Headspace-SPME-GC/MS를 이용한 로스팅 온도에 따른 메밀(Fagopyrum esculentum)의 휘발성 향기 성분 변화 분석

김지선 고려대학교 생명환경과학대학원 2022 국내석사

메밀(Fagopyrum esculentum)은 한해살이풀로 건조한 땅에서도 잘 자라며 생육기간이 60-80일로 짧다. 꽃은 백색이고 7-10월에 피고 세모난 메밀 씨앗이 열린다. 메밀은 사계절 모두 수확 가능하지만 여름에 수확되는 메밀은 글루텐 함량이 적어 맛이 떨어지기 때문에 주로 겨울에 수확한다. 메밀은 영양학적인 면에서 볼 때 rutin이나 quercetin처럼 다양한 건강 기능성 물질들이 함유되어 있고, 그에 관한 연구는 많이 있으나 로스팅 한 메밀의 향기 성분에 관한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구는 로스팅 온도에 따른 메밀의 휘발성 향기 성분에 기여하는 특징적인 화합물을 분석하고자 한다. 전라남도 진도에서 2021년 12월에 수확한 햇메밀을 구입하여 식품 분야에서 향기 성분 분석에 널리 적용되고 있는 헤드스페이스 고체상미량추출법(Headspace-SPME)을 통해 휘발성 향기 성분을 포집하고 기체 크로마토그래피 질량분석법(GC/MS)를 통해 분석하여 휘발성 향기 성분들을 동정하였다. 로스팅 온도에 따른 휘발성 향기 성분을 분석한 결과 총 45종의 휘발성 성분이 검출되었으며 작용기에 따라 Pyrazines 12종, Pyridines 3종, Pyrroles 2종, Furans 2종, Hydrocarbons 3종, Ketones 4종, Sulfur-Compounds 7종, Ethers 2종, Nitrogen-Compounds 3종, Esters 1종, Alcohols 1종, Aldehydes 5종으로 확인되었다. 분석 결과 열처리 공정을 한 메밀에서 확인된 주요 향기 성분 물질은 Pyrazine화합물이었고 180℃에서는 그 함량이 89.30%까지 증가했을 정도로 특징적인 향기 성분인 것으로 확인되었다. 이 연구를 통해 로스팅 한 메밀의 휘발성 향기 성분 중 주요 구성 화합물은 Pyrazine화합물이었으며 메밀의 로스팅 온도와 시간이 볶음 메밀 특유의 구수한 향기 성분에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. 이러한 메밀의 로스팅 온도에 따른 메밀의 향기 성분을 기초 데이터로 삼아 메밀을 식품소재로 활용하는 연구 산업 및 향기 품질이나 기호도를 개선하기 위한 향료 연구에 응용 가능할 것으로 판단된다. Buckwheat (Fagopyrum esculentum) is an annual plant that grows well in dry land and has a short growth period of 60 to 80 days. The flowers are white, and the triangular buckwheat seeds bloom from July to October. Buckwheat can be harvested in all four seasons, but buckwheat harvested in summer is mainly harvested in winter because of its low gluten content and poor taste. Buckwheat contains various health functional materials such as rutin and quercetin in terms of nutrition, and there are many studies on it, but few studies on the aromatic compounds of roasted buckwheat. Therefore, this study aims to analyze characteristic compounds that contribute to the volatile aromatic compounds of buckwheat with roasting temperature. Fresh buckwheat harvested in December 2021 was purchased from Jindo, Jeollanam-do, Korea and volatile aromatic compounds were collected through Headspace-SPME, which is widely applied to aromatic compound analysis in the food sector, and analyzed through gas chromatography mass spectrometry (GC/MS). Through the analysis of the volatile aromatic compounds with roasting temperature, a total of 45 different volatile aromatic compounds were detected, and depending on the functional group, 12 Pyrazines, 3 Pyridines, 2 Pyrroles, 2 Furans, 3 Hydrocarbons, 4 Ketones, 7 Sulfur-Compounds, 2 Ethers, 3 Nitrogen-Compounds, 1 Esters, 1 Alcohols and 5 Aldehydes. As a result of the analysis, it was confirmed that the main volatile aromatic compounds identified in the buckwheat subjected to the heat treatment process was Pyrazine compound, and the content increased to 89.30% at 180°C. Through this study, the main component of the volatile aromatic compounds of roasted buckwheat was Pyrazine compound, and the effect of the roasting temperature and time of buckwheat on the savory scent component unique to roasted buckwheat was confirmed. In this study, we intend to present a series of meaningful data that it can be applied to the research industry that uses buckwheat as a food material using the aromatic compounds of buckwheat with roasting temperature of buckwheat and to improve scent quality or preference.

고체상미량추출(SPME) 및 Headspace-GC 방법을 이용한 TMA 분석특성 연구

조은영 전북대학교 대학원 2009 국내석사

The purpose of this research is not utilizing low temperature concentrated-recharged column analysis method of the original TMA but directly injecting a simplified condensed sample that is analysed with SPME equipment and an efficient way to study through Headspace-GC analysing method in terms of linearity and analysis accuracy, and the other is finding the difference of the TMA concentration, setting up the cornerstone of foul odor's environment analysis as the method of sample acquirement and the length of remaining time inside passes by. This study is to compare the way of a linearity and made a certain amount of standard diluted solution which are 1, 6, 12 ㎍/ℓ, and of the samples, we used 6㎍/ℓ to compare the accuracy of the analysis. And the analytical method using SPME and Headspace-GC was conducted with leaving them on room temperature, desorpting them later. Also they were stirred and absorbed subsequently separated from the previous form. Moreover, constantly leaving them in a 50℃ area before separation, and the forth method of the experiment was separating after absorbing through the stirring process. To determine the most efficient way of the minimum detection limits, we diluted a certain amount of standard solution which was 0.03㎍/ℓ, and repeated the experiment 7 times. The results showed the linearity's temperature was stabled in room temperature by SPME, and both stirring method had R²=0.98 or a better result, and with the repeatable method by utilizing SPME stabled with the room temperature and stirring to meet the standard by about 7%, while results showed were the best. So to say, SPME method could achieve best results when calculating properly with a stable temperature in the stirring analysis. Moreover, by using the best analysis of linearity and reproducibility in terms of the minimum detection limits, manufactured 0.03㎍/ℓ standard solution's diluted TMA weight of ingredients were converted to 50L of stock samples and satisfied the standard that is below 0.5ppb with a result of 0.47ppb in the odor detection test. Next, we went into the experiment on the changes of TMA concentration when time passes by that were gathered in a sample extraction method. First, we used Tedlar bags to observe the changes of concentration according to the sample extractionn method, and the other way was conducted by not using Tedlar bags but gathering TMA with sulphuric liquid. The results showed that the experiment using Tedlar bags showed 0.46ppb, while the one without it showed 0.52ppb, in which the difference was negligible but the one without Tedlar bags had a higher density. Also we put the Tedlar bags at a place in a room temperature for 1, 6, 12, and 24 hours to analyse the changes of density. The results showed a slight difference in 6 hours when the figures were rounded up in the second decimal digit, but the density decreased by 50% when they were left for more than 12 hours. By combining the analysed results of sampling method and changes in residence time according to concentration showed that the internal parts of the Tedlar bags had a lost due to absorption of the sample, decreasing the concentration(density) when using the bags. And as the residence time lengthens, the lost amount of samples increases. Since odor is affected by pressure state, the velocity of wind, temperature and weather conditions, we could expect development on much more accurate data analysis method in terms of weather and seasonal changes that require environmental analysis in variables.

Investigation on the factors influencing the benzene formation and its analysis in beverages using headspace-gas chromatography-mass spectrometry

Kim, Eunmi Sungkyunkwan university 2018 국내석사

국제 암연구소(IARC)에서 지정한 제1급 발암물질인 벤젠은 대기나 토지뿐만 아니라 음식물에도 미량 존재하며, 음식물 속에서는 제조공정, 주변 환경, 포장 용기 및 음료 성분 등 다양한 요인으로 인위적으로 유입 또는 생성될 수 있다. 헤드스페이스-기체 크로마토그래피-질량분석법은 간단하고 감도가 높아 음료 중 벤젠 분석에 자주 사용되는 방법이지만 시료를 장시간 고온으로 가열하는 과정에서 인위적으로 벤젠이 생성될 가능성이 제기된 바 있다. 이 연구에서는 헤드스페이스 평형조건이 음료 시료 중 인위적인 벤젠 생성에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 실험계획법을 이용하여 헤드스페이스 조건 (평형온도, 75℃; 평형시간, 34분; 시료 부피,6 mL)을 최적화한 후 ascorbic acid (5000 g mL-1)와 sodium benzoate (600 g mL-1), 또는 ascorbic acid와 benzaldehyde (75 g mL-1) 혼합시료를 최적화한 헤드스페이스 조건과 인위적인 벤젠의 생성을 최소화할 수 있는 저온 평형조건 (평형온도, 40℃; 평형시간, 30분; 시료 부피, 5 mL)에서 비교하였다. 40℃의 조건에서는 ascorbic acid와 sodium benzoate를 혼합한 경우에는 벤젠이 검출되지 않았으나, ascorbic acid와 benzaldehyde를 혼합한 경우에는 3.48 ng mL-1의 벤젠이 검출되었다. 75℃의 고온조건에서는 ascorbic acid와 sodium benzoate를 혼합한 경우에는 16.03 ng mL-1의 벤젠이 검출되었으며, ascorbic acid와 benzaldehyde를 혼합한 경우에는 4.98 - 77.50 ng mL-1의 벤젠이 검출되었다. 또한 위와 동일한 조건의 시료에 대하여 시료전처리 과정 중 열처리 과정이 없는 액상미량추출법과도 비교한 결과 벤젠이 검출되지 않았다. 이를 종합해 볼 때 시료전처리 과정인 헤드스페이스 평형에 고온을 적용할 경우 전구체로부터 인위적인 벤젠이 생성될 수 있음을 확인하였다. 또한 2_IV^(8-3) 일부실시법을 이용하여 음료의 성분 및 제조공정이 벤젠 생성에 미치는 영향을 조사하였다. Ascorbic acid, sodium benzoate, benzaldehyde, copper (II) ion, iron (II) ion, riboflavin, pyridoxine, 열처리 등 총 8개의 변수에 대한 실험 결과, ascorbic acid, sodium benzoate, benzaldehyde, copper (II) ion, 열처리가 인위적인 벤젠 생성에 positive effect를 보였다. 또한 ascorbic acid와 benzaldehyde, copper (II) ion, sodium benzoate가 각각 혼합되었 있을 때, benzaldehyde와 copper (II) ion, sodium benzoate와 riboflavin가 혼합되어 있을 때 벤젠 생성에 positive effect를 보였다. 본 연구결과를 종합해 볼 때 벤젠을 분석할 때는 인위적인 벤젠이 생성되지 않는 낮은 온도로 수행해야한다. 또한 Ascorbic acid는 sodium benzoate, copper (II) ion, benzaldehyde 등의 물질과 혼합될 경우 벤젠 생성에 영향을 미칠 수 있는 가능성이 높기 때문에 혼합하여 사용하는 것을 지양해야 하며, copper (II) ion의 영향력을 저해하기 위해서는 첨가제로서 킬레이트 생성을 위한 EDTA를 사용하거나 금속이온이 제거된 정제수를 사용한다면 벤젠생성을 방지할 수 있을 것으로 사료된다. Benzene, a Group 1 carcinogen classified by the International Agency for Research on Cancer (IARC), exists in trace amounts in food as well as in air and ground, and can be artificially produced in food by various factors such as manufacturing process, surrounding environment, packaging container and beverage components and additives. Headspace-gas chromatography-mass spectrometry is a simple and high sensitivity method that is often used to analyze benzene. However, this method is likely to generate undesired benzene in the beverage by heating the analyte to high temperature for prolonged periods of time. In this study, the effect of headspace method on benzene formation by using experimental design were investigated. Ascorbic acid, sodium benzoate or ascorbic acid and benzaldehyde are used in combination with optimized headspace conditions (equilibrium temperature, 75°C; equilibrium time, 34 min; sample volume, 6 mL) and mild conditions (equilibrium temperature, 40°C; equilibrium time, 30 min; sample volume, 5 mL) which are predicted not to produce benzene. Benzene was not detected when ascorbic acid and sodium benzoate were mixed at 40°C, and benzene was detected at 3.48 ng mL-1 when ascorbic acid and benzaldehyde were mixed. Benzene was detected at 16.03 ng mL-1 when ascorbic acid and sodium benzoate were mixed at a high temperature of 70°C and benzene of 4.98 - 77.50 ng mL-1 was detected when ascorbic acid and benzaldehyde were mixed. In addition, it was compared with the liquid-phase microextraction (LPME) method without the heat treatment process in the analysis process, benzene was not detected in the LPME method. It was confirmed that an artefactual benzene was formed under high temperature conditions. The effects of beverage ingredients and manufacturing process on benzene production were also investigated using some methods. Fractional factorial design (FFD) was carried out with eight variables: ascorbic acid, sodium benzoate, benzaldehyde, copper (II) ion, iron (II) ion, riboflavin, pyridoxine and heat treatment. As a result, ascorbic acid, sodium benzoate, benzaldehyde and copper (II) ion showed a positive effect and riboflavin showed a negative effect. Also, when benzaldehyde or copper (II) ion or sodium benzoate was mixed with ascorbic acid, benzaldehyde and copper (II) ion, and sodium benzoate and riboflavin were mixed, a positive effect was shown on benzene formation. Therefore, when analyzing benzene, it should be performed at low temperature where no artefactual benzene is formed. Ascorbic acid should not be mixed with sodium benzoate or copper (II) ion or benzaldehyde because it is highly likely to affect benzene formation. To inhibit the influence of copper (II) ion, the use of EDTA for chelate formation as an additive or the use of purified water with metal ion removal can prevent the formation of benzene.

Solvent free headspace GC/MS method for screening of N-nitrosodimethylamine in drug products

이도희 경희대학교 대학원 2021 국내석사

N-nitrosodimethylamine (NDMA)은 다양한 동물 종에서 돌연변이 유발물질과 기형 유발 물질을 유발하는 것으로 알려져 있으며 사람에게는 암을 유발시킬 수 있는 물질로 분류되어있다. NDMA는 azides 또는 nitrite를 사용한 원료 의약품(API)의 제조 과정이나 완제품의 공정과정에서 발생될 수 있다고 보고되었다. 본 연구에서는 다양한 원료의약품 및 완제의약품에서 NDMA의 신속하고 감도 높은 스크리닝법으로 solvent free headspace gas chromatography-mass spectrometry (SF-HS-GC/MS) 법을 개발하고 분석법의 타당성을 검증하였다. Solvent free headspace 조건에서 incubation temperature, incubation time 및 시료 양의 변수를 최적화되었다. 개발된 SF-HS-GC/MS 방법은 선형성 (linearity), 정량 한계 (limit of quantification, LOQ), 정밀도 (precision) 및 정확도 (accuracy) 측면에서 타당성을 검증하였다. 본 분석법은 어떠한 의약품에서도 매트릭스 효과가 관찰되지 않았다. 또한, HS 조건에 따라 ranitidine, nizatidine 및 metformin에 대한 인위적인 NDMA 형성을 조사했다. 스크리닝에서 발견된 양성 의약품의 NDMA 정량을 위해 조정 (완화) SF-HS 조건이 제안되었다. 본 연구에서 개발된 SF-HS-GC/MS 방법은 원료의약품 및 완제의약품에서 독성 NDMA의 신속 스크리닝 및 고감도 검출을 위한 매우 유용한 분석방법이 될 것으로 기대된다.

GC-headspace와 염석효과를 이용한 잔류알코올류 검출 향상에 대한 연구

유경 충북대학교 2016 국내석사

This study is intended to improve the reproducibility and the sensitivity of the alcohol components in aqueous solution by GC-headspace method. In this study, the most effective salting out effect has been examined in terms of application of various inorganic salts(NaCl, NaHSO4, (NH4)2SO4, MgSO4, Na2SO4) and equilibrium temperature(65℃, 70℃, 80℃, 90℃). The GC method employs a fused-silica column coated with USP G43(0.53 mm I.D x 30 mL x 3.0 ㎛ film thickness), flame ionisation detector(FID) was applied at 250℃, oven temperature was maintained at 40℃ for 5 min, then raised at a rate of 10℃/min to 230℃, maintained for 5 min. Nitrogen gas was used as a carrier gas at a constant flow pressure 15.4 kPa. 1mL of analytic solution was put into a 22 mL headspace vial. It showed a tendency to increase the sensitivity according to the oven equilibrium temperature increase, depending on the salt type, methanol 476% (Na2SO4), ethanol 696% (Na2SO4), 2-propanol 748% (NaCl), n-Propanol 768% (Na2SO4), 2-butanol 721% (NaCl), n-butanol 790% (NaCl) were also improved. In oven temperature 90℃, inorganic salt NaCl was the reproducibility and sensitivity and the optimal amount of NaCl was determined that 600 mg. Methods performance was evaluated against quality parameters such as specificity, linearity and range, precision, limit of quantitation.

Headspace-no drop microextraction for capillary electrophoresis

이혜려 서울대학교 대학원 2014 국내석사

In liquid phase microextraction, high enrichment factors can be obtained using an acceptor phase of small volume. By hanging an acceptor drop at the separation capillary tip, single drop microextraction (SDME) can be in-line coupled with capillary electrophoresis (CE). The small surface-to-volume ratio of the drop enables high enrichment factors to be obtained in a short time. One practical issue in SDME is how to keep the drop attached to the capillary stably. Here, we present novel but extremely simple no drop microextraction (NDME) using the liquid inside the capillary as an acceptor phase, without forming a drop at the capillary tip. As a first example, NDME has been combined with headspace (HS) extraction. Simply by placing a capillary filled with a basic run buffer in the HS above an acidic donor solution, volatile acidic analytes were extracted into the acceptor phase in the capillary. After extraction, electrophoresis of the extracts in the capillary was carried out. Owing to the robust nature of the acceptor phase, the extraction temperature and time ranges of HS-NDME can be extended significantly, compared to HS-SDME. The enrichment factors for chlorophenols in a standard solution were up to 1100 under an optimal HS-NDME condition of 80°C for 15 min. For a complex sample such as red wine, an acceptor phase with an increased buffer capacity was used obtaining detection limits of about 20 nM. The whole procedures of HS-NDME-CE were carried out automatically using built-in programs of a commercial CE instrument.

Development and validation of analytical methods for fragrance allergens in quasi-drugs: Cryogenic grinding/HS-SPME-GC-MS method for disposable sanitary products and GC-MS method for mouthwashes

박지예 아주대학교 2022 국내석사

향료 (fragrance)는 첨가제의 일종으로 의약품 등의 제품에 사용되나, 일부 향료는 알레르기를 유발할 수 있어 사용이 규제되고 있다. 본 연구의 목표는 국내에서 의약외품으로 지정된 생리대 및 구중청량제 중 알레르기 유발 향료 24종의 분석을 위한 전처리법과 gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) 기반 분석 방법을 확립하는 것이다. 생리대는 동결 분쇄기 (freezer mill)를 이용하여 분쇄하였다. 밀봉된 바이알에서 균질화 된 생리대 검체 가루를 직접 가열하여 기화된 향료를 고체상으로 추출하는 headspace-solid phase microextraction (HS-SPME) 전처리법을 이용한 분석 방법을 개발하였다. 분석방법은 SPME 흡착제의 종류, 추출 시간, 추출 온도, 탈착 시간, 탈착 온도, 기질, 기질 흡착시간을 최적화하였다. 구중청량제는 액체 검체로부터 향료 물질의 liquid-liquid extraction (LLE) 전처리를 이용하기 위하여, 추출용매, NaCl 농도, MgSO₄양을 최적화하였다. 검량선 작성을 위한 기질은 실험계획법 (Design of experiments)를 이용하여 기질 용액 조성을 선정하였다. 개발된 분석법은 ICH Q2 (R1) 가이드라인에 따라 특이성, 직선성, LOQ, 정확도 및 정밀도로 평가되었다. 생리대 검체의 분석방법의 경우 직선성 (R² ≥ 0.9907), LOQ (3~95 ng/g), 정확도 (회수율 = 82.5~120.8%), 정밀도 (상대표준편차 ≤ 27.0%)에서 양호한 밸리데이션 결과를 보였다. 구중청량제 역시 양호한 직선성 (R² ≥ 0.9973), LOQ (0.35~1.01 μg/g), 정확도 (회수율 = 83.0~117.3%), 정밀도 (상대표준편차 ≤ 12.5%)를 나타냈다. 확립된 분석법은 12개의 생리대와 15개의 구중청량제 검체에 성공적으로 적용되었다. 생리대와 구중청량제에서 리모넨 (limonene)은 가장 높은 검출률을 보였다. 평균 함량의 경우 생리대에서는 벤질알코올 (benzyl alcohol)과 리날로올 (linalool)이 높았으며, 구중청량제에서는 유제놀 (eugenol)과 리모넨 (limonene)이 가장 높았다. 따라서 개발된 분석법은 생리대 및 구중청량제에서 알레르기 유발 향료 24종의 분석법으로써 적합하였으며, 향후 의약외품에서 알레르기 유발 향료의 품질 관리 및 표시 기재 정책의 지원에 활용될 수 있다. Fragrances is used as an additive in products such as pharmaceuticals, but some fragrances have allergenic potential, so their use is regulated. This study aims to develop a pretreatment method and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-based analysis method for 24 fragrance allergen analysis in sanitary pads and mouthwashes designated as quasi-drugs in Korea. The sanitary pads were pulverized using a freeze mill. An analysis method using the headspace-solid phase microextraction (HS-SPME) was developed, in which the homogenized sanitary pad sample powders were directly heated in a sealed vial to extract the vaporized fragrance into a solid phase. For the analysis method, the type of SPME fiber, extraction time, extraction temperature, desorption time, desorption temperature, matrix, and matrix adsorption time were optimized. For liquid-liquid extraction (LLE) pretreatment method of mouthwashes, the extraction solvent, NaCl concentration, and MgSO₄ amount were optimized. The composition of the matrix solution was selected using the design of experiments (DoE) as the matrix for preparing the calibration curve. Specificity, linearity, LOQ, accuracy, and precision were evaluated according to ICH Q2 (R1) guideline to assess the performance of the developed method. The sanitary pads showed linearity (R² ≥ 0.9907), LOQ (3~95 ng/g), accuracy (recovery = 82.5~120.8%), and precision (relative standard deviation ≤ 27.0%). The mouthwashes showed linearity (R² ≥ 0.9973), LOQ (0.35~1.01 μg/mL), accuracy (recovery = 83.0~117.3%), and precision (relative standard deviation ≤ 12.5%). The established method has been successfully applied to 12 sanitary pads and 15 mouthwashes. Limonene had the highest detection rate in sanitary pads, and the average content was high in benzyl alcohol and linalool. Limonene had the highest detection rate in the mouthwash, and eugenol and limonene had the highest average content. Therefore, the developed simultaneous analysis method was suitable for 24 fragrance allergens analysis in sanitary pads and mouthwashes, and can be used for quality control of fragrance allergens in quasi-drugs and support of labeling policy.

Inhibition of the nitrosamines in-situ formation in active pharmaceutical ingredients by nitrite scavenger during HS-GC-MS analysis

황수현 경희대학교 대학원 2023 국내석사

N-nitrosodimethylamine (NDMA)를 포함한 N-nitrosamines (NAs)는 인체 내에서 발암 유발 가능 물질로 작용한다는 사실이 밝혀졌다. 이에, 국제 암 연구기관 (International Agency for Research on Cancer; IARC)은 발암 위험성에 따라 1~4급으로 구분하여 관리하고 있다. 발암 유발성이 있는 NAs를 관리하기 위한 관리 지침은 각 NAs의 허용 섭취량 (ng/day)에 각 약물의 최대 1일 용량 (mg/day)를 나누어 준 값으로 계산하여 적용하고 있다. 관리 지침에 따르면 의약품에 존재하는 NAs의 허용 한도 값은 매우 극미량이기에 이를 분석하기 위해서는 높은 감도의 분석법이 요구된다. 따라서, 의약품에 존재하는 미량의 NAs의 관리 기준을 충족시키기 위해 LC-MS/MS 및 GC-MS를 활용한 다양한 분석법이 제시되고 있다. 이 중 기존에 제시한 GC-MS를 적용하여 metformin, nizatidine을 분석할 경우 분석과정에서 가해지는 고온으로 NDMA가 in-situ 형성되어 기존에 존재하는 NDMA의 함량보다 과대평가되는 현상이 있었다. 이는, 분석과정에서 가해지는 고온으로 의약품에 존재하는 아질산염이 dimethylamine (DMA)과 반응하여 인공적으로 NDMA를 형성하기 때문이다. 이러한 결과는 NDMA의 정량분석 결과가 과대평가되거나 재현성을 낮출 우려가 있다. 따라서, 본 연구에서는 API에 nitrite scavenger를 추가하여 GC-MS 분석 과정에서 in-situ 형성되는 NDMA를 억제하는 방법을 개발하였다. Nitrite scavenger로는 대표적인 항산화제인 ascorbic acid, caffeic acid, cysteine의 3가지 nitration inhibitors를 선택하여 의약품에 적용하였다. 개발된 Headspace GC-MS 기기 조건은 incubation 온도, incubation 시간, 시료 양을 비교하여 9 NAs를 동시 분석하기에 가장 적합한 최적의 조건으로 확립하였다. 분석법의 타당성은 ICH Q2 (R1) 밸리데이션 가이드라인 (직선성, 정확성, 정밀성, 매트릭스 효과, 완건성, 시스템 적합성)에 따라 검증되었다. 이후 NAs가 검출되는 의약품에 선정한 3가지의 scavenger를 각각 스파이크하여 artificial formation NAs의 억제효율을 비교하여 최적의 억제효율을 보이는 scavenger를 선정하였다. 본 연구 결과와 개발된 분석법은 다양한 API 및 의약품에서 NAs의 스크리닝과 HS-GC/MS 분석 시 in-situ formation nitrosation의 억제로 NDMA의 정확한 정량 분석을 하는데 유용한 분석법이 될 것으로 기대된다. N-nitrosamines (NAs) are classified as 1 to 4 by the International Agency for Research on Cancer (IARC) and A to E by the US Environmental Protection Agency (EPA) according to their degree of risk. Not all NAs are known to be carcinogenic, but most of them are managed as probably carcinogenic to humans. The management guidance for individual NAs is calculated by applying each NA's acceptable intake (ng/day)/each drug's maximum daily dose (mg/day). Based on these control guidance, acceptable limits of NAs present in pharmaceuticals are very small amount, requiring high sensitivity. Recently, various analysis methods using LC-MS/MS and GC-MS analysis methods have been proposed to manage trace amounts of N-nitrosamine present in pharmaceuticals. However, we observed the artefactual formation of a huge amount of NDMA in situ reaction with high temperature applied during HS-GC-MS analysis for metformin, nizatidine, and ranitidine. The nitrite-derived species present in pharmaceuticals react with dimethylamine (DMA) to potentially form artificial NDMA. This can lead to overestimation NDMA quantification results and low reproducibility. To prevent the artificial formation of NDMA during high-temperature GC-MS analysis, we developed a method by adding a nitrite scavenger capable of removing nitrites and nitrates to the API or drug products. Ascorbic acid, caffeic acid, and cysteine, which are representative antioxidants, were applied as three nitration inhibitors to prevent artificial formation of NAs. Headspace GC-MS conditions were optimized by testing incubation temperature, incubation time, sample volume to establish the most suitable optimal conditions for simultaneous analysis of 9 NAs. The method validation was verified according to the ICH Q2 (R1) validation guidelines (linearity, accuracy, precision, matrix effect, robustness, system suitability). The three selected scavengers were spiked into drug to compare the control efficiency of artificial formation NAs and selected the scavenger which the highest inhibition efficiency. The results of this study and established HS-GC-MS method will help screening of NAs in various APIs and pharmaceuticals. It also expected to be useful analytical method for accurate quantification of NDMA by reducing in-situ formation nitrosation during HS-GC/MS analysis.

HS-SPME/GC-MS를 이용한 식품 중 indicator PCBs 분석법 연구

이민희 서울여자대학교 일반대학원 2017 국내석사

Polychlorinated biphenyls (PCBs)은 산과 알칼리, 열에 안정하고 지용성의 특성을 갖는 잔류성 유기오염물질이다. 인체로의 유입 경로는 주로 음식물 섭취로 알려져 있으며, 국제암연구소(IARC)에서는 인체 발암성 물질인 그룹1로 규정하였다. 일반적으로, 식품 중 PCBs의 분석은 soxhlet extractor를 이용한 추출 과정, multi-layer silica column을 이용한 정제 과정 그리고 HRGC- HRMS에 의한 고감도 분석기기가 요구된다. 이에 본 연구에서는 헤드스페이스 고체상 미량 추출법(Headspace-solid phase micro extraction, HS-SPME)을 도입하여 분석시간 및 비용은 절감하고, GC-MS를 이용한 분석법을 연구하였다. 식품 시료는 지방의 함유와 물질의 유동성에 따라 4가지 매트릭스로 분류하였다. 비지방 액상은 20% 에탄올, 비지방 고체는 흰죽, 지방함유 액상은 우유, 지방함유 고체는 삼겹살로 대표매질을 선정하였다. 20% 에탄올과 흰죽은 HS-SPME 방법만을 적용하여 분석법을 확립하였다. 고지방 식품인 우유와 삼겹살은 LLE 방법으로 1차 추출 후 HS-SPME 방법을 적용하였다. 전처리 과정 후에는 GC-MS를 이용하여 indicator PCBs 7종을 동시에 정량 및 정성분석 하였다. 그 결과 직선성, 정밀도, 정확도 등이 양호하였으며, 비용적인 측면과 분석시간 등을 모두 고려하였을 때 매우 효율적임을 확인하였다. 20% 에탄올과 흰죽을 분석한 결과 검출한계가 0.2-10 pg/g 수준이었고, 지방함유 시료인 우유와 삼겹살은 10-5000 pg/g 수준까지 분석이 가능하였다. 이에 본 연구에서 제시한 HS-SPME를 이용한 분석법은 지방 함유 식품 중 저분자량을 가지는 휘발성 PCBs를 대상으로 모니터링에 적용할 수 있을 것으로 사료된다.

HS-SPME-GC/MS를 이용한 인체 혈액 내 PAHs와 PCBs 분석

최새나 연세대학교 대학원 2008 국내석사

Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) and polychlorinated biphenyls (PCBs) have especially damaged due to their stability and toxicity. Although they have been banned in industrialized countries for some years or decades, PCBs have been still routinely detected throughout the world and continued to cause many ecotoxicological problems.To evaluate the major sources of PAHs and PCBs in industrial area, a study of major PAHs on PCBs source was conducted for this years from 2005 to 2007. In this study, the simultaneous determination of 18 PAHs and 14 PCBs in human blood was achieved by headspace-SPME with 85um polyacrylate fiber and GC/MS. The calibration data of the analytes showed good linearity above 0.99 in the concentration range of 0.1 ~ 10 ng/㎖ and the limits of detection were 0.05 ~ 0.10 ng/㎖.This method was applied to blood samples collected from 755 humans in petrochemical complex area and control area. These data were compared exposue are with control area according to sex. Also monitoring ambient data are in proportion the concentration of the total PAHs and TEF. There were significant difference in most compounds levels between exposure area and control area.These results was to improve the present understanding about the distribution of PAHs and PCBs in human whole blood. 인체 내에 잔류성 및 농축성이 매우 높고 발암성이 강한 물질인 PCBs와 다환방향족 탄화수소류(PAHs)는 자동차 배기가스, 정유산업 등에서 배출되는 유해물질로서 최근 산업화가 진행됨에 따라 환경 오염 노출수준이 높아지고 건강피해 여부에 대한 우려가 높아짐에 따라 개인 생체시료(혈액)의 노출량을 조사할 필요가 있다.비휘발성유기물질인 PAHs 18종, coplanar PCBs 12종을 포함한 14종을 혈액에서 분석하기 위한 최적 분석방법을 확립하여 인체 노출평가를 하였다. 분석방법으로는 headspace solid phase microextraction(HS SPME)의 추출방법과 GC/MS의 기기분석방법을 이용하여 동시분석법을 최적화 하였다. HS SPME를 이용하여 다양한 fiber에서 흡착실험을 한 결과 polyacrylate(PA) fiber 85㎛가 가장 적합한 것으로 나타났으며 혈액시료 1㎖와 증류수를 1㎖를 혼합하여 혈액이 빠른 시간 내에 응고되는 것을 방지하였다. 또한 염석효과를 위해 NaCl 0.1g을 첨가하였으며 pH 11로 90℃에서 50분간 흡착을 시켰고 310℃의 GC 주입구에서 5분간 탈착을 시켰다.최적화된 분석방법인 HS SPME와 GC/MS를 이용하여 2005년부터 2007년까지 755개의 혈액시료를 채취하여 정성·정량 분석을 하였다. 시료는 석유화학단지 지역 내에 거주하는 주민들의 시료 455개 중 석유화학단지 반경 4km이내의 직접 노출지역 280명, 4km 외의 간접노출지역 175명과 비교지역 300명을 대상으로 조사하였으며 검출된 분석결과를 바탕으로 지역별, 성별, 연령대별로 분류하여 비교하였다.본 연구에서 확립한 분석법은 동시분석이 용이하고 간편하게 추출을 할 수 있으며 검출한계 또한 낮아 인체 내 PCBs와 PAHs를 정량하는데 적합하였다. 또한 노출지역과 비교지역의 혈액시료 분석결과는 산단지역에 영향을 받아 환경 오염에 위협받는 주민의 노출평가 자료로 이용이 가능할 것으로 생각된다.