Conventional Analytical and New Raman Spectroscopy-Based Methods for Detecting Benzo[a]pyrene in Food: Review and Perspective

(1)

식품 내 벤조피렌 분석법의 기존 연구동향 및 라만분광법 기반기술 전망

이미현^1,2†, 이소윤^1,2†, 김현연¹, 최대식³, 이한주²*, 이진규¹*

1이화여자대학교식품공학과

2한국기초과학지원연구원시공간분자이미징연구팀

3(주)에스엠텍

Received: August 26, 2015 / Revised: September 1, 2015 / Accepted: September 1, 2015

서 론

벤조피렌^(Benzo[a]pyrene, BaP)은다환방향족탄화수소 (Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs))의한종류로방 향족고리⁵개가융합된형태의유기화합물이다^.벤조피렌

은황색고체 결정을띠고 있으며²⁰⁰⁶년국제 암연구소

(IARC, International Agency for Research on Cancer)에 서발암물질(group 1) (Table 1)로분류되었고^,발암성에근 거하여캐나다및미국등에서는다환방향족탄화수소중위

해성주의우선순위대상으로선정되어관리되고있다^{[36, 38].}

또한 국제식품 규격위원회^{, Codex}와 Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA)에서는 벤 조피렌을발암가능물질및내분비계장애물질로분류하고

있다(Table 1) [5]. 이러한벤조피렌을다양한식품으로부터

검출하기위해각각의식품류에부합하는신뢰도가높고효 율적인분석방법들이개발^,적용되어왔다^.이와더불어시 료의전처리과정의간편화및최적화를위한많은시도들 역시진행되어왔다[[5, 6, 10, 12, 15, 20−23, 25, 26, 35−^38, Conventional Analytical and New Raman Spectroscopy-Based Methods for Detecting Benzo[a]pyrene in Food:

Review and Perspective

Mi-Hyun Lee^1,2†, So-Yoon Yee^1,2†, Xuanyan Jin¹, Dae Sik Choi³, Hanju Rhee²*, and Jin-Kyu Rhee¹*

1Department of Food Science and Engineering, Ewha Womans University, Seoul 03760, Republic of Korea

2Space-Time Resolved Molecular Imaging Research Team, Korea Basic Science Institute, Seoul 02841, Republic of Korea

3SM Tech, Daejeon 34302, Republic of Korea

With a view to supporting the provisions of the current Korean food code for the detection of Benzo[a]pyrene, various analytical methods of detection in foods were evaluated and established in terms of linearity, limits of detection/quantitation, efficiency, and accuracy, amongst others. It was observed that to improve the technologies involved in the application of these methods, complicated and combined preparation processes of foods, including extraction, separation and purification, have been the main focus of efforts at optimization. Recently, on-site quick reaction for the detection of hazardous substances in the environ- ment and food materials aims at developing simplified examination processes, such as lable-free and non-invasive technologi- cal analysis, to reduce the costs and time involved in the examination. Herein, current benzo[a]pyrene detection methods are reviewed in addition to new Raman spectroscopy-based trials established to pursue improve the speed, simplicity and suitabil- ity of testing.

Keywords: Benzo[a]pyrene, raman spectroscopy, detection, quantitation

*Corresponding authors H. R.

Tel: +82-2-6943-4141, Fax: +82-2-6943-4109 E-mail: [email protected]

J.-K. R.

Tel: +82-82-2-3277-4297, Fax: +82-2-3277-4508 E-mail: [email protected]

†These authors contributed equally to this work.

(2)

Table 1. Major 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH)s classified by the IARC (International Agency for Research on Cancer) monographs [13].

No. PAHs Abbreviation M.W. Structural formulas IARC group

1 Naphthalene NA 128 2B

2 Acenaphthylene ACL 152 2B

3 Acenaphthene AC 154 3

4 Fluorene FL 167 3

5 Phenanthrene PHE 178 3

6 Anthracene AN 178 3

7 Fluoranthene FA 202 3

8 Pyrene PY 202 3

9 Benz[a]anthracene BaA 228 2B

10 Chrysene CRY 228 2B

11 Benzo[b]fluoranthene BbF 252 2B

12 Benzo[k]fluoranthene BkF 252 2B

13 Benzo[a]pyrene BaP 252 1

(3)

44]. 근래에들어서는많은시간과고비용을필요로하는기 존방법의단점을극복하고현장에서저비용과신속성으로 적용가능한신검출기술에대한필요로^,비표지^,비파괴분석 법인 quartz crystal microbalances, fluorescent spectrometry 등이시도되었으나선택성과민감도가부족하다는단점이

보고되고있다^[3].라만분광법의경우에도낮은감도로로미

량성분분석에적합하지않은측면이있지만^,표면증강라 만 산란(surface enhanced Raman scattering, SERS) [3, 9, 24, 27], 그래핀 증강 라만 산란(graphene enhanced Raman scattering, GERS) [8] 및 자외선 공명 라만^(UV resonance Raman, UVRR) [2, 11, 19] 등다양한라만신호 증강기법이개발되어적용되고있다^.이번총설에서는이들 각각의방법에대해적용사례를리뷰하고^,특히새로이개 발된라만신호증강분광법을이용한벤조피렌검출법에대 해소개하고자한다^.

식품 내 벤조피렌의 위해성

벤조피렌의 생체내 기작

벤조피렌의생체내생성은유기물이고온에서분해되면서 생성된 ethene, propene, 1,3-butadiene 등이 Diels-Alder

반응에의해 cyclic alkene을형성하는기작으로제안되었다

[33]. 이렇게생성된 cyclic alkene은탈수소화반응에의해 단일 고리를 갖는 방향족 화합물로 형성되고 이로부터 naphthalene, phenanthrene과같은다환방향족탄화수소

가생성된다^{(Fig. 1).}다환방향족탄화수소의발암성에관한

연구는많이이루어져방향족환의개수및위치에따라발

암성의정도에차이를보인다는사실이알려졌다^{[4, 7, 33,}

37, 41, 42]. 특히본총설에서중점으로다룰벤조피렌의경 Table 1. Continued.

No. PAHs Abbreviation M.W. Structural formulas IARC group

14 Dibenzo[a,h]anthracene DahA 278 2A

15 Benzo[g,h,i]perylene BghiP 276 3

16 Indeno[1,2,3-cd]pyrene PY 202 2B

Group 1: carcinogenic to human

Group 2A: probably carcinogenic to human Group 2B: possibly carcinogenic to human Group 3: not classifiable as to its human

Fig. 1. In vivo major generation pathway of benzo[a]pyrene [36].

(4)

우거의모든실험동물에서가능한모든경로를통해암을 유발시키는것으로확인되었다^.

벤조피렌생성기작은 7R,8R-trans-dihydrodiol에서^ketol 로의^NAD(P)⁺^-의존 산화 과정을포함하며^,이는^aldo-keto reductase family 1, member A1 (AKR1A1), member C1 (AKR1C1)-member C4 (AKR1C4)에 의해 촉매된다^.이후 Ketol은산소에의한산화과정을거쳐^B[a]P-7,8-dione과활 성화산소종(reactive oxygen species, ROS)를생성하면서지 속적으로^catechol로재배열된다(Fig. 2). B[a]P-7,8-dione은 DNA와반응할수있는친전자체이면서산화^-환원활성이 있다^.환원 당량과 NAD(P)H dehydrogenase, quinone 1 (NQO1), aldo-keto reductase (AKR)s, carbonyl reductase 존재시^{, quinones}는^catechol로재환원될수있다^.만약이러 한물질들이^futile산화^-환원순환반응(redox cycle)을방해

하면^NADPH는고갈되며활성화산소종은증가한다^.이물

질의 활성 기작은 공기 중의 phenanthrene, chrysene, 5- methyl-chrysene, benz[a]anthracene, B[a]P와 같은 몇몇 다환방향족탄화수소류에서관찰되어왔으며이는생체내 재조합효소와사람의폐세포에서도발생한다^{[34, 39].}벤 조피렌및그대사물은조직내단백질의존재에크게의존 하는데이들이단백질과결합하여조직에축적됨으로써기 관에서의세포독성^,돌연변이성^,발암성이증가하고긴잔류 기간과강력한독성으로인해보다심각한문제가야기될가 능성이높아진다^.

식품 내 벤조피렌

벤조피렌의인체노출기여도를보면공기^5.6%,물^0.6%,

식품^93.8%로식품이가장높은주요기여요인으로보고되

고있는데^{[14], 2002}년 Scientific Committee on Food (SCF)에 서는식품에서다환방향족탄화수소류의발암성을판단하 는지표로^B[a]P를사용할수있다고보고하였다^[15].벤조 피렌은조리및가공을통해가열하는과정에서생성되고식 품의주성분인탄수화물^,단백질^,지방등이열분해^,불완전 연소되어생성되기도하며^,훈제공정에서연기에의해주로 발생된다^.특히지방함유식품^,식용유지류⁽식용유^,정제올 리브유^,해바라기유^,참기름^,들기름등⁾과불꽃이직접접촉 할때검게탄부위에서많이생성된다^.또한가공하지않은 농산물및수산물등의식품에도환경오염등으로인하여존

재할수있다^[6].참고로숯불에서조리한스테이크내벤조

피렌의평균농도는약⁹µ^g/kg정도로보고된바있다^[22].

국립독성연구원에서발표한벤조피렌에노출될수있는식 픔¹일섭취량은육류^54.5%,채소류^19.2%,곡류^11.5%,과 일류^53%,서류^5.1%,식용유지^3.6%,패류^0.2%,어류

0.7% 순으로나타났는데육류가가장높은비율을차지하는

것을알수있다^[12].미국환경보호국^(U.S.EPA)에서제시 한 toxic equivalency factors (TEFs)를적용하여식품섭취 를통한 총인체 노출량을환산한 경우^{, 8.38}×¹⁰^-7^mg/kg

b.w./day로 알려져 있으며^, 위상부암 발생에 근거한

benzo[a]pyrene의발암력은^6.11×¹⁰^-6에달하는초과발암위 해도를나타내었다^.이는¹⁰⁰만명당⁶명의위상부암발생위 해가능성을의미하며^{, 1}×¹⁰^-5이하로서우려되는수준은아

닌것으로알려져있다^[37].

국내외 벤조피렌 이슈 및 현황

2006년올리브유(olive oil) 내벤조피렌검출이이슈화된 후^,식품의약품안전처와제조업체가자발적으로벤조피렌저 Fig. 2. Pathways of benzo[a]pyrene activation [24].

(5)

감화사업을실시해왔으며^{, 2007}년¹⁰월에모든식용유지에 대한벤조피렌기준을^2.0µ^g/kg으로규정^,관리하게되었다

[21, 23]. 식품의약품안전처는식품별허용기준을고시하고

있다^.훈제어육의경우건조제품은예외이고^,훈제건조어육 은생물을기준으로하되건조제품은수분함량이변화된경 우수분함량을고려하여적용한다(Table 2) [18].

Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA)에서는식품내벤조피렌함량을최대^{10.0 ppb}로^,

EU에서는유지내벤조피렌함량을최대^{2.0 ppb}로규정하

였다^.특히올리브유내벤조피렌기준은캐나다^,스웨덴^,스 페인은각나라별로^2.0−^{5.0 ppb}의차이가있고중국의경 우^{10.0 ppb}이하^,이탈리아^,포르투갈^,그리스에서는^{8 heavy} 다환방향족탄화수소를기준으로개별^{2.0 ppb}이하^,종합 5.0 ppb 이하로기준을설정하였다^[35].미국과일본은기준

이나규격을따로설정하지않고저감화관리만시행하고있 다(Table 3) [20, 44].

우리나라는²⁰⁰⁶년⁷월 올리브유에 대하여 벤조피렌 2.0 ppb로기준을설정한이후^{, 2007}년²월에는모든식용 유지에그대상을확대하였고²⁰¹³년저감화⁵개년중장기 계획을수립하였으며벤조피렌^,아크릴아마이드등²³종의 유해화학물질을선정해저감화를위한노력을벌이고있다 [35].

식품 내 벤조피렌의 전처리과정 및 검출법

식품내벤조피렌을분석하기위해서시료는균질화^-추출^- 정제의전처리과정을거쳐검출하게된다^.벤조피렌의경우^, 식품중미량으로존재하기때문에적절한추출과정제과정 을거쳐야만분석시방해물질로부터영향을받지않으므로

분석자료의정확성을높일수있다^[31].국내식품공전에는

식품별분석법이제시되어있는데^,제¹법으로액체크로마 토그래피^/형광검출기^(HPLC/FLD)를사용한방법이^,그리고 제²법으로는가스크로마토그래피^/질량분석기^(GC-MS)을이

용한방법이기술되어있다^[2].또한내부표준물질을비롯해

분석원리^,사용되는장치^,시약^,시험용액조제법^,시험조작법 이규정되어있다^[31].그외에quartz crystal microbalances, fluorescent spectrometry 등이시도되었으나선택성^,민감도

에있어보다개선이필요함을지적하고있다^[3].

추출

다환방향족탄화수소추출법은식품의^matrix및성질에

따라좌우된다^.식용유지의경우 hexane, methanol, acetonitrile,

Table 3. Standards for PAHs in oil.

Food Targets Maximum level (µg/kg)

Korea (KFDA) Edible oils & fats B[a]P 2.0

EU Oils & fats B[a]P 2.0

Spain Olive residue oils 8 PAHs¹⁾

sum of PAHs

2.0 5.0

Canada Pomace olive oil 8 PAHs²⁾ 3 TEQ³⁾

Germany (German Society for Fat Science)

Edible oil Heavy PAHs⁴⁾

sum of PAHs

5.0 25.0

China Edible oil B[a]P 10.0

1) Benzo[a]anthracene, Benzo[b]fluoranthene, Benzo[k]fluoranthene, Benzo[a]pyrene, Benzo[e]pyrene, Dibenzo[a,h]anthracene, Benzo[g,h,i]perylene, Indeno[1,2,3,-cd]pyrene

2) Benzo[a]anthracene, Chrysene, Benzo[b]fluoranthene, Benzo[k]fluoranthene, Benzo[a]pyrene, Dibenzo[a,h]anthracene, Benzo[g,h,i]perylene, Indeno[1,2,3,-cd]pyrene

3) Toxic Equivalent Quotient

4) Benzo[a]anthracene, Benzo[b]fluoranthene, Benzo[a]pyrene, Benzo[k]fluoranthene, Dibenzo[a,h]anthracene, Indeno[1,2,3,- cd]pyrene

Table 2. Maximum allowable levels for PAHs in various food groups.

Food Maximum level (µg/kg)

Edible oil and fat 2.0

Rehmannia glutinosa 5.0

Smoked fish meat 5.0

Smoked dried fish meat 10.0

Fish 2.0

Shellfish 10.0

Mollusks and crustacean 5.0

Infant/baby formula diet 1.0

Smoked meat and its processed foods

5.0

(6)

acetone, acetate 등과같은용매추출법이이용된다^[35].일 반적으로식품전반에적용가능한추출방법으로알칼리분 해후액^-액추출하는방법이있으며이방법은식품의지방 조직내벤조피렌추출법이다^.특히^,액^-액추출(liquid-liquid extraction) 방법은음료류와같은액상식품에적용하고^,식 품자체가지방인식용유지인경우액^-액추출방법으로역추 출하는방법을적용한다^.초음파추출방법은지방이거의없 는과일및채소류와같은식품에적용하며^,복잡한추출조

건없이쉽게추출할수있다^[26].육류나생선등의고체상

식품은액^-액추출법또는유기용매에따른비누화방법을 이용한다^[36].

정제

추출된다환방향족탄화수소의정제는비교적극성이강

한고정상을가진플로리실^(florisil)을충진한컬럼을사용

하는방법이많이사용되고있다^[5].이방법은비극성인벤

조피렌과극성방해물질의분리에매우효과적이나^,컬럼준 비및활성화시키는데많은시간이걸린다는단점이있다^. 이러한점을보완하기위해상업적으로시판되고있는고체 상카트리지를사용하면정제효율과분석시간단축시킬수

있다^[36].일반적으로플로리실과실리카겔카트리지가많

이사용되는데^,벤조피렌의경우실리카겔카트리지가더높 은회수율을나타낸다는연구결과가보고되었다^[28].

검출

식품내다환방향족탄화수소의검출한계와회수율은혼

합물^{, matrix,}실험방법에의존적인경향을보이며^,검출한

계는보통^0.1−¹µ^g/kg으로보고되고있다(Table 4). 일부다 환방향족탄화수소는더낮거나높으며최대²⁰µ^g/kg으로 보고된다^[1].단^{, MS/MS}방법은높은선택성때문에검출한 계가^0.1µ^g/kg보다낮다^[42].회수율은^HPLC와^GC모두 70% 이상이지만일부다환방향족탄화수소류는그보다낮 은것으로보고되었다^{[1, 16].}

국내식품공전에는지용성인벤조피렌특성을고려하여대 상식품을지방함유여부^,물성등에따라식용유지류^,음료 류^,건조식품^,과일및채소류^,그외식품으로구분하였다^. 또한시료처리^,추출^,정제등의과정을거치는분석법을제 시하였다^.제¹법으로액체크로마토그래피^/형광검출기^(HPLC/

FLD), 제²법으로가스크로마토그래피^/질량분석기^(GC-MS) 가 서술되어 있다[26]. European Food Safety Authority (EFSA)가¹⁸개국을대상으로실시한조사에서^,식품내벤 조피렌 분석 시^,전체 중^54%가^HPLC-FLD또는^HPLC- UV/FLD를^{, 43%}가^GC-MS를사용하는것으로보고되었다 [1].

HPLC/FLD(High Performance Liquid Chromatograph/

Fluorescence Detector): 벤조피렌의특징적인형광파장을 이용하여검출하는방법으로^,시료의방해물질로부터효과 적으로벤조피렌을분리^,정량할수있는기기분석방법이다

[26]. 가장널리쓰이고있으나^,유지류내벤조피렌분석시

내부표준물질^(3-메틸콜란트렌⁾의회수율이낮다는단점이있

다^[1].내부표준물질의 회수율 측정 실험에서 올리브유

61.26±^5.53,들기름^48.30±^8.26,참기름^42.57±^6.92%로 낮게나타났다^{[36, 44].}

GC-MS(Gas Chromatography-Mass Spectrometry):

동위원소를쓰기때문에정확성을높일수있다^.즉^,동위원 소를내부표준물질로이용시^,분석물질과그동위원소의물 리화학적유사성으로인해정량분석에매우효과적이다^.동 위원소를이용한정량분석은¹⁹⁶⁶년에최초로보고되었으 며^,이후미량물질분석에널리쓰이고있다^.유지류내벤 조피렌분석에내부표준물질⁽벤조피렌^-d12)사용시^HPLC에 비해회수율이향상되었는데^,올리브유^106.95±^9.27,들기 름^93.26±^3.28,참기름^94.24±^19.82%로나타났다^.또한 GC 방법에서 Programmed Temperature Vaporization

(PTV) 주입법은많은양의시료를주입할수있어서보다낮

은검출한계를나타낸다^{[36, 44].}그러나전처리과정이필 요하며시간이많이소모되고고비용이라는단점을가지고 있다^[3].

라만분광법을 이용한 벤조피렌 분석법

이상서술한방법은국내식품공전에기술된대표적인식 품내벤조피렌분석법으로이미그효용성과정확성이검 증된방법이긴하지만시료추출및분리^,정제등의복잡한 시료전처리과정을포함하고있다^.환경및식품내위해물 질검출과관련된연구분야의현추세는고비용의많은시 간을요구하는복잡한방법을지양하고관리현장에서신속 히적용가능한저비용^,비표지^,비파괴분석법의개발을강 조하고있다^.이번절에서는라만분광법의기본개념과여러 Table 4. Sensitivities of various methods for benzo[a]pyrene

detection.

Analysis Limit of detection

(µg/l) References

Elecrochemical 2.8 [30]

HPLC 0.005 [17]

GC-MID 0.1 [32]

GC-MS 0.06 [40]

Fluorescence 0.36 [29]

SERS 20 [43]

SERS 1 [9]

(7)

가지라만신호증강기법을이용한벤조피렌검출법에대 해자세히소개하고자한다^.

라만 분광법(Raman spectroscopy)

라만분광법은빛에의한라만산란현상을이용해분자 의진동구조를관찰하는방법중하나이다^.모든분자는화 합결합상태에따라각기고유한분자진동주파수를가지 는데라만분광법은이러한물질의고유한진동구조정보 를제공하기때문에별도의형광표지자없이도확실한분 자선택성을가지며이를통해상이한화학결합을가지는다 양한분자의식별이가능하다^.분자의진동준위들간직접 적인광흡수를측정하는적외선흡광분석과는달리라만 분광법은주로가시광선을입사광으로사용하여이주파수 로부터 적색 천이(red shift)된 스톡스 라만 산란^(Stokes Raman scattering) 스펙트럼을측정한다^.기존방법과는대 조적으로라만분광법에서는단순히시료에레이저빛을쬐 여준후발생하는산란광의스펙트럼을광검출기로측정하 기때문에시료에대한복잡한전처리과정이필요없이비 파괴분석이가능하며식품위해물질에대한일차적인검출 분석을식품관리현장에서곧바로적용할수있는장점이 있다^.

그러나입사광대비¹⁰^-7수준의매우미약한신호세기로 인한낮은검출한계및다양한혼합물이공존하는시료의경 우낮은선택성문제등이단점으로지적되고있다^.따라서 일반적인라만분광법은미량성분분석에적합하지않은측 면이있는데이러한문제를극복하기위해표면증강라만 산란(surface enhanced raman spectroscopy, SERS) [3, 9, 24, 27], 그래핀증강라만산란(graphene enhanced Raman scattering, GERS) [8] 및자외선공명 라만(UV resonance Raman, UVRR )[2, 11] 등다양한라만신호증강기법이개 발되었고다음절에서는이들각각의방법에대해적용사 례를들어설명하도록하겠다^{(Table 4).}

표면 증강 라만 산란 검출법

표면증강라만산란^(SERS)검출법은금속나노입자및

나노패턴구조의표면에서표면플라즈몬공명현상을통해 라만산란신호를¹⁰⁶배이상증폭시킴으로써기존라만분 광법의낮은검출한계를획기적으로증가시킬수있는고감 도라만신호검출방법중하나다[9, 19, 24, 27]. 그로인해

pM 농도수준의극미량분석시료에대한검출이가능하며

신호증강효과를극대화하기위해^Au또는^Ag를이용한다 양한형태의금속나노입자및나노구조체합성연구또한 활발히진행되고있다^.한예로^lucigenin으로표면개질화 (surface modification) 된금나노판(Au nanoplate)을이용 해다환방향족탄화수소계열분자인피렌^(pyrene)에대한

SERS 검출연구가수행되었는데^7.3×¹⁰⁷배의신호증강효 과를구현함으로써⁵×¹⁰^-10^M농도의극미량검출이가능 함을 실험적으로 증명하였다^[27]. 최근에는^inositol hexaphosphate (IP₆)로개질화된^Au나노입자^SERS를이

용해실제식용유내^ppb수준의벤조피렌함량을성공적으

로검출한연구결과가발표되었다^{[27]. SERS}와기존방법의 검출한계를비교하고있으며^IP6-Au 나노입자^SERS의경 우검출한계가¹µ^g/l까지도달할수있음을보여준다^.또한 미지함량의벤조피렌이들어있는³종류의식용유시료를

SERS 분석한결과^HPLC-MS와비교할만한수준의정량

분석이가능함을확인하였다^[27].이처럼^SERS검출법의높 은신호감도와그에따른효용성이여러연구결과를통해증 명되고있지만금속나노입자와나노패턴의형태에따른신 호증강재현성문제가여전히단점으로존재한다^.뿐만아 니라벤조피렌등다환방향족탄화수소계열의분자들은거 의대부분금속에대한친화력이없기때문에이들을금속 표면에흡착시키기위해금속표면을반드시개질화해야하

는단점이있다^.따라서금속^SERS의경우정량분석의재

현성구현및분석시료에대한흡착선택성을향상시킬수

있는^SERS기판제작기술개발이향후무엇보다도중요한

해결과제로남아있다^. 그래핀 증강 라만 산란 검출법

앞서설명한대로금속을이용한^SERS검출법은^{hot spot} 의농도와나노패턴의구조에의존하여신호증강률이현저 하게변하기때문에경우에따라정량분석의정확성이떨 어질가능성이높다^.이와함께표면을개질화해야하는불

편함또한존재한다^.최근^SERS의또다른형태로그래핀

증강라만산란^(GERS)검출법이등장하였는데여기서는^Au

나^Ag금속대신그래핀^(graphene)이^SERS기판으로사용 된다^[8].최근보고된티민^(thymine)분자의^GERS연구결과

에의하면신호증강률은최대⁵⁰⁰배수준으로금속^SERS

에비해신호감도는훨씬낮은편이다(Table 4). 그러나결

맞음 반^-스톡스 라만 산란(coherent anti-Stokes Raman

scattering, CARS) 등의방법을함께결합하면상대적으로

낮은신호증강률의단점을극복하는것이가능하다^.한편^, GERS의장점으로는 화학적증강(chemical enhancement) 메커니즘에의한높은신호재현성과다환방향족탄화수소 계열분자에대한흡착용이성을들수있다^.아직신호재 현성과관련된자세한연구결과가보고된바가없기때문에 향후면밀한정량분석연구를통해이를실험입증할필요 가있을것으로판단된다^.또한그래핀의경우광학영역에서 투과도가좋기때문에휴대용라만장치에부착하여사용할 경우식품의신선도구별이나위해물질검출을위한현장응 용가능성이상당히높아질것으로예상된다^.

(8)

자외선 공명 라만 산란 검출법

자외선공명 라만산란^(UVRR)은분석시료의전자전이

(electron transition)에해당하는^UV흡수영역에입사광의 주파수를공명시켰을때발생하며대략¹⁰⁶이상의신호증

강률을 가진다[2, 11, 19]. 앞선 방법들과는 달리 별도의

SERS 기판이필요없고입사광으로서자외선레이저가필요

하다^{. UV}공명흡수에따라신호증강이일어나므로다양한

혼합물중분석하고자하는시료에대한분자선택성이앞 선방법들에비해상대적으로높다^{. UVRR}를이용한검출법 에서는^NO²⁻와^NO³⁻에 대해¹⁴µM (200 ppb) [11], 다환 방향족탄화수소계열인피렌과안트라센(anthracene)에대 해서는¹⁰^-7 M (20 ppb) 수준의검출한계가보고되었다^[2].

단점으로는공명흡수에의해필연적으로발생하는형광배 경잡음때문에라만신호측정에어려움이있을수있는데

레이저공명주파수를심^-자외선^{(deep UV)}쪽으로적절히

조절하면이러한문제를피할수있다. 그러나장시간심-자 외선노출이있을경우원치않는광화학반응으로인해시 료변성이발생할가능성이존재하며따라서분석시료의심 -자외선안정도가추가로요구된다^.또한가시광선에비해자 외선레이저사용시통상적으로주파수분해능이저하되 므로초점거리가긴분광기를사용하거나 여러개의분광 기를붙여서사용하는등측정장치의부피가커지는한계

가있다^.그럼에도불구하고^UVRR방법은검출감도와시

료선택성및신호재현성이타방법에비해전반적으로모 두우수한편이기때문에적절한형광제거기술및고분해 능라만측정장비소형화기술개발을통해향후타방법과 의상보적인분석도구로서의활용가치가 매우높을것으 로판단된다^.

향후 벤조피렌 검출 연구의 전망

벤조피렌에대한인체노출위험에대처하기위해서는식 용유지생산단계에서의발암물질인벤조피렌저감화방안에 대한연구뿐아니라^,제조공정에서즉각적으로벤조피렌을 정량할수있는측정법개발이시급하다^.현재시행되고있 는벤조피렌검출법의단점을보완할수있는새로운검출 도구개발을위한연구가필요한실정이다^.현재식품산업에 서는 Raman spectroscopy를비롯한비파괴^,비표지물질검 출법이아직은초기단계에머물러있다^.이총설에서벤조피 렌검출에적용가능한다양한분석법에대해살펴보았던바 에의하면복잡한시료전처리과정이필요한기존방법과 는달리라만분광법에서는시간과비용의절감및비파괴 분석이가능한장점이있다^.그러나아직은라만분광법을 식품내위해물질검출에현장적용할수있는기술적토대

가확립되어있지않다^.따라서본총설에서언급한^SERS,

GERS 및^UVRR등의검출법개발연구를심화발전시키고

향후휴대용라만분석장치와접목시킨다면시장유통단계 나식품관리현장에서직접적용가능한새롭고신속한식 품위해물질검출법의출현이머지않아가능할것으로전망 된다^.

요 약

국내식품공전에기술되어시행중인식품내벤조피렌분 석법은회수율^,검출및정량한계^,효용성과정확성등이검 증되어적용되고있다^.그러나^,기존의시험법에는시료의추 출및분리^,정제등의복잡한전처리과정이포함되어있다^. 환경및식품내위해물질검출법의연구및개발의현추세 는시험비용과시간소모를최소화하고시험과정을단순화할 수있는비표지^,비파괴분석법을통해관리현장에서의신 속대응을지향하고있다^.본총설에서는현행의벤조피렌분 석법에대해정리하고^,그한계점을극복하기위한새로운 시도로라만분광법을이용한벤조피렌검출법에대해소개 하고자한다^.

Acknowledgments

This work was supported by the Ewha Womans University Research Grant of 2015 to J.-K. Rhee from Ewha Womans Univer- sity and the Korea Basic Science Institute Grant (T35428) to H.

Rhee.

References

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