쳐 생물 축적될 수 있고, 인체 건강 및 기타 생물체에 잠재적으로 유해한 영향을 미칠 수 있습니다.

수많은 연구를 통해 농약이 비표적 생물체에 미칠 수 있는 잠재적 유해 영향이 밝혀졌습니다. 예를 들어, 클로티아니딘, 이미다클로프리드, 티아메톡삼과 같은 네오니코티노이드계 농약¹⁻²은 환경 및 건강 위험과 연관성이 있는 것으로 확인되어, 2018년 EU에서 실외 사용이 금지되었습니다. 농약 농도를 모니터링하는 것은 농약의 오용과 환경적 영향을 통제하고, 공중 보건 및 안전을 보장하는 데 매우 중요하다. 이는 2017년 EU 15개국에서 계란, 계란 가공품 및 닭고기에서 잠재적으로 유해한 살충제인 피프로닐이 검출된 사례에서 잘 드러났다.³

규제 체계 및 품질 관리

한 연구에 따르면 미국에서 승인된 농약의 4분의 1이 EU에서는 금지되어 있는 것으로 나타났듯이, 농약 규정은 국가마다 다릅니다.⁴ 본 논의에서는 전 세계적으로 가장 엄격한 것으로 간주되는 EU 규정을 기준으로 삼겠습니다.

품질 관리 실험실은 규정을 준수하여 식품, 토양 및 물 속의 농약을 모니터링합니다. 식품 분석의 경우, 많은 실험실이 식품 및 사료 내 농약의 허용 최대 잔류량(MRL)을 규정하는 EU 규정 제396/2005호를 따릅니다.⁵ 수질 분석의 경우, ‘수질 프레임워크 지침(2000/60 EC)’이 유럽의 주요 법규로서 수자원 정책 분야(예: 모니터링, 관리, 지하수 오염 예방 및 통제 전략)에서의 공동체 활동을 위한 틀을 마련하고 있다.⁶

농약 분석에서 초순수의 역할

농약 분석은 LC-MS(액체 크로마토그래피-질량 분석법) 및 GC-MS(가스 크로마토그래피-질량 분석법)를 사용하여 수행됩니다. 선택되는 기법은 분석 대상 분자의 물리화학적 특성에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 비극성 농약은 ISO/TS 28581:2012 표준에 따라 음용수에서 GC-MS를 사용하여 분석됩니다.⁷ 유기염소계 농약은 ISO 6468:1996 표준에 따라 음용수, 지하수, 지표수 및 폐수에서 GC-MS를 사용하여 분석됩니다.⁸ E_FP417.1과 같은 다른 방법들은 곡물 및 곡물 제품 내 농약, 대사산물 및 이성질체의 정량 및 정성을 위해 LC-MS를 사용합니다.⁹

사용하는 기법에 따라 물은 블랭크, 이동상 성분 및/또는 시료, 표준액 및 교정용액 조제에 사용될 수 있습니다. 따라서 일관되고 신뢰할 수 있는 결과를 보장하기 위해서는 고품질의 물을 사용하는 것이 필수적입니다. 실험실, 특히 인증을 받은 실험실은 일관된 품질의 물을 공급하고 품질 매개변수를 적극적으로 모니터링 및 기록하는 고품질 정수 시스템을 선정하는 것을 목표로 합니다. 이는 일상적인 정량 분석, 선별 분석 및 추적성을 용이하게 하며, 신뢰성, 생산성 및 효율성을 보장합니다.

연구: 농약 잔류물 제거를 위한 Milli-Q^® 정수 시스템 평가

연구에 따르면 식수에서 농약이 검출되었으며,¹⁰ 이는 시험실의 정수 시스템에 공급되는 수돗물에 영향을 미칠 수 있습니다. 분석 실험실이 분석의 신뢰성과 일관성을 보장하는 데 직면한 어려움을 인지하고, 당사는 고성능 정수 기술이 적용된 Milli-Q^® 초순수 시스템이 농약으로 오염된 물을 처리할 때에도 민감한 분석 실험에 적합한 물을 공급할 수 있음을 입증하기 위한 연구를 수행했습니다.

수돗물-순수수 시스템과 수돗물-초순수 시스템이 농약을 제거하는지 확인하기 위해, 정수 공정의 두 단계에서 두 가지 다른 실험을 수행했습니다(그림 1). 수돗물(농약 주입 1)과 탱크 내의 물(농약 주입 2)에 각각 약 1 µg/L(대부분 농약의 MRL11의 약 100배)의 17가지 농약(Pestanal^® 분석 표준 물질)이 포함된 도핑 용액을 첨가했습니다. 표준액은 아트라진, 아트라진-데에틸, 시아나진, 세부틸아진, 시마진, 시아나진, 세부틸아진, 시마진, 테르부틸아진, 헥사지논, 클로르톨루론, 디우론, 이소프로투론, 리누론, 메타벤지아즈론, 메토브로무론, 메톡수론, 모놀리누론, 메타자클로르, 메톨아클로르. 참고로, 세부틸아진은 본 연구에서 분석되지 않았습니다. Pestanal^® 표준품은 식품, 음료 및 환경 시료에서 흔히 검출되며 독성이 매우 강한 것으로 보고된 트리아진 및 요소 계열 화합물을 포함하고 있어 선정되었습니다.

우리는 Milli-Q^® IQ 7 시리즈 초순수 및 순수수 시스템의 Q-POD^® 디스펜스 지점에 EDS-Pak^® 폴리셔를 사용하기로 결정했다. 이 폴리셔에는 여러 내분비 교란 물질(EDs)을 포함한 유기 오염 물질을 제거하는 것으로 검증된 특정 유형의 활성탄이 포함되어 있다.

정수 공정의 전처리 및 정제 단계가 완료된 후 시료를 채취하여, 제3자 인증 시험 기관으로 보내 LC-MS/MS 농약 분석을 의뢰했습니다. 분석은 본문 말미의 실험 절차 섹션에 기술된 방법에 따라 수행되었으며, 모든 분석은 중복 시료로 진행되었습니다.

결과 및 고찰: 순수수 및 초순수 내 농약 분석

전처리 단계: 수돗물에서 순수(2종)수로

LC-MS/MS 분석 결과, 전처리 단계에서 얻어진 순수수에서는 시험 대상 농약 중 어느 것도 정량적으로 검출되지 않았다(표 1 및 그림 2, 왼쪽). 검출 한계(LOQ)는 조사 대상 농약에 따라 0.01~0.05 µg/L 사이였다.

농약은 주로 전처리 카트리지 내의 활성탄에 흡착된 것으로 보인다. 활성탄은 다공성 구조를 가지고 있어 반데르발스 힘과 같은 분자간 상호작용으로 인해 분자가 흡착될 수 있는 넓은 표면적을 제공한다. 또한 역삼투 반투과막의 매우 작은 기공 크기도 농약 제거에 기여했을 것으로 보인다.

정제 단계: 순수수(Type 2)에서 초순수(Type 1)로

순수에서 농약 농도가 검출 한계(LOQ) 미만으로 확인되었음에도 불구하고, 미량의 유기 및 무기 오염 물질을 제거하고 LC-MS/MS와 같은 민감한 분석에 고품질의 초순수를 사용할 수 있도록 보장하기 위해서는 정제 단계가 필수적입니다.

많은 실험실이 활성탄, 역삼투 및 Elix^® EDI로 구성된 이와 같은 효율적인 물 전처리 공정을 갖추고 있지 않을 수 있으므로, 우리는 Milli-Q^® IQ 7 정수 시스템(그림 1, 오른쪽)의 정제 단계에 포함된 기술 조합이 오염된 순수에서 농약을 효율적으로 제거할 수 있는지 평가했습니다. 이를 위해 탱크에 농약 첨가 용액을 주입한 후, 첨가된 탱크 물과 EDS-Pak^® 폴리셔를 통과한 갓 분주된 초순수를 분석했습니다.

LC-MS/MS 분석 결과, 갓 얻은 초순수에서 각 농약의 농도는 검출 한계(LOQ) 미만인 것으로 나타났습니다(표 1 및 그림 2, 우측). 이러한 데이터를 바탕으로, Milli-Q^® IQ 7 시리즈 정수 시스템에서 순수를 사용하여 초순수를 생산하는 데 사용되는 기술들의 조합은, 본 분석 조건 하에서 조사 대상 농약이 전혀 포함되지 않은 갓 생산된 물을 만들어 낸다고 결론지었습니다.

농약 분석을 위한 종합 정수 솔루션

본 연구는 Milli-Q^® IQ 7 시리즈 정수 시스템[즉, Milli-Q^® IQ 7003/7005/7010/7015(수돗물 → 순수 → 초순수) 및 Milli-Q^® IQ 7000(순수 → 초순수)]에 내장된 정수 기술과 분배 지점의 EDS-Pak^® 폴리셔가 까다로운 조건에서도 농약을 효과적으로 제거할 수 있음을 입증합니다.

Milli-Q^® IQ 7 시리즈 시스템에서 얻는 고품질 초순수는 수돗물에 농약이 포함될 수 있는 지리적 위치에서도 중요한 분석 실험에 매우 적합합니다. 식수, 과일 및 채소, 약용 식물, 환경 시료 등 다양한 시료의 농약 분석에 종사하는 품질 관리 실험실은, 분석에 사용되는 초순수에 검출 가능한 양의 농약이 포함되지 않도록 하기 위해, 분배 지점에 EDS-Pak^®이 장착된 벤치탑 Milli-Q^® IQ 시스템을 안심하고 신뢰할 수 있습니다.

농약 분석 및 환경, 식음료 시험 실험실에서 근무하는 과학자들의 요구를 충족시키기 위해 다양한 정수 솔루션이 제공됩니다.

실험 절차

분석은 제3자 인증 실험실(프랑스 보쿠제 소재 Laboratoire GIRPA)에서 수행되었습니다.

직접 시료 주입법 분석

시료는 수령 당일에 분석되었습니다. 시료는 30초 동안 수동으로 균질화되었으며, 필요한 경우 내부 절차에 따라 희석되었습니다. 교정 곡선은 0.1~50 µg/L 범위에서 도출되었습니다. 시료는 표 2에 기술된 매개변수를 사용하여 주입되었습니다.

농축 시료 분석

농약은 80/20의 디클로로메탄/에틸 아세테이트 용액을 사용하여 3회 연속 추출을 통해 추출하였다. 10 M 수산화나트륨 용액을 사용하여 pH를 7로 조정하고, 유기상을 회수하였다. 수상층에 85% 인산 용액을 첨가했다. 투여량을 정량하기 위해 추출 추적자를 혼합물에 첨가한 후, 500 mL의 용액에 염화나트륨 30 g을 첨가했다. 모든 분획을 모은 후 -18 °C에서 보관하며 기계식 필터를 사용하여 잔류 수분을 제거했다. 용액을 로타베퍼를 사용하여 농축하고, 그 일부를 50/50/0.1 (v/v/v) 비율의 초순수/메탄올/초산 용액에 첨가하여(질소 플럭스를 사용하여 에틸아세테이트와 교환) LC-MS/MS 분석을 수행했다. 정밀도, 정확도 및 타당성을 확보하기 위해 내부 표준물을 첨가했다. 표 3은 LC-MS/MS 분석에 사용된 매개변수를 보여준다.