최근 화학물질에 의한 수질, 토양 오염 사고 및 이에 대응한 신속 확인 방법이 요구되고 있다. 2012년 4월 20일 홍성 마을 상수도에서 일어난 농약류 투입 사고의 경우와 같이 실시간 주민의 음용과 직결되는 경우, 매우 신속한 원인물질 진단이 요구된다. 현 시점에서 실시간 기반의 개별 화학물질 센서가 존재하지 않는 한, 실험실에서의 원인 물질 확인 방법은 물시료의 추출과 농축 등 기기분석 이전 단계에 번거로운 절차가 불가피하다.
본 연구는 시료의 실시간 이온화 방법(DART)을 고분해능 질량분석법과 연계하여 1분 이내에 분석 종료 및 원인 물질을 정확히 확인 할 수 있는 방법을 검토하여 활용 가능성을 제안하고자 한다. 본 연구는 예비 검토를 위해 국내에서 사용 빈도가 높은 농약들의 수질오염을 상정하여 26개 품목을 우선 검토 대상물질로 선정하고 실시간 직사분석 이온화 방법(DART)과 고분해능 질량분석방법을 접목하여 신속 진단 방법을 검토하였다. 농약류 표준 물질은 Dr. Erhenstorfer (USA)에서 구매하였으며, 10-100 μg/mL 범위의 단품을 이용하였으며 적용 물질은 다음과 같다. Fenpropathrin, terbutylazine, azinphos methyl, dichlorovos, phorate, hexazinone, edifenfos, pyrazofos, diazinon, tefluthrin, bromacil, prothiofos, trichlorfon, prometryn, iprobenfos, fenitrothion, isoproturon, isoxathion, procymidon, metribuzin, acetochlor, propiconazole, terbutryn, chlorpyrifos, terbufos, quintozene. 시료의 이온화는 DART(Direct Analysis in Real Time) 방식의 SVP 모델 (Ion SenseTM, MA, USA)을 사용하였으며, 이온화에 사용한 온도는 300℃, 분석 시간은 30초를 적용하였다. 질량분석장치는 Orbtrap Exactive (Thermo, USA) 모델을 사용하여 분해능 50,000 및 스캔범위 100-500에서 분석하였다. 성분 확인 및 구조해석은 Xcalibur 2.1에서 질량스펙트럼을 관찰하였으며, 질량 정확도 5ppm 조건에서 확인하였다.
DART-Orbitrap MS로 측정한 결과, 모든 시료는 수소이온이 치환된 분자이온 및 동위원소 패턴이 확인되었으며, 매우 적은 조각이온이 관찰되어 30초 정도의 빠른 분석 시간에 정확한 물질 확인이 가능함을 보여주었다. 또한 저농도 성분 확인 가능성을 검토하기 위해 무작위로 선정한 acetochlor (C14H20ClNO2)를 100 ng/mL에서 단계적으로 1 ng/mL까지 희석하여 분석한 결과, 최저농도에서도 분자이온에 수소가 치환된 동위원소의 주요 조각이온인 270.1258 과 272.1231이 약 3:1의 비율로 확인되어 미량 성분의 확인 가능성을 보여주었다. 따라서 화학물질의 DB구축을 통해 향후 수질사고 시 매우 신속하며 정확한 원인규명과 같은 용도에 높은 활용 가능성이 시사되었다.