Effect of Ultrasonic Pretreatment on Analysis of Potassium Ion in Human Urine Using 15-Crown-5-Anthracene-based Membrane

Journal of the Korean Chemical Society 2003, Vol. 47, No. 1

Printed in the Republic of Korea

15-Crown-5-Anthracene 막을 이용한 요 중의 칼륨이온 분석에 미치는 초음파 전처리의 효과

이지영

• 장혜영*

배준웅*

경북대학교 자연과학대학 화학과

*경북대학교 기초과학연구소 (2002. 9. 26

접수)

Effect of Ultrasonic Pretreatment

of

Ion

Human

15-Crown-5-Anthracene-based Membrane

Ji-Young Lee, Hye-Young Chang f , and Zun-Ung Bae*

Department of Chemistry, Kyungpook National University, Daegu 702-701, Korea

^Institute

Basic Sciences, Kyungpook National University, Daegu 702-701, Korea

요

시료

칼륨 이온을 전위차법으로

위한 전처리

효과를

의 농도가 상대적으로 높은

시료 속에서 첨가한

검정 곡선을 구하기 위하여 NH/

대한

의 선택성 이 좋은 N-(4Lbenzol5-crown-5)-anthracene-9-imine을

물질로 사용하였다.

1.0MHN6

^{으로 산성화시킨}

100

요 중의 단백질을

까지

이렇게

시료에서 얻은

감응

대한

log

=

에서 54.6(+0.2, n=5) mV/decade였다.

)

으로 초음파처리한 요 시료에

HQz를

전 처리시켰을

단백질

까지 제거되었다.

첨가한

감응 전위

기울기 또한 56.7(±0.1, n=3)

로

곡선을 연속적으로 얻었을

표면을

20회까지 안정한

기울기를 얻을 수

이

이용한 전처리법은 간단하고, 짧은 시간

중의

약 95%까지

감응

방법이었다.

주제어:

초음파

15-crown-5,

ABSTRACT.

effect

develop

pretreatment

analysis

potassium ion in human

by potentiometry. N-(4

which has

coefficient

potassium

ammonium,

used

ion-selective

the

potassium

with

high

of

Proteins

could

when the sample acidified

1.0MHNO

was

response of the membrane electrode in the pretreated

had

slope

over the linear range

[K+] =

-l(r=0.9997).

When

oxidant, H2O2,

the

sonicated with HNO3, the

increased 10%

that in case

the

ca. 95%

obtained.

the

+

to the urinary

increased

n=3)

When the

measured, the

did

even

the electrode was

used 20

with ultrasonic cleaning.

results

that

ultrasonic pretreatment

simplicity

reduced treatment

improved potentiometric

acteristics of the membrane as the

effectively removes

95%

proteins

urine.

Key words: Ultrasonic

15-crown-5, Potassium Ion,

—13

이지영 • 장혜영 • 배준身

14

서

요에 들어 있는

분석하려면 생체

료의

때문에 전처리 과정이

단백 질은 분석물질의 이동도를

분석 과정에

선택성을 감소시키므로 분석 오차의 주된

이 된다.

중의

단백질인

위한

추출법과

마이크로파 삭 임법

있다. 추출법

쓰면

낮으며 , 침전법

은 제거율이

뿐만 아니라고 분석물질의

삭임법 3

쓰면

백질 제거율은 높으나 처리 시간이

단백질을

전처리

분석물질 의 손실이 없고, 분석물질을 오염시키지 않으며,

이

짧고,

제거율은

여기에 부합하는 방법이

전처리법이다. 초음파는 화학 반

4

분석의 전처리,

처리,&

세

목적에 널리

있다.

요 중의 須을

분석하기

방법으로는 이온선택성

전

분석법은

시료

색상,

등의

받지 않으며 ,

짧고, 막의 제조가 쉽다는

점이 있다. 그러므로

혈액

생체 시료에

K+

의

전극이 오랫

사용되고 있다이，

이온종 인 K+

전극으로

위하여

화

사용되고

인 것은 valinomycin "과 이

ether)”이다. 이

mono

의 한 종류인

盼cene-9-imine를 이온선택성 물질로

,

이것은 알칼리 금속

및 알칼리

이온에

須이 높은 선택성을 가진다고 보고되었다J

에

대한 선택계수

/*는 -2.59로

막으로 측정한

-1.82오]

막-으로 측

선택성 이 더 좋은 것으로

그래서

시료는

m以L)'

가

높으므로

분석에

우수한 anthracene을 포함하는 15-crown-5 유도체를 須에 대한 선택성

특히

이 연구에서는

다는

의

량을

성분인

방법에

요 중의

한 전처리법2

초음파를

시료를

파로 전처리하였을 때의 효율은

처리된 시간, 산의 종류와

첨가한 K+

에 대한 막의

막의 분석 특성은

전위

직선범위 ,

및 막의

실 험

시약.

1)은대

현 교수의

합성한

제작에 필요한 가소제와

용매는

사(Buchs,

의 bis(2-ethylhexyl)

polyfvinyl chloride)(PVC),

를

다.

(Tokyo,

의

제거율 측정에는

^사

Louis,

의 Coomassie

Blue

와 단백질 표준물질을

제호卜지 않고

사용하였다. 이 외의

시약도 특

사용하였다. 용액

사용한 탈이온수(

18 MQ

_{cm)는 Millipore}

MILLI-

Water system으로

이온선택성

제작.

만들기 위하여 먼

^의

^에

PVC,

을

씩 넣어서 녹인다. 이 용액을

혼합 한후,유리판위에 놓여 있는유리로된

_(id

mm,

Fig.

structure

Journal of the Korean Chemical Society

15-Crown-5-Anthracene

15

Fluka, Switzerland)

성형한

약

방치시켜서 용매를

만

이온선택성

직경

의 원형으로

Philips

(ISE-561,

Zurich)

시료의 초음파

시료를 전처리시키기

보관한

분

여기에

0.2

Ultrasonic

Sonics &

Materials Inc.,

^{로 일정한}

초음파를

이 시료를 0.05

tris-HCl

(pH 7.2＞

묽혀서 250 mL로

다음에

제거율과 전위차 측정에

제 거율은

이용하여 시료를 초음파로 전처리하기 전과 후의

양을 분광광도법으로

량하여

전처리에 사용한 Ultrasonic

의

(dia.

은 티타늄

의

130

이 연구에

기능에 이상이 있는 환자로부터

중의

많다.

시료로 사용한

전처리

효과를 극대화하기

전위차 측정. 전위차를

전극계는

온선택성 막을 장착한 작업전극과

NaCl로

진 Ag/AgCl

의 Ag/AgCl (Orion사,

외부 기준전극으로

전처리한 요

시료 용액에

기준전극을

두

전위차는 high input

자체 제작한

A/D

1

컴퓨터에

K*

검정

먼저

시료를

용액으로 묽혀서 pH 7.2로 만든 용액에서 요

자

값이

안정화시 킨

_K+

^용액을

^변화에

전위를

결과

및

초음파

효과.

시료를

후의 효과를

위하여 N-(4'-benzo-

5-crown-5)-anthracene-9-imine

시료에

의

변화에

Fig.

of

mem

brane

potassium ion

pretreated with

and

that was

with

was also

with 1.0 M

followed by

pH

Sonication was

for 100

50 W

kHz.

2

이

전처리하지 않

시료에서는

변화에 대하여

변화가 거의

후에는 큰 변화가 있다.

전처리하지 않은

요

중의

표면에

감응을

방해한다는

알

초음파로 전처리한

곡선의

즉 Nemst 기울기가 log[K+] =

의

에서

mV/decade

n=5)

이러한 결

요 중의

초음파로 전처리하는

또한,

감도와

직선범위가 얻어진

의

시료 중에서 15-crown-5-anthracene

NJV 에

선택성이

때문이라

이 결 과는

이온선택성

전에

시료 중의

하며, 적절한 전처리 방법으

있음을 보여준다.

산과

제거율. 초음파로

서 요 시료를

분석에 영향을 미치는 단백

제거하기가 더

제거 효율을

시료에

첨가하여 전처리시켰을 때, 산의 종류에

전처리

K+

에

대한

곡선의 기울기를 구하여 Fig. 3

나타내 었다. 이

1.0

0.5M H2SO4에서의

2003, Vol. 47, No. I

16

-200

- - -

- -

-

- - - 100 50。- 50 -100祢

>

E

쯔 느

d

-6 -5 -4 -3 -2 -1

Concentrationofadded potassium, log{K+]

Fig. 3. Effect

ultrasonic

treatmenton

tiie potential response. Each

HC1

(▲)

M.

Ultrasonic

condition was the

as

Fig. 2.

감응 기울기는

log[K+] = -5~-l

각각

mV/decade로 얻어진 반면, 1.0

에서

직선범위에서

얻어졌다.

그림에는

는 HNO과 거의

값이었다. 같은 농도의 산으로

산성화시켜

과 HC1 에서보다

HC1Q에서 이 값이

더

HMO

에서 K+

감도가

즉,

HC1CU의

3

변하게 되고,

효과에 의하여

막전극

흡착 된 양이 크게 감소한

하기 위하여

시료를 초음파

증가시키면서 전처리 시간에

제거율과

감응 전위의

Fig. 4에

Fig.

그림을 보면, HNOj으

시료를

_10Q

이상 초음파로 전 처리시키면 단백질 제거율은 일정해지며

85.1%

지

또한,

약 10초 만에

양은 24.9%

어드는 것을

있다. Fig. 41

시료 중에 남아 있는

감소함에

K+에 대한

전위의 감도가

또한, 단백질

약

초에서

54.3 mV/decadeS. 일정한

도달한다.

Fig.

Deproteinization

sample

(b) poten

tial

in the

according

ultrasonic

The

was acid

ified with

MHNO3

sonication.

Table

the deproteinization of

by ultrasonic

Acid

After

Pretreatment

(mg/L)

Deproteinization

(%)

1.0MHC1 486 3.2

O.5MH2SO4 78.4 84.4

LOMHNO3

85.1

I.OMHCIO4

75.2

*Initial contents of protein

in the

is

mg/L.

f

the

0오

의 단백질 양과 K+에

류의 산에서

에서 얻은 최적의

전처리

HC1,

2SO

HC1O,에서 각각 전 처리한

있는

양을

Table

제거율은

기울기에서와

이

보다

높다. H2SO4의 경

우에서는

관련성이

Journal of the Korean Chemical Society

15<rown-5-Anthracene

17

Table 2.

the

of

ultrasonic pretreatment and the potential

of the

potassium

氏。2

(wt%)

AfterPretreatment

Linear range of log[K+]

Nemstian

(mV/decade) R f

contents(mgZL) Deproteinization(%)

0.0*

85.1

54.9 0.9998

0.1

41.3 91.8

0.5

32.8 93.5

1.0

1.5

0.9998

2.0 26.2

94.8

0.9997

*0.2 mL

was already

to

O

is added.

^Correlation

완전히 일치하지는

이 결과는 시료에 존재하

첨가한 K+

막의 감응에 직접 . 적으로 큰 영향을

산화제

효과.

산성화시킨 요 시료를

법은

시간은

단백 질 제거율은 낮다.

높이고 산화력을 가진

이

중의 단백질

미치는 영향을

전처리한

시료에 다시 산화제를

가한

초음파로

제거율을 구하기

것으로 산화제가

결과를

이

의 농도가 증가함에 따라서

크게

즉

제거율은 크게

최대

로

, 氏

10%

이

시간

전처리시켰으나

의 산화력으로는

분해되지 않던 단백질

이

2의 강한 산화력과

분해

않는

첨가한

분석에

막의

좋아져

울기

0.1, n=3) mV/decade로

볼수 있다. 이

전처리 과정에

효

방법을 함께

_K+

막전극의 성능이

있다.

전처리 방법으로서 초음파는

내에 약 95%의 단백질 제거

을 알 수 있다.

막전극의

시료에

를

2003, Vol. 47, No. 1

Fig. 5.

Nemstian

according to the

after

the membrane with (■) and

(•

sonication. Each

calibration curve

sample.

으로 검정

곡선을

얻었을

몇

일정한 기울기

작동하는 횟

구하기 위하여

Nemst 기울기

어서

5에 나타내었다.

시료를 앞에서

최적 조건에서

전처

］였으나

중에는

5%

의 단백질이 남아

있다. 그러므로

전위에

번 얻은

막전극 표면을

켜 세척한

다시 측정하였을

경우, 약 20회까지는 3.5% 미만으

기울기 값이 감소하였으나 21

로 감

18

소한다.그러므로

이 막전극을 초음파로

때 약 20

K+에

검정

얻을

있으며 ,

중의 K*

성이 있음을

21 회부터

기울기가 크게 감소한

아니라

출된 시간이 길어져 막이 손상되었기 때문으로

이

세척한 경우에는

회부터 기울기 값이 거의

이것은 전처리 과정에 의하여

아 있는

막의

횟수가

막

흡착된

K+에

감응을

한

보인다. 이 결과로부터 요

미량의

영향을

있음을

있다.

결

요

중의

위하여 시

위한 전처리

도입하여 단백질

막의

관 련성을 조사하였다. 須에

선택성

benzo-15-crown-5)-

을 막전극으로

전처리를 하지 않은

시료에서는 첨가한

의

후에는

—]의 직선범위(

에서 54.6

n=5) mV/decade의 Nemst 기울기를

결과로부터

시료의 전처리 방법으로

될

있음을 알

있었다.

하여 요의 전처리 과정에 첨가하는

영향을 조사하 였을 때,

54.9 mV/decadeS- 가장

이유는 HNCB

산이

시료를 초음파로 전처리한 시간에

제거율로부터

HNOj으로

요 시료에서는 약

초음파로 전 처리시키면

까지 단백질을

수

전처리 과정에 산화제인

。

를

wt%

10%

증가하여 최대

시료에

가한 須에

기울기

56.7(±0.1, n=3)

검정 곡선을 연속적

믹전극

초음파로

회까지 안정한

기울기

이러한 결과 로부터 요 시료의 전처리

쓰면 간단 하고, 짧은 시간

약 95%의 단백질

극의

특성을

방법임을

인용문헌

1. Barroso, M.

B.; Jimenez, R. M.; Alonso,

M.; Ortiz, E.

1996, 675, 303.

2. Khanskhali, M. H.; Bhanger, M. I.; Khand,

J.

Chromatogr. B 1996, 675,

3. Bohrer,

D.；

G.; Do Nascimento,

C.;

Bastianello, J. S.;Ramirez, A.

Anal. Lett. 2000, 33, 1265.

4. Floate,Simon;

Hyde, Michael;

G. J.

Electroanal. Chem. 2002,

5.

Capelo,

L.; Lavilla,

Bendicho,

Anal. Chem.

2001, 75(15),

6.

Nickel,

M.; Neis,

Res. 2001, 35(8),

7.

Thomas J. Mater. World 1996, 4(11), 637.

8. Seymour, I.

D.; Smith, R. L.;

A.;

Lockwood,

A. Int. J. Food Sci. Tech. 2002, 37(5),

9. Ladenson,

J. H. Clin. Chem. 1979, 25(5),

10. Khalil,

S.

Thomas, J.

R. Anal.

Lett. 1986,

11. Heidrich, J.

Niemeier,

Dibbelt, L.

Clin. Chem. Lab. Med. 2000, 38(3),

12. Cattrail, R. W.; Tribuzio,

Freiser, H. Anal. Chem.

1974, 46,

13. Petranek,

L;

O. Anal. Chim. Acta 1974, 72, 375.

14. Bae,

Z.-U.;

Chang, S.-H.;

U.-R. J.

Kor. Chem. Soc. 2001, 45,

15.

Tamura,

K.;

T. Bull. Chem. Soc.

Jpn. 1980, 53,

16. Mizobuchi, M.;

Umoto,

Tanaka,

I아limura, K.;

Ueda, E.; Itano,

Clin. Chem. 1983, 29(2), 408.

17.

Anal. Biochem. 1976, 72,

Journal of the Korean Chemical Society