동위원소희석 액체크로마토그래피 질량분석법을 이용한 채소류 중 잔류농약 다성분 분석법 개발

Abstract

농약이 약효를 효과적으로 발휘하기 위해서는 어느 정도의 잔류성이 있어야하므로 최종 수확물 중에도 잔류농약이 남아 있게 되는 경우가 많다. 따라서 잔류농약의 양을 잘 파악하고 이를 관리하는 것이 중요하다. 이에 따라 식품의약품안전처는 농산물의 잔류농약 안전관리를 강화하고자 2019년 PLS제도를 시행하였다. 이는 작물별로 등록된 농약에 한해 일정 기준내에서 사용하도록 하며, 잔류허용기준이 없는 모든 농약에 부적합 수준인 0.01 mg/kg 이하를 일률기준치로 적용하는 제도이다. PLS 제도의 도입으로 다성분 잔류농약 동시분석에 대한 중요성이 대두되었다. PLS제도에 대응하기 위해 식약처는 2021년 국가공인 시험법인 식품공전 잔류농약 다성분 시험법-제2법의 시료 전처리 방법을 QuEChERS 시험법으로 개정했다. QuEChERS 시험법의 도입을 통해 시료 전처리방법을 간소화하고 대상농약을 473종에서 511종으로 확대하였다. QuEChERS 시험법은 간단하고 빠르게 많은 성분의 농약을 동시분석할 수 있어 보편적으로 사용되는 시험법이다. 하지만 개별 분석대상 성분마다 최적의 분석법이 아니므로 정량적인 면이나 재현성 측면에서 보완이 필요하다는 한계점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 시금치 중 22종 잔류농약의 정확한 정량분석을 목표로 동위원소희석 액체크로마토그래피 질량분석법을 개발하였다. 기기 분석조건(액체크로마토그래프, 질량분석기)과 전처리 조건의 최적화과정을 거쳐 잔류농약 22종에 대한 동위원소희석질량분석법을 활용한 동시분석 시험법을 확립하였다. 기기분석은 고성능 액체크로마토그래피와 전자분무 이온화 장치를 장착한 삼중 사중극자를 사용하였다. 양이온 모드에서 선택이온분석법(Selected Ion Monitoring, SIM)과 다중반응분석법(Multiple Reaction Monitoring, MRM)을 이용하여 분석을 수행하였다. 개발한 분석법의 유효성을 평가하기 위해 회수율, 반복성, 재현성, 검출한계 및 정량한계, 측정불확도를 평가하였다. 이에 더해 인증표준물질(Certified Reference Material, CRM)으로 유효성 검증이 가능한 성분은 CRM을 구하여 확립한 시험법으로 분석을 진행하였다. KRISS 배추 CRM (018-05-013)으로 이미다클로프리드와 티아메톡삼, ERM 오이 CRM (BC 403)으로 아세타미프리드, 아족시스트로빈, 카벤다짐, 이미다클로프리드, 메토밀, 티아벤다졸의 측정값이 인증값과 불확도 범위 내에서 일치하는 결과를 보임을 확인하였다. 시험법의 유효성 평가를 한 후 시금치 외에 다른 매질에도 본 연구의 시험법 적용 가능성을 보고자 당근, 녹차, 브로콜리에 분석법을 적용하여 회수율을 비교하였다. 추후 본 연구에서 개발한 분석법이 채소류 인증표준물질의 잔류농약 특성값 산출에 활용하여 측정표준을 확립할 수 있을 것으로 기대한다.| In terms of food safety, pesticide residue analysis has been an important issue both domestically and internationally. In particular, the positive list system(PLS system) for pesticides, which has been fully implemented since 2020 in Korea, requires the high level of analysis capabilities of testing laboratories. In this study, the quantification method of 22 pesticides in vegetables aims to CRM development was conducted. In order to accurate and rapid determination of 22 pesticides, we developed isotope dilution liquid chromatography mass spectrometry(ID-LC/MS) method which is applied to QuEChERS EN 15662 method. In ID-LC/MS, isotope-labeled compounds are added to both the standard solution and the sample as an internal standards. To quantify the analytes, the isotope ratios in the ratio standard solution and the sample are compared. Therefore, this method can minimize bias from sample cleanup, matrix effects, and instrument drift. The optimal conditions for simultaneous analysis of 22 pesticide residues were established by optimizing instrument conditions(liquid chromatography, mass spectrometry) and sample treatment conditions(extraction, purification, reconstitution). For validation of the analytical method, recovery rate, repeatability, reproducibility, LOD, LOQ, and measurement uncertainty were evaluated. A recovery test was performed on a spinach sample spiked at a level of 0.050 mg/kg to check the accuracy and precision of the established method. Repeatability and reproducibility tests were also carried out using pesticide-contaminated spinach powder. The recovery test measured the difference between the spike concentration and the measured concentration. The percentage differences were 0.5 ~ 3.7% for 15 pesticides and 5.0 ~ 10.9% for the other 7 pesticides. The limit of detection(LOD) were < 0.23 µg/kg for all pesticides. As a result of analysis for three days with pesticide-contaminated spinach samples(n=3) for repeatability and reproducibility. The intra-day relative standard deviations were 0.05 ~ 1.69 % for 18 pesticides and 0.18 ~ 7.56 % for 4 pesticides, and the inter-day relative standard deviations were 0.09 ~ 1.91 % for 19 pesticides and 2.07 ~ 6.31 % for 3 pesticides. The measurement uncertainty values were 1.3 ~ 5.0 % for 16 pesticides and 5.6 ~ 7.7 % for 2 pesticides, and 10.0% or more for 4 pesticides. In addition, the components that can be validated with CRM were analyzed using the established analytical method after obtaining CRM. Imidacloprid and thiamethoxam measured with KRISS kimchi cabbage CRM(018-05-013) and acetamiprid, methomyl, imidacloprid, carbendazim, azoxystrobin, and thiabendazole measured with ERM cucumber CRM(BC 403) were agreed within the uncertainty range of the certified value. These results indicate that the modified QuEChERS method using IDMS can be used for the development of certified reference materials.