Applied Chemistry,

Vol. 15, No. 1, May 2011, 33-36

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비타민 C의 분석을 위한 고효율 분광분석법

김소연⋅서연숙⋅김경민⋅김영호*,†⋅전치완**⋅최종하***⋅이상학†

경북대학교 화학과, *경북대학교 차세대에너지기술연구소, **한국지질자원연구원, ***안동대학교 응용화학과

Development of a High throughput Spectrometric Method for

Determination of Vitamin C

So Yeon Kim⋅Yeoun Suk Suh⋅Kyung Min Kim⋅Young Ho Kim*,†⋅Chi Wan Jeon**⋅Jong Ha Choi***⋅

Sang Hak Lee†

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

*Research Institute of Advanced Energy Technology, Kyungpook National University, Daegu 702-701, Korea,

**Korea Institute of Geoscience & Mineral Resources, Daejeon 305-350, Korea,

***Department of Applied Chemistry, Andong National University, Andong 760-749, Korea

Abstract

A chemiluminescent method with gold nanoparticles for determination of vitamin C has

been presented. Gold nanoparticles highly increased chemiluminescence intensity of lumi-

mol-H2O2 system by its catalytic effect. The gold nanoparticles enhanced chem-

iluminescent method is applicable for the determination of an antioxidant such as vitamin C.

When vitamin C was introduced to the lumimol system with gold nanoparticles, chem-

iluminescence intensity was reduced with the concentration of the added vitamin C. Low

concentrated vitamin C solutions in the range of 1×10-3

-1×10-9

M were produced re-

duced chemiluminescence intensity of lumimol-H2O2 with gold nanoparticles system.

Keywords: Gold Nanoparticles, Vitamin C, Chemiluminescence

1. 서 론

비타민 C라고도 불리는 L-ascorbic acid는 수용성이며 많은 생리대사에 관여한다[1]. 과일과 야채

로부터 공급받을 수 있으며 비타민 C가 산화된 형태는 dehydro ascorbic acid (DHAA)이다. 최근 음

식물, 약제 내에 포함된 아스코르빈산의 정량에 대해 많은 방법들이 보고된 바 있다[2,3]. 일상생활과

신체적 활동에 없어서는 안되는 이 영양소는 과일과 야채에 존재한다. 비타민 C는 상대적으로 일반적인

저장 및 가공 과정 하에서 불안정하다. 열, 산화, 전이금속에 의해 구조가 파괴될 수 있다. 비타민 C는

콜라겐, 카르니틴, 카테콜아민, 미엘린, 신경 내분비 단백질을 합성하거나 수소 원자가 이동하여 생체

시스템 내의 자유라디칼을 제거하는 기능을 가지고 있다[4,5].

비타민 C를 정량하기 위해 많은 방법들이 연구되고 있는데, 가장 많이 사용되는 방법은 산화제를 이

용한 적정[6], 예를 들면 iodate, iodine 이나 N-bromosuccinimide같은 것들이 있다. Spectro-

photometric[7], fluorimetric[8], chromatographic[9-11], 그리고 electrochemical[12] 방법들

역시 아스코르빈산을 정량하기 위해 사용되어진 방법들이다. 이런 방법들은 제약, 과일과 채소, 및 생물

체액의 분석에 주로 사용되어졌다. 그런데 이들은 많은 비용, 복잡한 추출, 낮은 선형성과 선택성 또는

높은 검출한계와 같은 단점들을 가지고 있다. 인체의 아스코르빈산 상태를 알려면 혈액 내 아스코르빈

34 김소연⋅서연숙⋅김경민⋅김영호⋅전치완⋅최종하⋅이상학

산의 측정은 매우 중요하다. 그러므로 저렴하며, 우수한 감도와 선택성, 정밀하고 정확한 결과를 제공할

수 있는 분석방법의 개발이 필요하다.

2. 이 론

발광(luminescence)이란 말은 1888년 독일 과학자 Eilhardt Wiedemann이 처음 만든 말로서 일반

적으로 뜨거운 물체로부터 나오는 백열광에 반대되는 말인 “cold light”로 정의된다[13].

화학발광(chemiluminescence)이란 화학반응에 의해 전자적으로 들뜬 화학종이 생성되고, 이것이

바닥상태로 되돌아가면서 빛을 방출하는 것을 말한다[14]. 화학발광은 반응에 함유된 화학종의 농도에

따라 빛의 방출세기가 달리지기 때문에 방출세기의 측정으로 이들 화학 종의 농도를 알 수 있다. 본 연

구에서는 luminol을 화학발광 시약으로 사용하여 비타민C를 정량하였다. Luminol(5-amino-2,3-dihy-

drophthal-azine-1,4-dione)과 H2O2의 화학발광반응은 촉매가 존재할 때에 다음과 같이 진행된다.

위의 반응에서 촉매작용을 하거나 반응을 억제하는 화학종의 농도가 이 반응에서 발생하는 화학발광

세기와 선형적인 관계를 가지면 이들 화학종들을 정량할 수 있다. luminol의 산화반응은 염기성 하에서

진행된다.

3. 실 험

3.1. 기기

본 실험에서 사용한 화학발광분석장치는 HITACHI사에서 제작된 Model F-4500 (Japan)이며 화

학발광을 측정하기 위하여 광원은 끄고 실험을 하였다. 방출 단색화 장치의 슬릿은 10 nm를 사용하였

으며 시료의 화학발광을 측정하기 위한 셀(cell)로는 사면이 투명한 1×1 cm의 석영 셀을 사용하였고

광전자증배관(Model R 928, Hamamatsu, Japan)은 700 V의 고전압을 가하였다. 금나노입자를 확인

하기 위한 투과전자현미경(TEM) 이미지는 HITACHI사에서 제작된 Model S-4800을 사용하였고,

자외선/가시선 분광 광도계(UV-vis)는 Shimadzu 사에서 제작된 Model UV-1800 (Japan)을 사용

하여 흡수스펙트럼 기록에 사용하였다. 시료의 pH를 측정하기 위하여 Orion 520A (USA) pH meter

를 사용하였고 데이터 처리를 위하여 Origin version 6.0 professional 프로그램을 사용하였다.

3.2. 분석방법

본 실험에서 사용한 용액은 다음과 같이 제조하였다. 1.2×10-2 M luminol 저장용액은 100 ml 용량

플라스크에 0.2 M NaOH 수용액으로 녹여 탈이온수로 묽혀 사용하였다. 분석물질인 비타민 C는 각각

1.0×10-2 M 저장용액을 제조한 후 묽혀서 사용하였다. 비타민 C를 정량하기 위하여 석영 셀에 lumi-

nol, 금나노입자 그리고 H2O2를 넣어 화학발광 세기를 측정하였다.

3.3. 시약

본 실험에서 사용한 용액은 다음과 같이 제조하였다. 1.2×10-2 M luminol 저장용액은 100 ml 용량

플라스크에 0.2 M NaOH 수용액으로 용해시킨 후 탈이온수로 묽혀 사용하였다. 분석물질인 비타민 C

35비타민 C의 분석을 위한 고효율 분광분석법

는 1.0×10-2 M 저장용액을 제조한 후 묽혀서 사용하였다. 비타민 C를 정량하기 위하여 석영 셀에

luminol, 금나노입자 그리고 H2O2를 넣어 화학발광 세기를 측정하였다.

3.4. 금나노입자의 제조

1% HAuCl4 1 ml를 90 ml 3차 증류수에 넣고 교반시킨다. 1분 후에 2 ml sodium citrate를 첨가하

고 교반시킨 후 1분 후에 0.075% sodium borohidride 1 ml를 넣고 5분간 교반시킨다. 합성된 금나노

입자는 4℃에서 보관하였다.

3.5. 화학발광측정과정

루미놀의 발광 세기는 배치 형태(batch type)의 1 cm 석영셀을 사용하여 425 nm 파장에서 측정하

였다. 본 연구에서 사용한 각 용액의 조성 및 농도는 다음과 같다. Luminol (1.2×10-2 M)와 hydro-

gen peroxide (0.1 M)를 각각 800 µL씩 측정용 셀에 주입하였고, 금나노입자용액(2.34×10-6 M)을

300 µL 주입하였으며, 비타민 C 정량실험에서는 600 µL를 다양한 농도(1×10-3

-1×10-7 M)로 주

입하였다.

4. 결과 및 고찰

4.1. 금나노입자의 농도에 따른 화학발광의 세기

금나노입자의 최적농도를 찾기 위해 농도별로 화학발광세기를 측정하였다. 그 결과 2.34×10-6 M까

지는 화학발광의 세기가 증가하다가 그 이후에는 감소한다는 것을 볼 수 있다(Fig. 1). 따라서 이후의

실험에서는 금나노입자의 최적 농도인 2.34×10-6 M로 고정하여 실험을 진행하였다.

4.2. 비타민 C 농도에 따른 화학발광세기

앞에서 조사한 최적 조건 하에서 각 농도별 비타민 C의 화학발광을 측정하여 비타민 C의 정량을 위

한 검정곡선을 구하였으며, 그 결과를 Fig. 2에 나타내었다. 비타민 C의 정량을 위한 최적 분석 조건은

pH 12.8, 0.1 M의 H2O2, 1.2×10-2 M의 luminol, 2.34×10

-6 M의 금나노입자이며, Fig. 2에서 보는

바와 같이 직선성이 성립되는 범위는 5×10-7 M에서 4×10

-5 M이었다. 검정곡선에서 직선성이 성립

하는 농도구간에서 구한 검출한계는 1.61×10-7 M이었으며, 이 농도 범위에서 상관계수는 0.9981이

었다. 금나노입자에 의해 향상된 루미놀 시스템을 사용하여 비타민 C의 정량이 가능하다는 결과를 얻었다.

Fig. 1. Effect of colloidal gold nanoparticles Fig. 2. Calibration curve of vitamin C.

concentraion on CL intensity.

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5. 결 론

본 연구에서는 비타민 C를 정량하는 방법에 대해 연구하였다. 비타민 C를 정량하기 위한 최적 lu-

minol의 농도, H2O2의 농도, 금나노입자의 농도는 각각 1.2×10-2 M, 0.1 M, 2.34×10

-6 M이었다.

또한 최적 pH는 12.8이었으며 luminol의 화학발광 파장은 425 nm이었다. 최적 실험조건하에서 얻은

비타민 C의 검정곡선에서 직선성이 성립되는 범위는 5×10-7 M에서 4×10

-5 M로 결과를 얻을 수 있

었다. 검정곡선에서 직선성이 성립하는 농도구간에서 구한 검출한계는 1.61×10-7 M이었으며, 이 농도

범위에서 상관계수는 0.9981이었다.

본 연구는 금나노입자의 합성기술을 화학발광법에 응용하여 비타민 C의 정량분석에 좋은 성과를 거

두었을 뿐만 아니라 다양한 종류의 항산화제와 아미노산 등의 분석물질의 정량, 인체의 혈액이나 오줌

과 같은 임상시료 및 여러 가지 식품 중에 포함되어 있는 항산화제를 정량하는 바이오 분석기술과 광학

센서 분야에도 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

감사의 글

This work was supported by the Priority Research Centers Program through the National

Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education, Science and

Technology (2009-0093819).

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