궐련형 흡연욕구저하제의 위해성분 측정법 가이드라인

2011. 07.

I.  서 론

최근 전자담배 등 새로운 형태의 흡연용품이 증가하면서 의약외품으로 허가된 궐련형 흡연욕구저하제에 대한 사회적 관심도 함께 증가하고 있다. 흡연욕구저하제는 말 그대로 흡연욕구를 떨어뜨리는 목적으로 사용되는 제제로서 의약외품으로 관리되고 있으며 식품의약품안전청에서 품목별로 안전성·유효성 및 기준 및 시험방법을 심사하여 허가하고 있다. 궐련형 흡연욕구저하제는 니코틴, 타르, 일산화탄소 등의 위해성분에 대하여 기준을 정하여 관리하고 있으며, 타르 및 일산화탄소는 각각 10밀리그램을 넘지 않아야 하고, 니코틴은 불검출되어야 한다.

식품의약품안전청에서는 궐련형 흡연욕구저하제의 안전성과 품질향상을 위하여 위의 위해성분중 니코틴에 대한 분석법을 가이드라인으로 제정하게 되었다. 이 가이드라인에 제시된 시험방법은 2000년에 제2판으로 발행된 ISO 10315, Cigarettes-Determination of nicotine in smoke condensates-Gas-chromatographic method 및 1995년 제2판으로 발행된 ISO 8454 Cigarettes-Determination of carbon monoxide in the vapour phase of cigarette smoke-NDIR method를 기초로 작성한 것이다.

II. 궐련형 제제 연기 응축물의 니코틴 측정법 -기체크로마토그래프법

1. 적용범위

이 가이드라인은 기체 크로마토그래프를 이용하여 궐련형 흡연욕구저하제 연기 응축물 중의 니코틴 함량을 측정하는 방법에 대하여 규정한다.

2. 원 리

흡연욕구저하제의 주류연으로부터 포집한 연기 응축물을 내부 표준 물질이 포함되어 있는 용매에 녹인다. 일정량의 용액 중에 함유된 니코틴 함량은 기체 크로마토그래프로 측정되며, 연기 응축물 중의 총 니코틴 함량을 계산할 수 있다.

3. 시 약

3.1 내부 표준 물질

n-헵타데칸(n-heptadecane) 또는 퀴날딘(quinaldine)(최소 99%의 순도)

카르본(carvone), n-옥타데칸(n-octadecane) 또는 다른 적절한 내부 표준 물질은 순도를 평가한 후에 사용되어야 하고, 연기 추출물에 포함되어 있는 다른 성분과 함께 용리(co-elute)되지 않는지 측정한 후에 사용되어야 한다. 시료에 있는 내부 표준 물질의 피크 면적은 일관성 있게 기록되어야 한다. 일관성이 나타나지 않을 경우 내부 표준 물질이 들어 있지 않은 추출 용액으로 연기 시료를 추출하여 이를 분석하였을 때, 연기 추출물에서 용리되는 피크 중에서 내부 표준 물질의 피크와 똑같은 시간에 용리되는 피크가 없는지를 반드시 확인하여야 한다.

3.2 추출 용매

적절한 농도의 내부 표준 물질(3.4)이 함유된 프로판-2-올(최대 수분 함량이 1.0mg/mL인 것)로서 일반적으로 0.2mg/mL~0.5mg/mL의 영역이 좋다. 온도 조절이 가능하지 않은 실험실에 저장된 용매의 경우 사용하기 전에 용매의 온도를 22℃±2℃로 조절하여 사용한다.

4. 시험방법

주어진 수의 궐련형 흡연욕구저하제를 가지고 유리섬유 필터 포집기를 장착한 자동흡연장치에서 흡연시켜 얻은 연기 응축물을 44mm 유리 섬유(discs)에 20mL 또는 92mm 유리섬유에 50mL에 해당하는 일정량의 추출용매(3.5)에 녹여서 검액으로 한다. 이때 유리 섬유가 용매에 충분히 잠기는지 확인한다. 따로 니코틴 표준품을 가지고 추출용매에 녹여 0.02mg/mL~2.0mg/mL의 농도 범위를 갖는 4개 이상의 표준액을 만든다. 검액 및 표준액은 직사광선을 피하고 0℃~4℃에서 보관한다. 낮은 온도에서 보관된 용매와 용액은 사용하기 전에 그 온도를 22℃±2℃로 조절하여 사용하여야 한다. 검액 및 표준액 각 2μL 씩을 가지고 기체크로마토그래프법에 따라 시험하고 표준액의 피크에서 얻은 검량선을 써서 검액 중의 니코틴의 함량을 구한다. 검액 중의 니코틴 농도로부터 연기 응축물 중의 니코틴 함량을 계산하고, 연소시킨 검체량을 환산하여 개피당 니코틴의 양을 mg 단위로 표기한다.

<조작조건>

검출기 : 불꽃 이온화 검출기

칼 럼 : 내부 구경이 2mm~4mm이고 길이가 1.5mm~2m인 것으로서 칼럼은 유리로 만들어진 것이 적당하나 비활성 스테인리스 스틸이나 니켈로 만들어진 것도 사용 가능하다. 정지상 : 산으로 처리된 실란화된 지지물질(입자 크기가 150㎛(100메시)에서 190㎛(80메시)에 10%의 PEG20000과 2%의 수산화칼륨을 가한 것)

칼럼온도 : 170℃(등온)

주입기 온도 : 250℃

검출기 온도 : 250℃

운반기체 : 헬륨 또는 질소

유  량 : 30mL/분

시스템적합성

시스템의 성능 : 용매 피크, 내부 표준 물질 피크, 니코틴 피크 그리고 다른 연기 성분 피크 특히 네오피타디엔(상황에 따라서는 니코틴 피크 꼬리 부분에 네이피타디엔 피크가 나올 때가 있다.) 피크가 잘 나올 수 있도록 조건을 설정하여 분석 시간이 대략 6분~8분 정도가 되도록 한다.

III. 궐련형 제제의 연기중 일산화탄소 측정법 -NDIR법

1. 적용범위

이 규격은 궐련형 흡연욕구저하제 증기상에서의 일산화탄소를 측정하는 방법을 규정한다.

2. 원 리

궐련을 흡연할 때 궐련 연기 중 증기상을 포집하고 일산화탄소로 보정된 비분산형 적외선 분석기(non-dispersive infrared analyser, NDIR)를 사용하여 일산화탄소를 측정하고, 궐련당 일산화탄소의 양을 계산한다.

3. 장 치

3.1 증기상 포집 시스템 : 자동 흡연 장치의 하나 또는 그 이상의 채널에 맞추어 고정시킬 수 있는 것, 이 포집 시스템을 사용하여, NDIR 분석기를 통한 연이은 시료 채취를 위해 미리 비워진 용기에 모든 증기상(일반적으로 대기에 배출되는)을 확실히 저장할 수 있어야 한다. 포집 시스템은 자동 흡연 장치의 정상적인 작동과 이에 따른 총 입자성 물질 및 니코틴 측정에 있어서 방해를 일으키지 않아야 한다. 증기상 성분에 대한 가스 포집 도구의 비투과성은 일산화탄소를 4~6%(V/V) 포함하는 증기상을 사용하여 확인해야 한다. 일산화탄소의 농도는 미리 비워진 가스 포집 도구를 채운 직후 곧바로 측정해야 한다. 포집 후 2시간 이상 경과했더라도 포집된 도구의 증기상의 일산화탄소 농도가 최초의 측정에서 얻어진 값에 비해 0.2% 이상 차이가 나지 않아야 한다. 백(bag)을 기체 포집 도구로 사용할 때에는 백의 크기가 충분히 커서 포집 후 백의 최종 압력이 대기압을 초과하지 않도록 해야 한다.

백의 부피는 대기압하에서 포집되는 가스량의 부피에 비해 두 배 이상 크면 안 된다. 실제적으로 다섯 개피의 궐련으로부터 증기상을 포집하는 경우 부피가 3L인 백이, 스무 개피의 궐련으로부터 증기상을 포집하는 경우 부피가 10L인 백이 필요하다.

3.2 비분산형 적외선 분석기(NDIR 분석기)[non-dispersive infrared(NDIR) analyser] : 증기나  가스 중 일산화탄소 측정에 선택적이고 보정되어 있을 것. 여러 제조 업체들로부터 생산된 NDIR 분석기를 사용할 수 있지만, 사용하는 분석기는 가급적 작동 범위가 일산화탄소 농도 범위 기준으로 0~10%(V/V)이고 시료채취 속도가 0.5~2L/분 범위에 들어야 한다. 분석기는 일정 온도 및 일정 압력 조건하에서 풀 스케일(full scale) 대비 1%의 정밀도, 1%의 직선성 및 0.2%의 반복성을 나타내어야 한다. 분석기의 10%(V/V) 이산화탄소에 대한 감응도는 0.05(V/V) 일산화탄소에 대한 감응도를 초과해서는 안 된다. 대한 분석기의 2%(V/V) 수증기에 대한 감응도는 0.05(V/V) 일산화탄소에 대한 감응도를 초과해서는 안 된다.

3.3 점화 도구 : 불꽃이 없는 점화 도구를 사용해야 한다. (전기) 라이터를 궐련에 접촉시키거나 궐련을 미리 태우지 않으면서 첫 번째 시도에서 궐련을 점화시켜야 한다.

3.4 압 력 계 : 0.1kPa까지 대기압을 측정할 수 있는 것.

3.5 온 도 계 : 0.2℃까지 온도를 측정할 수 있는 것.

3.6 표준 혼합 가스 : 질소 이외의 메이크업 가스들 즉 헬륨 등은 사용할 수 없으며, 이는 일산화탄소의 검출 감응도가 달라지기 때문이다. NDIR 분석기는 상대 오차가 2% 이내인 정도로 농도가 정확히 알려진 표준 혼합 가스들을 최소 3가지이상 사용하여 보정한다. 표준 혼합 가스들의 일산화탄소 농도 범위는 검정 곡선의 외삽이 필요하지 않도록 예상되는 시료들이 농도를 포함해야 하는데, 일반적으로 질소 중에 일산화탄소가 1,3 및 5%(V/V) 수준으로 혼합된 표준가스가 적당하다.

4. 시험방법

4.1 조화(conditioning)

궐련 시료를 평균온도 22(±1)℃, 평균상대습도 60%로 48시간 조화시키고, 평형이 적절하게 이루어졌는지 확인한다.

흡연이 이루어지는 실험실의 대기는 온도 22±2℃, 상대습도 60±5%로 유지하여야 한다. 밀폐성 용기(시험편을 담기에 충분히 큰) 안에 조화된 시험 시료를 두고서 흡연 직전에 꺼내어 사용한다.

4.2 NDIR 분석기의 교정

제조 회사의 지시서에 따라 기기를 워밍업시키고 공기를 이용하여 기기를 깨끗하게 한 다음 눈금을 0으로 맞춘다.

미리 비워둔 증기상 포집 용기에 일산화탄소의 농도가 5%(V/V)인 표준 혼합가스를 채우고서 비운다음 동일한 가스로 다시 채운다. 용기에 채워진 가스의 온도와 압력은 주위의 온도 및 압력과 같아야 한다. 시스템의 시료 채취 펌프를 사용하여 포집 용기의 가스를 측정셀 안으로 주입하되 분석기의 압력이 평형을 이루도록 5~10초간 유지시킨다,. 일정한 값이 얻어질 때 분석기 농도 측정기에 읽혀진 값을 기록한다.

적어도 두 개 이상의 다른 표준 혼합 가스에 대해서 8.2.2에 명시된 절차를 반복한다. 관찰값과 기댓값 사이의 일산화탄소 농도 차이가 0.2%(V/V)보타 클 경우 기기의 직선성에 주의를 기울여야 한다.

표준 가스들을 이용하여 적어도 일주일에 한 번은 기기를 재교정해야 한다. 검정 곡선은 5.4에서 보고된 범위 안에서 직선적이어야 한다.

약 5%(V/V) 일산화탄소가 포함된 표준가스를 사용하여 실제 측정 전에 검정 곡선을 체크한다. 만약 관찰값과 기대값 사이의 일산화탄소 농도 차이가 0.2%(V/V)보다 더 클 경우 전체적인 교정을 반복한다(8.2).

4.3 흡연과 증기상의 포집

증기상 포집 장치는 주위 공기를 사용하여 완전히 청소한 다음, 흡연 절차가 시작되기 전에 완전히 비워 둔다. 흡연이 시작되기 전 포집 장치에는 감압 상태가 존재해서는 안 되며, 이로 인한 역방향의 흐름이 발생해서도 안 된다.

시험용 궐련을 유리섬유 필터 포집기를 장착한 자동흡연장치에서 흡연시키고 흡연이 완료된 후에 궐련 꽁초를 제거하고 각 트랩당 다섯 번의 공흡연을 실시한다.

4.4 일산화탄소 부피 농도 측정

분석기의 검정 곡선을 체크하고, 주위의 온도 및 압력 조건과 동일한 조건하에서 증기상을 분석기의 측정셀에 주입한다. 분석기에서 표시되는 이산화탄소의 농도를 읽는다.

5. 결과의 계산

궐련당 평균 일산화탄소 부피 계산  궐련당 일산화탄소의 평균 부피는 식(1)을 사용하여 구한다.

[eqn: V _{as} = {C TIMES V TIMES N TIMES p TIMES T _{0}} over {S TIMES 100 TIMES p _{0} TIMES (t+T _{0} )}]···········································(1)

여기에서 Vas : 궐련당 일산화산소의 평균 부피(mL)

C : 측정된 일산화탄소의 부피 기준 백분율

V : 흡연 부피(mL)

N : 측정한 시료의 흡연 횟수이며 공흡연을 포함

p : 주위 압력(kPa)

p0 : 표준 대기 압력(kPa)

S : 흡연한 궐련의 수

T0 : 물의 삼중점 온도(K)

t : 주위 온도이며 단위는 섭씨 온도

V=35mL이고, 반올림한 P0(101.3kPa)과 T0(273K)의 값을 대입하면 식(1)은 다음과 같이 된다.

[eqn: V _{as} =0.9432 TIMES {C TIMES N TIMES p} over {S TIMES (t+273)}]············································(2)

궐련당 일산화탄소의 평균 질량은 식(3)을 사용하여 구한다.

[eqn: m _{cig} = {C TIMES V TIMES N TIMES p TIMES T _{0} TIMES M _{CO}} over {S TIMES 100 TIMES p _{0} (t+273) TIMES V_{m}}]·······································(3)

여기에서 mcig : 궐련당 일산화탄소의 평균 질량(mg)

MCO : 일산화탄소의 몰 질량(g/mol)

Vm : 이상 기체의 몰 부피(L/mol)

V=35mL이고 반올림한 MCO(28g/mol)와 Vm(22.4L/mol)을 대입하면 다음과 같이 된다.

[eqn: m _{cig} =1.179 TIMES {C TIMES N TIMES p} over {S(t+273)}]·················································(4)

IV. 참고 문헌

1. KS H ISO 3308, 일반 분석용 자동 흡연 장치-정의 및 표준 조건

2. KS H ISO 3400, 궐련-연기 응축물 중 알칼로이드 측정-분광광도계법

3. KS H ISO 3402, 담배 및 담배제품-시험과 조화를 위한 환경 조건

4. KS H ISO 4387, 담배-분석용 자동 흡연장치를 이용한 전 입자성 물질과 니코닡을 제외한 건조 입자상 물질의 측정법

5. KS H ISO 8243, 궐련-시료 채취

6. KS H ISO 8454, 궐련-궐련 연기의 증기상에서의 일산화탄소 측정 - NDIR(비분산형 적외선 분석)법

7. KS H ISO 10315, 담배-연기 응축물 중의 니코틴 측정법 - 기체 크로마토그래프법

8. KS H ISO 10362-1, 궐련-연기 응축물 중의 수분 함량 측정법-제1부 : 기체 크로마토그래피

9. ISO 13276 : 1997, Tobacco and tobacco products-Determination of nicotine purity-Gravimetric method using tungstosilicic acid