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목차

제1장 서론 18

제1절 미량 유해물질 및 의약품 연구 배경 18

1. 연구배경 18

가. 환경 내 미량유해물질 21

2. 연구의 필요성 24

가. 수계 미량 의약품 유입 및 분포조사 - 물 부족 시대를 대비한 수자원 관리의 필요 24

나. 미량 의약품의 다각적 제어 - 의약품 대사 물질에 대한 모니터링의 부족 26

다. 미량 의약품의 수계 거동 파악 - Indicator로서의 의약품 조사 29

라. 미량 의약품의 영산강·섬진강 유역 관리 - 생태계와 사람의 건강을 위한 연구 30

3. 국내외 연구 현황 조사 32

가. 국내 현황 32

나. 국외 현황 33

다. 조사대상물질의 독성 연구현황 35

제2절 연구 목적 38

제2장 조사연구수행 내용, 방법 및 범위 39

제1절 연구 내용 및 범위 39

1. 수행 내용 39

가. 조사 대상 의약품 선정 39

나. 의약품 측정 방법 확보 및 영산강·섬진강 수계 모니터링 41

(1) 의약품 측정 기법 확보 41

(2) 의약품 수계 분포 계절별, 장기조사 41

(3) 수질 영향 인자 조사 41

2. 연차별 연구 내용 및 추진 체계 42

제2절 조사 연구방법 43

1. 조사 시기 및 채수지점 43

가. 조사 시기 44

나. 채수지점 45

(1) 영산강 수계 채수 지점 46

(2) 섬진강 수계 채수 지점 53

2. 연구 방법 60

가. 수질인자 분석 항목 및 방법 60

(1) 현장 측정 항목 60

(2) 채수 후 실험실에서 측정 되는 항목 60

나. 조사 대상 의약품 선정 61

다. 추가 조사 대상 의약품 선정 61

라. 의약품 분석 방법 마련 61

(1) 의약품의 이온화(ionization) 조건 최적화 및 분석이온 질량(identification mass) 측정 61

(2) LC를 이용한 의약품 물질의 분리 62

(3) 고체상 추출 (SPE) 방법을 이용한 시료 전처리 및 분석 절차 65

마. 시료 분석의 정도 관리 66

(1) 미량 의약품의 정밀 측정 정도관리 (Quality Assurance /Quality Control) 66

(가) Quality Assurance 66

① 시료의 채수 및 보관 66

② 시료의 이송 및 보관기간 67

③ 실험용 용기의 세척 67

④ 샘플의 전처리 67

(나) Quality control 68

① 검출한계 68

㉮ 기기 검출 한계 (IDL-instrument detection limit) 68

㉯ 방법 검출 한계 (MDL-method detection limit) 68

㉰ Practical Quantitation Limit (PQL) 68

② Calibration 68

③ Continuing calibration check 68

④ Laboratory reagent blank 69

⑤ Field reagent blank 69

⑥ Quality control sample 69

⑦ 회수율 69

제3장 연구결과 및 고찰 70

제1절 의약품 분석 조사 대상 70

1. 1차년도 대상물질 선정 70

가. 측정 대상 선정 70

(1) 국내외 수계내 의약품 분포 조사 70

(가) 국내외 수계 의약품 물질분포 70

(나) 국내외 하수처리장에서의 의약품 물질분포 72

(2) 국내 의약품 및 동물용의약품 사용량 및 판매량조사 75

(3) 수처리 공정에서 제거 어려운 의약품 조사 78

(4) 동물용 항생제 조사 80

(5) 주요 의약품의 대사물질 81

2. 2차년도 추가 선정된 의약품 대사물질 83

가. Caffeine 대사물질; Paraxanthine 83

나. Diclofenac 대사물질; 4-OH-diclofenac 84

다. Ibuprofen 대사물질; 1-hydroxyl-ibuprofen 85

라. 2차년도 측정 대상에서 제외된 의약품 항목 85

3. 최종 선정된 의약품 및 의약품 대사물질 측정대상 항목 86

가. 본 연구에서 선정된 측정대상 항목 86

4. 선정된 의약품의 물리·화학적 특성 89

제2절 의약품 분석 기법 마련 90

1. 의약품 최적 이온화 조건 및 분석이온 질량 측정 90

가. 분석이온 질량 측정 (질량 스펙트럼 조건) 90

(1) Triclosan 질량 스펙트럼 90

(2) Iopromide 질량 스펙트럼 92

(3) Cefaclor 질량 스펙트럼 93

(4) Paraxanthine 질량 스펙트럼 94

(5) 4-hydroxyl-diclofenac 질량 스펙트럼 94

(6) 1-hydroxyl-ibuprofen 질량 스펙트럼 96

2. 의약품 분석 정도관리 101

가. 동위원소 활용 101

나. 표준물질 주입법 (matrix spike recovery) 101

다. 의약품 측정 관리 102

(1) 검출한계 102

(가) 기기 검출한계 (IDL-instrument detection(detction) limit) 102

(2) 의약품의 SPE 회수율 105

제3절 영산강·섬진강 수계 의약품 조사 결과 107

1. 2009년도 영산강 ·섬진강 수계의 의약품 분포 조사 결과 107

가. 2009년도 1차 채수의 영산강·섬진강 수계의 의약품 분포 조사 결과 107

나. 2009년도 2차, 3차 채수의 영산강·섬진강 수계의 의약품 분포조사 결과 114

다. 2009년도 4차 채수의 영산강·섬진강 수계의 의약품 분포 조사 결과 125

라. 2009년도 영산강·섬진강 수계에 존재하는 의약품 대사물질 분포조사 결과 132

2. 2010년도 영산강·섬진강 수계의 의약품 분포 조사 결과 143

가. 2010년도 영산강·섬진강 수계의 총 의약품 분포 조사 결과 143

나. 2010년도 1차 채수의 영산강·섬진강 수계 의약품 분포 조사 결과 150

다. 2010년도 2차 채수의 영산강·섬진강 수계 의약품 분포 조사 결과 157

라. 2010년도 3차 채수의 영산강·섬진강 수계 의약품 분포 조사 결과 163

마. 2010년도 4차 채수의 영산강·섬진강 수계 의약품 분포 조사 결과 169

바. 의약품 사용량 등과 의약품 검출농도와의 연관성 검토 175

사. 2010년도 영산강·섬진강 수계 의약품 대사물질 분포 조사 결과 176

아. 주요 하수처리장 공정별 의약품 분포 조사 189

자. 그 외 채수지점 의약품 분포조사 198

(1) 무안 오폐수처리장 198

(2) 화순 수계 199

제4절 영산강·섬진강 수계 수질 인자 조사 결과 200

1. 2009년도 수질인자 분석결과 200

가. 2009년도 기본 수질인자 분석결과 200

나. 1차년도 영산강·섬진강 수계별 건기·우기 수질인자 비교 204

다. 2009년도 영산강·섬진강 수계별 질소계 성분 분석결과 208

라. 2009년도 영산강·섬진강 수계별 중금속 분석결과 211

마. 2009년도 영산강·섬진강 수계별 유기물분포도 조사결과 214

바. 2009년도 영산강·섬진강 수계별 유기물질의 소수성/친수성 조성 218

1. 2010년도 수질인자 분석결과 219

가. 2010년도 영산강·섬진강 수계 기본수질인자 분석결과 219

나. 2010년도 영산강·섬진강 수계 질소계 수질인자 분석결과 224

다. 2010년도 영산강·섬진강 수계 중금속 분석결과 225

라. 2010년도 영산강·섬진강 수계 유기물 분포도 분석결과 226

제5절 영산강·섬진강 수계 수질인자와 의약품 농도분포와의 상관관계 조사 228

1. 1차년도 영산강·섬진강 수계 수질인자와 의약품 농도분포와의 상관관계 조사 228

2. 2010년도 의약품 분석 결과와 수질 분석 결과의 연관성 232

제4장 결론 236

제5장 조사연구결과의 활용방안 239

제6장 조사연구목표 달성도 및 대외기여도 240

부록 242

참고문헌 272

표 1-1. 전국 4대강 수계 지표수의 의약품 검출 빈도(n), 평균농도, 최소농도-최대농도 (㎍/L). 23

표 1-2. 국내 하수 처리장 방류수 (전국 6개 하수처리장)에서 측정된 평균 의약품 농도 및 처리율 (본 연구팀의 2008. 11월 선행 연구) 26

표 1-3. 의약품 대사 물질에 관한 연구 28

표 1-4. 국내연구 인프라 수준 32

표 1-5. 국내 전문가 및 연구기관 현황 32

표 1-6. 표층수에서의 의약품 검출 보고 33

표 1-7. 하수처리장에서의 의약품 검출 보고. 34

표 1-8. 선정된 의약품의 독성 자료 36

표 2-1. 연차별 주요 사업 내용 42

표 2-2. 평가방법 및 평가항목 43

표 2-3. 시료채취 지점 개수 및 기간 44

표 2-4. 1차년도 시료채수 시기 44

표 2-5. 2차년도 시료채수 시기 44

표 2-6. 1차년도 영산강·섬진강 수계 채수지점 45

표 2-7. 2차년도 영산강·섬진강 수계 채수지점 45

표 2-8. 영산강 채수 지점 47

표 2-9. 영산강, 섬진강 수계 의약품 분석 대상지점 중 처리시설 49

표 2-10. 섬진강 채수지점 54

표 2-11. 측정 항목의 특성 및 측정방법과 사용된 기기 60

표 2-12. (a) 의약품 분석을 위한 LC 실험 조건 (1차년도) 63

표 2-12. (b) 의약품 분석을 위한 수정된 LC 실험 조건 (2차년도) 64

표 2-13. Carbamazepine 대사물질 분석 조건 64

표 3-1. 하수처리장 방류수내의 의약품 농도 (ng/L)(Kim et al., 2007, Vanderford et al., 2006) 74

표 3-2. 2007년 국내 상위 20위 의약품 생산액 (2008년도 식품의약품통계연보) 77

표 3-3. 국내 물환경중 예측농도 상위 20종 인체용 의약물질 (김명현 외2006, 최경호 외 2008) 78

표 3-4. PAC를 이용한 제거 효율 (Snyder et al., 2007) 80

표 3-5. 오존을 이용한 제거 효율 (Snyder et al., 2007) 80

표 3-6. 국내 동물용 항생제 성분별 총판매량 (명승운 외, 2006) 80

표 3-7. 캐나다 하수처리장 유입, 유출수, 지표수내 carbamazepine과 대사물질 농도 (ng/L)(Miao et al, 2003) 81

표 3-8. 의약품 대사물질 연구사례 조사 82

표 3-9. 의약품 및 미량 오염 물질 86

표 3-10. 본 연구에서 조사된 의약품 대사물질 88

표 3-11. 의약품의 물리, 화학적 특성 및 분류 89

표 3-12. (a) 인체용 의약품 및 개인 관리 용품 분석 조건 97

표 3-12. (b) 인체용 의약품 동위원소 분석 조건 97

표 3-12. (c) 의약품 대사물질 분석 조건 98

표 3-12. (d) 의약품 대사물질 동위원소 분석 조건 98

표 3-12. (e) carbamazepine 대사물질의 LC-MS-MS 측정 조건 98

표 3-13. 의약품에 따른 기기검출한계 102

표 3-14. 영산강 수계의 동위원소를 사용한 물질에 대한 SPE 회수율 106

표 3-15. 섬진강 수계의 동위원소를 사용한 물질에 대한 SPE 회수율 106

표 3-16. 2009년 영산강 수계 1차 채수 측정 결과 112

표 3-17. 2009년 섬진강 수계 1차 채수 측정 결과 113

표 3-18. 2009년 영산강 수계 2차 (7월) 채수 측정 결과 121

표 3-19. 2009년 영산강 수계 3차 (9월) 채수 측정 결과 122

표 3-20. 2009년 섬진강 수계 2차 (7월) 채수 측정 결과 123

표 3-21. 2009년 섬진강 수계 3차 (9월) 채수 측정 결과 124

표 3-22. 2009년 영산강 수계 4차 (10월) 채수 측정 결과 130

표 3-23. 2009년 섬진강 수계 4차 (10월) 채수 측정 결과 131

표 3-24. 2009년도 영산강·섬진강 수계 건기·우기에 따른 의약품 평균농도 변화 132

표 3-25. 2009년도 영산강 수계 2차 (7월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 137

표 3-26. 2009년도 영산강 수계 3차 (9월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 138

표 3-27. 2009년도 영산강 수계 4차 (10월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 139

표 3-28. 2009년도 섬진강 수계 2차 (7월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 140

표 3-29. 2009년도 섬진강 수계 3차 (9월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 141

표 3-30. 2009년도 섬진강 수계 4차 (10월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 142

표 3-31. 2010년도 영산강 수계 의약품 분포: 최소값, 25%, 중간값, 평균값, 75%, 최고값, 검출빈도 145

표 3-32. 2010년도 섬진강 수계 의약품 분포 :최소값, 25%, 중간값, 평균값, 75%, 최고값, 검출빈도 147

표 3-33. 2010년도 영산강 수계 1차 채수 (4월) 의약품 농도분포 및 검출빈도 152

표 3-34. 영산강 수계 2010년도 1차 채수 (4월) 지점별 의약품 농도 측정결과 153

표 3-35. 2010년도 섬진강 수계 1차 채수 (4월) 의약품 농도분포 및 검출빈도 155

표 3-36. 2010년도 섬진강 수계1차 채수 (4월) 지점별 의약품농도 분석결과 156

표 3-37. 2010년도 영산강 수계 2차 채수 (7월) 의약품 농도 분포 및 검출빈도 158

표 3-38. 2010년도 영산강 수계 2차 채수 (7월) 의약품농도 분석 결과 159

표 3-39. 2010년도 섬진강 수계 2차 채수 (7월) 의약품 농도 분포 및 검출빈도 161

표 3-40. 2010년도 섬진강 수계 2차 채수 (7월) 지점별 의약품 농도 분포 162

표 3-41. 2010년 영산강 수계 3차 채수 (9월) 의약품 농도 분포 및 검출빈도 164

표 3-42. 2010년 영산강 수계 3차 채수 (9월) 의약품 지점별 농도 분포 165

표 3-43. 2010년도 섬진강 수계 3차 (9월) 채수 의약품 농도 분포 및 검출빈도. 167

표 3-44. 2010년 섬진강 수계 3차 (9월) 채수 지점별 의약품 농도 분포. 168

표 3-45. 2010년 영산강 수계 4차 채수 (11월) 의약품 농도 분포 및 검출빈도 170

표 4-46. 2010년 영산강 수계 4차 (11월) 채수 지점별 의약품 농도 분포. 171

표 3-47. 2010년 섬진강 수계 4차 채수 (11월) 의약품 농도 분포 및 검출빈도 173

표 3-48. 2010년 섬진강 수계 4차 (11월) 채수 지점별 의약품 농도 분포. 174

표 3-49. 2010년도 영산강 수계 1차 (4월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과(ng/L) 185

표 3-50. 2010년도 영산강 수계 2차 (7월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 (ng/L) 185

표 3-51. 2010년도 영산강 수계 3차 (9월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 (ng/L) 186

표 3-52. 2010년도 영산강 수계 4차 (11월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 (ng/L) 186

표 3-53. 2010년도 섬진강 수계 2차 (7월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 (ng/L) 187

표 3-54. 2010년도 섬진강 수계 1차 (4월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 (ng/L) 187

표 3-55. 2010년도 섬진강 수계 3차 (9월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 (ng/L) 188

표 3-56. 2010년도 섬진강 수계 4차 (11월) 채수 의약품 대사물질 측정 결과 (ng/L) 188

표 3-57. 조사대상 하수처리장의 처리공정 요약 190

표 3-58. 의약품 조사대상물질에 대한 half-life 참고자료 194

표 3-59. 타 연구자료 중 하수처리장 및 생분해 실험에서의 의약품 제거율 표 194

표 4-1. 2009년도 1차 채수시료의 영산강·섬진강 수계별 기본수질인자 분석결과 200

표 4-2. 2009년도 2차 채수시료의 영산강·섬진강 수계별 기본수질인자 분석결과 202

표 4-3. 2009년도 3차 채수시료의 영산강·섬진강 수계별 기본수질인자 분석결과 203

표 4-4. 2009년도 4차 채수시료의 영산강·섬진강 수계별 기본수질인자 분석결과 204

표 4-5. 2009년도 영산강 섬진강 우량월자료. 205

표 4-6. 건기·우기 총평균 수질인자 비교 206

표 4-7. 영산강 수계 각 채수지점별 건기·우기 수질인자 비교 206

표 4-8. 섬진강 수계 각 채수지점별 건기·우기 수질인자 비교 207

표 4-9. 2009년도 1차 채수시 영산강·섬진강 수계별 이온성분 분석결과 209

표 4-10. 2009년도 2차 채수시 영산강·섬진강 수계별 이온성분 분석결과 209

표 4-11. 2009년도 3차 채수시 영산강·섬진강 수계별 이온성분 분석결과 210

표 4-12. 2009년도 4차 채수시 영산강·섬진강 수계별 이온성분 분석결과 210

표 4-13. 2009년도 1차 채수시기의 영산강·섬진강 수계별 중금속 분석결과 211

표 4-14. 2009년도 2차 채수시기의 영산강·섬진강 수계별 중금속 분석결과 212

표 4-15. 2009년도 3차 채수시기의 영산강·섬진강 수계별 중금속 분석결과 212

표 4-16. 2009년도 4차 채수시기의 영산강·섬진강 수계별 중금속 분석결과 213

표 4-17. 중금속 관련 하천 사람의 건강보호기준 214

표 4-18. 2010년 1차 채수 (4월) 영산강 수계 유기물 관련 수질영향인자 측정결과 220

표 4-19. 2010년 1차 채수 (4월) 섬진강 수계 유기물 관련 수질영향인자 측정결과 221

표 4-20. 2010년 2차 채수 (7월) 영산강·섬진강 수질영향인자 조사 결과 222

표 4-21. 2010년 3차 채수 (9월) 영산강·섬진강 수질영향인자 조사 결과 223

표 4-22. 2010년 4차 채수 (11월) 영산강·섬진강 수질영향인자 조사 결과 224

표 4-23. 영산강 섬진강 수계 질소계 이온 분석결과 225

표 4-24. 영산강 섬진강 수계 중금속 분석결과 (㎍/L) 226

표 4-25. 상관관계가 높은 의약품과 낮은 의약품 그룹군. 231

표 4-26. 영산강 수계(수계 수계) 의약품과 수질인자의 상관관계 232

표 4-27. 영산강 수계 의약품 대사물질의 상관관계 233

표 4-28. 섬진강 수계 의약품과 수질인자의 상관관계 234

표 4-29. 섬진강 수계 의약품 대사물질과 수질인자의 상관관계 235

그림 1-1. 몸에서 원래 의약품 물질의 형태로 배출되는 비율 (Jjemba, 2006) 20

그림 1-2. 영산강, 한강, 낙동강 수계 하수처리장 및 강의 26가지 미량유기오염물질 검출빈도(NOD), 평균농도, 최소농도-최대농도 (ng/L). 22

그림 1-3. 수자원의 편재성(Le Monde, 2008)과 미국 상수원수에서 의약품 검출보도(2008) 24

그림 1-4. 세계 하수처리장의 유출수의 carbamazepine과 diclofenac의 농도 (Zhang et al., 2008) 25

그림 1-5. Carbamazeplne 대사과정 27

그림 1-6. 1차년도에 조사된 수질인자와 carbamazepine과의 상관관계 그래프 29

그림 1-7. 미국 상수 원수 및 수돗물 내 의약품 조사결과 (Benotti et al., 2008). 30

그림 1-8. 미량 의약품의 수계 내 유입 경로 및 생태계와 연관관계, 영산강·섬진강 수계 미량 의약품 기초조사 연구개요. 31

그림 2-1. 미량의약품의 수계 유입경로 40

그림 2-2. 연차별 추진체계 42

그림 2-3. 영산강 채수지점 지도상의 위치 (환경부, 수질측정망 운영계획, 2008 참고) 48

그림 2-4. 화순 수계 채수지점 49

그림 2-5. 영산강 담양 지점 49

그림 2-6. 영산강 광주1 지점 50

그림 2-7. 영산강 광주천2 지점 50

그림 2-8. 영산강 광주2 지점 (좌)와 광산 지점 (우) 50

그림 2-9. 영산강 광주 2-1 지점 51

그림 2-10. 영산강 황룡강 3-1 지점 51

그림 2-11. 영산강 지석천4 지점(좌)과 고막원천2-1 지점(우) 51

그림 2-12. 영산강 나주 지점 52

그림 2-13. 영산강 영산포1 지점 52

그림 2-14. 영산강 영암천 지점 52

그림 2-15. 영산강 무안1 지점(좌)과 무안2지점(우) 53

그림 2-16. 섬진강 채수지점 지도상의 위치 (환경부, 수질측정망 운영계획, 2008 참고) 55

그림 2-17. 섬진강 운암 지점 56

그림 2-18. 섬진강 동계 지점 56

그림 2-19. 섬진강 적성 지점 56

그림 2-20. 섬진강 오수천 지점 57

그림 2-21. 섬진강 남원 지점 57

그림 2-22. 섬진강 요천1 지점 57

그림 2-23. 섬진강 곡성 지점 58

그림 2-24. 섬진강 보성강1 지점 58

그림 2-25. 섬진강 보성천 지점 58

그림 2-26. 섬진강 주암댐 지점 59

그림 2-27. 섬진강 구례 지점 (좌)와 하동 지점 (우) 59

그림 2-28. 섬진강 진월 지점 59

그림 2-29. 미량의약품 분석 절차. 65

그림 2-30. 의약품 측정에 사용된 LC-MS/MS 장비(좌)와 자동화 SPE 장치(우). 66

그림 2-31. 시료 채수 및 현장 측정 67

그림 3-1. 지표 수계 내에 존재하는 비스테로이드계 항염증약 및 진통제(a)와 항생제(b) 분포 (Mompelat et al., 2009) 71

그림 3-2. 세계 하수 처리장 유입수와 방류수 내의 의약품 농도와 처리효율(J.L Zhou et al., 2009). 72

그림 3-3. 하수유입수에 포함된 치료제 종류에 따른 의약품 비율(Lin et al, 2009) (antibiotics(atibiotics):항생제, Estrogens: 에스트로겐(여성호르몬), B-blockers:고혈압제, Psychostimulants:카페인, NSAIDs:비스테로이드계 항염증약, Lipid regulators:지질 조절제) 73

그림 3-4. 하수유입수에 포함된 비스테로이드계 항염증약의 농도(Lin et al., 2009) 73

그림 3-5. 하수처리장 유입수 및 처리수 내의 의약품 농도(한국 6개 하수처리장 농도 평균값, 2008년 10월 측정) 75

그림 3-6. 2007년 국내 의약품 효능별 상위 10위 사용 현황(의약품관리종합정보센터) 75

그림 3-7. 2007년 국내 의약품 다빈도 사용 상위 20위 성분별 현황 76

그림 3-8. 응집공정을 이용한 미량오염 물질 제거 효율(Snyder et al., 2007) 79

그림 3-9. Caffeine and its primary metabolites 83

그림 3-10. Metabolic pathway of diclofenac (AL-Hadith, 2007; Zhang et al., 2008) 84

그림 3-11. Metabolic pathway of ibuprofen(AL-Hadith, 2007) 85

그림 3-12. Triclosan의 ESI negative에서의 scan 질량 스펙트럼 91

그림 3-13. Triclosan의 287m/z부터의 daughter 이온 스캔 질량 스펙트럼 91

그림 3-14. Iopromide의 ESI negative에서의 scan 질량 스펙트럼 92

그림 3-15. iopromide의 790m/z부터의 daughter 이온 스캔 질량 스펙트럼 92

그림 3-16. cefaclor의 ESI positive에서의 scan 질량 스펙트럼 93

그림 3-17. cefaclor의 368m/z부터의 daughter 이온 스캔 질량 스펙트럼 93

그림 3-18. Paraxanthine의 ESI positive mode에서의 daughter 이온 스캔 질량 스펙트럼 94

그림 3-19. 4-hydroxyl-diclofenac의 ESI negative mode에서의 daughter 이온 스캔 질량 스펙트럼 95

그림 3-20. 동위원소 4-hydroxyl-diclofenac-d4의 ESI negative mode에서의 daughter 이온 스캔 질량 스펙트럼 95

그림 3-21. 1-hydroxyl-ibuprofen의 ESI negative mode에서 daughter ion 스캔 질량 스펙트럼 96

그림 3-22. 의약품 항목 중 ESI positive 조건에서의 크로마토그래피 분석 99

그림 3-23. 의약품 항목 중 ESI negative mode에서의 크로마토그래피 분석. 100

그림 3-24. 표준 용액 0.5 ㎍/L에서 측정된 carbamazepine LC-MS/MS 예 103

그림 3-25. 표준 용액 0.5 ㎍/L에서 측정된 sulfamethoxazole LC-MS/MS 예 104

그림 3-26. 표준 용액 0.5 ㎍/L에서 측정된 ibuprofen LC-MS/MS 예 104

그림 3-27. 표준 용액 0.5 ㎍/L에서 측정된 dilantin의 LC-MS/MS 예 105

그림 3-28. 영산강 2009년 3월 채수 지점별 검출된 의약품 농도 profile 108

그림 3-29. 영산강에서 2009년 3월 채수 시료에서 검출된 의약품별 농도 profile 109

그림 3-30. 섬진강 2009년 3월 채수 지점별 검출된 의약품 농도 profile 110

그림 3-31. 섬진강에서 2009년 3월 채수 시료에서 검출된 의약품별 농도 profile 111

그림 3-32. 영산강 2009년 7월, 9월 채수 지점별 검출된 의약품 농도 profile 115

그림 3-33. 영산강에서 2009년 7월 채수 시료에서 검출된 의약품별 농도 profile: 괄호속의 숫자는 조사지점의 의약품 평균 농도를 나타냄. 116

그림 3-34. 영산강에서 2009년 9월 채수 시료에서 검출된 의약품별 농도 profile: 괄호속의 숫자는 조사지점의 의약품 평균 농도를 나타냄. 117

그림 3-35. 섬진강 2009년 7월, 9월 채수 지점별 검출된 의약품 농도 profile 118

그림 3-36. 섬진강에서 2009년 7월 채수 시료에서 검출된 의약품별 농도 profile: 괄호속의 숫자는 조사지점의 의약품 평균 농도를 나타냄. 119

그림 3-37. 섬진강에서 2009년 9월 채수 시료에서 검출된 의약품별 농도 profile: 괄호속의 숫자는 조사지점의 의약품 평균 농도를 나타냄. 120

그림 3-38. 영산강에서 2009년 10월 채수 시료에서 검출된 의약품별 농도 profile: 괄호속의 숫자는 조사지점의 의약품 평균 농도를 나타냄. 126

그림 3-39. 영산강에서 2009년 10월 채수 시료에서 검출된 지점별 농도 profile. 127

그림 3-40. 섬진강에서 2009년 10월 채수 시료에서 검출된 의약품별 농도 profile: 괄호속의 숫자는 조사지점의 의약품 평균 농도를 나타냄. 128

그림 3-41. 섬진강에서 2009년 10월 채수 시료에서 검출된 지점별 농도 profile 129

그림 3-42. 2009년도 영산강 수계 carbamazepine과 그 대사물질의 분포: (상) 7월, (중) 9월, (하) 10월 133

그림 3-43. 2009년도 섬진강 수계 carbamazepine과 그 대사물질의 분포: (상) 7월, (중) 9월, (하) 10월 134

그림 3-44. 2009년도 영산강 수계 sulfamethoxazole과 그 대사물질(N-acetyl-sulfamethoxazole) 분포 135

그림 3-45. 2009년도 영산강 수계 ibuprofen과 그 대사물질의 분포 135

그림 3-46. 2009년도 영산강 수계 naproxen과 그 대사물질의 분포 136

그림 3-47. 2009년도 섬진강 수계 sulfamethoxazole과 그 대사물질 분포 136

그림 3-48. 2009년도 섬진강 수계 ibuprofen과 그 대사물질 분포 136

그림 3-49. 2009년도 섬진강 수계 naproxen과 그 대사물질 분포 136

그림 3-50. 2010년도 영산강 수계 의약품 총 농도 분포 Box-whisker graph. (박스의 위쪽 경계선은 데이터의 75%에 해당하는 값을, 박스의 아래쪽 경계선은 25% 값을 나타낸다. 박스 안의 검정 선은 중앙값 (median)을, 붉은 선은 평균값 (mean)을 가르킨다.... 144

그림 3-51. 2010년도 섬진강 수계 의약품 총 농도 분포 Box-whisker graph. (박스의 위쪽 경계선은 데이터의 75%에 해당하는 값을, 박스의 아래쪽 경계선은 25% 값을 나타낸다. 박스 안의 검정 선은 중앙값 (median)을, 붉은 선은 평균값 (mean)을 가르킨다.... 146

그림 3-52. 2010년도 영산강 수계 지점별 의약품 총 농도 분포도 (박스의 위쪽 경계선은 데이터의 75%에 해당하는 값을, 박스의 아래쪽 경계선은 25% 값을 나타낸다.... 148

그림 3-53. 2010년도 섬진강 수계 지점별 의약품 총 농도 분포도. 149

그림 3-54. 2010년도 영산강·섬진강 수계 갈수기·풍수기 의약품 총평균농도 그래프: (a) 섬진강, (b) 영산강. 150

그림 3-55. 2010년도 1차 채수의 영산강 수계 의약품 계열별 분포 151

그림 3-56. 2010년도 1차 채수의 섬진강 수계 의약품 계열별 분포 154

그림 3-57. 2010년도 2차 채수의 영산강 수계 의약품 계열별 분포 157

그림 3-58. 2010년도 2차 채수의 섬진강 수계 의약품 계열별 분포 160

그림 3-59. 2010년도 3차 채수의 영산강 수계 의약품 계열별 분포 163

그림 3-60. 2010년도 3차 채수의 섬진강 수계 의약품 계열별 분포 166

그림 3-61. 2010년도 4차 채수의 영산강 수계 의약품 계열별 분포 169

그림 3-62. 2010년도 4차 채수의 섬진강 수계 의약품 계열별 분포 172

그림 3-63. 2007년 국내 의약품 다빈도 사용 상위 20위 성분별 현황 175

그림 3-64. 2010년도 영산강 수계에 분포하는 carbamazepine과 그 대사물질 176

그림 3-65. 2010년도 섬진강 수계에 분포하는 carbamazepine과 그 대사물질 177

그림 3-66. 2010년도 영산강 수계에 분포하는 ibuprofen과 그 대사물질 178

그림 3-67. 2010년도 섬진강 수계에 분포하는 ibuprofen과 그 대사물질 179

그림 3-68. 2010년도 영산강 수계에 분포하는 diclofenac과 그 대사물질 180

그림 3-69. 2010년도 섬진강 수계에 분포하는 diclofenac과 그 대사물질: (좌) 7월, (우) 9월. 180

그림 3-70. 2010년도 영산강 수계에 분포하는 sulfamethoxazole과 대사물질 181

그림 3-71. 2010년도 섬진강 수계에 분포하는 sulfamethoxazole과 대사물질: (좌) 7월, (우) 9월 182

그림 3-72. 2010년도 영산강 수계에 분포하는 caffeine과 그 대사물질 182

그림 3-73. 2010년도 섬진강 수계에 분포하는 caffeine과 그 대사물질 183

그림 3-74. 2010년도 영산강 수계에 분포하는 naproxen과 그 대사물질. 184

그림 3-75. 2010년도 섬진강 수계에 분포하는 naproxen과 그 대사물질: (좌) 7월, (우) 9월 184

그림 3-76. 광주 제 1 하수처리장 공정별 의약품 농도분포 191

그림 3-77. 광주 제 2 하수처리장 공정별 의약품 농도분포 191

그림 3-78. 광주 제1하수처리장과 광주 제2하수처리장 공정별 주요 의약품 제거율 193

그림 3-79. 광주 제 1 하수처리장 의약품 모분자와 의약품 대사물질의 분포도 196

그림 3-80. 광주 제 2 하수처리장 의약품 모분자와 의약품 대사물질의 분포도 197

그림 3-81. 무안 오폐수처리장 의약품 농도분포 198

그림 3-82. 화순 수계 의약품 농도 분포. 199

그림 4-1. 영산강 유기물 분자량 분포도 (3월 채수) 214

그림 4-2. 섬진강 유기물 분자량 분포도 (3월 채수) 215

그림 4-3. 영산강 유기물 분자량 분포도 (7월 채수) 215

그림 4-4. 섬진강 유기물 분자량 분포도 (7월 채수) 216

그림 4-5. 영산강 유기물 분자량 분포도 (9월 채수) 216

그림 4-6. 섬진강 유기물 분자량 분포도 (9월 채수) 217

그림 4-7. 영산강 유기물 분자량 분포도 (10월 채수) 217

그림 4-8. 섬진강 유기물 분자량 분포도 (10월 채수) 218

그림 4-9. 영산강 수계에서의 유기물질의 소수성/친수성 조성 218

그림 4-10. 영산강 수계 유기물 분자량 분포도 227

그림 4-11. 섬진강 수계 유기물 분자량 분포도 227

그림 4-12. 총질소를 기준으로 한 의약품 상관관계 분석 230

그림 4-13. 총질소를 포함한 총 의약품간의 상관관계. 231

□ 사업제목

영산강·섬진강수계 대표 의약품 사용 및 배출분포 조사를 통한 대사가능물질 조사연구

□ 사업목표

ㅇ 영산강, 섬진강 수계 내의 사람과 축산이 야기한 의약품 및 의약품 대사가능물질 분포를 조사함으로써, 수생태 의약품축적과 거동을 파악하고 유역관리의 기초자료를 마련

□ 조사개요

ㅇ 조사대상 :

1차년도 (2009년도) : 영산강 수계 주요지점 포함 10개 지점(1차 채수시기) 및 중권역 대표지점 중 8개 지점(2-4차 채수시기), 섬진강 수계 주요지점 중 5개 지점(1차 채수시기) 및 중권역 대표지점 중 9개 지점(2-4차 채수시기)

2차년도(2010년도) : 영산강 수계 주요지점 및 중권역 대표지점 중 12개 지점, 섬진강 수계 주요지점 및 중권역 대표지점 중 11개 지점 : 총 23개 지점 조사, 그 외 하수처리장 공정별 의약품 농도조사 및 화순 수계 조사 시행

ㅇ 조사내용

- 추가 미량 의약품 물질 선정 및 분석 기법 연구

- 미량 의약품 측정 장기적인 데이터 베이스 구축(수계별, 계절별)

- 영산강, 섬진강 수계 의약품 대사물질 조사

- 영산강, 섬진강 수계 의약품 및 그 대사물질과 수질영향인자의 상관성 조사

ㅇ 조사항목 :

수질인자조사항목(pH, DO, 수온, 전기전도도, ORP, DOC, UVA254, SUVA, TN, NH4+, NO3-, NO2-, Al, As, Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn, 유기물 분자량 분포도), 의약품 조사항목(atenolol, acetaminophen, carbamazepine, caffeine, clopidogrel, diclofenac, dilantin, glimepiride, ibuprofen, iopromide, naproxen, sulfamethoxazole, TCEP, amlodipine, cefaclor, florfenicol, N-acetyl-sulfamethoxazole, O-desmethyl-naproxen, ibuprofen-1OH, ibuprofen-2OH, ibuprofen-carboxylic acid, CBZ-EP, CBZ-2OH, CBZ-3OH, CBZ-10OH, CBZ-DiOH, 4-OH-DCF, paraxanthine)

ㅇ 조사방법 :

■ 영산강·섬진강 수계 연4회 샘플채수 진행

■ 채수는 갈수기와 풍수기로 구분하여 실시

■ 수질인자분석과 의약품 및 그 대사물질의 분석 병행

■ SPE를 사용한 의약품 및 그 대사물질 추출 및 농축 실행

■ LC-MS/MS를 이용하여 수계 내 의약품 및 그 대사물질농도 측정

■ 수질인자와 의약품의 상관관계 파악

□ 조사연구 결과

ㅇ 의약품 대사물질 조사대상 선정

ㅇ 의약품 분석 프로토콜 확립

- LC-MB/MS조건 확립(CV, CE, RT 등)

- 의약품의 isotope surrogate standard 구입 및 프로토콜 정립

ㅇ 영산강 수계 의약품 분석결과

- 광주2, 광주천2, 광주2-1, 광산 지점에서 높은 의약품 농도 관찰

- 강우에 의한 의약품 희석효과 나타남

- Acetaminophen, iopromide, caffeine, TCEP, CBZ-10OH, IBU-2OH 물질이 높은 농도로 빈번하게 검출됨.

ㅇ 섬진강 수계 의약품 분석결과

- 영산강 유역에 비해 낮은 의약품로 농도 검출됨

- 대부분 지점에서 의약품 농도가 20ng/L 내외로 낮게 검출됨

- 상수원인 주암호에서 가장 낮은 의약품 농도 나타남

ㅇ 의약품 대사물질 분석결과

- Carbamazepine의 경우 CBZ-DiOH와 CBZ-10OH가 가장 주 대사물질로 존재함

- Ibuprofen의 IBU-2OH가 수계에도 높은 농도로 관찰됨.

- 영산강·섬진강 수계에서 Sulfamethoxazole, caffeine, diclofenac, naproxen의 대사물질도 검출됨.

ㅇ 하수처리장 공정별 의약품 제거 경향 분석결과

- 최초침전지에서 deconjugation에 의해 의약품 농도가 유입수에서 보다 높아지는 경향 나타남.

- atenolol과 iopromide를 제외하고 나머지 항목은 비교적 잘 제거되나, 보다 효과적인 의약품 관리가 요구됨.

ㅇ 수질인자 분석결과

- 광주 지역에 속한 지점(광주2, 광주2-1)에서 높은 유기물 농도를 보여 관리가 필요하다고 판단됨.

ㅇ 의약품과 수질인자 상관관계 분석결과

- TN 및 DOC와 같은 수질인자와 carbamazepine, atenolol, iopromide, sulfamethoxazole이 상대적으로 높은 양의 상관관계를 가짐.

- 대사물질 중 carbamazepine의 대사물질이 수질인자와 높은 상관성을 가져 anthropogenic indicator로 제안됨.

□ 활용방안

ㅇ 수계 종합적인 수질관리 데이터로서 활용

ㅇ 의약품 저농도 측정 및 대사물질분석기술 확보를 통한 수계수질측정 모니터링 기술 확보