눌수있다. 범용적으로사용되는 GC/MS 로는 GC/SQ(Single Quadrupole), GC/IT(Ion Trap), GC/TOF(Time of Flight) 를들수있으며, 가장일반적인형태의 GC/MS/MS 는 GC- QQQ 이며앞서기술한바와같이최근에는 GC-QTO

Size: px

Start display at page:

Download "눌수있다. 범용적으로사용되는 GC/MS 로는 GC/SQ(Single Quadrupole), GC/IT(Ion Trap), GC/TOF(Time of Flight) 를들수있으며, 가장일반적인형태의 GC/MS/MS 는 GC- QQQ 이며앞서기술한바와같이최근에는 GC-QTO"

도연 당
6 years ago
Views:

특별기획 : LAB Technological Innovation 연재시리즈 (6) 생산성향상을위한실험실기술혁신 (5) GC/MS/MS 솔루션 (GC-QQQ & GC-QTOF) 다양한응용분야에서널리사용되고있는기체크로마토그래프 / 질량분석기 (Gas Chromatograph/Mass Spectrometer, 이하 GC/MS) 는질량분석관이한개인단일질량분석기

1 특별기획 : LAB Technological Innovation 연재시리즈 (6) 생산성향상을위한실험실기술혁신 (5) GC/MS/MS 솔루션 (GC-QQQ & GC-QTOF) 다양한응용분야에서널리사용되고있는기체크로마토그래프 / 질량분석기 (Gas Chromatograph/Mass Spectrometer, 이하 GC/MS) 는질량분석관이한개인단일질량분석기 (Single Mass Spectrometer, MS) 부터질량분석관이두개가연이어구성된텐덤질량분석기 (Tandem Mass Spectrometer, MS/MS) 까지다양하게사용되고있다. 또한불과 10년전만하더라도텐덤질량분석기에대한관심보다는질량분해능이높은고분해능질량분석기 (High Resolution Mass Spectrometer, 이하 HRMS) 에대한관심이더높았다. 하지만환경 / 식품중유해물질에대한규제수준이점점더낮아지고인체에극미량으로존재하는유효 / 유해물질에대한관심이확대됨에따라최근 5년전부터는저분해능질량분석기 (Low Resolution Mass Spectrometer, 이하 LRMS) 인사중극자 (Quadrupole, 이하 Quad) 질량분석관이두개연이은형태의삼중사중극자 (Triple Quadrupole, 이하 QQQ) 텐덤질량분석기를이용한극미량목적성분의정확한스크리닝및정량분석에많은관심이집중되기시작하였다. LAB Technological Innovation LAB Technological Innovation 연재시리즈 1. 액체크로마토그래피 2. 캐필러리유체역학테크놀로지 3. Mass Profiler Professional(MPP) 소프트웨어 4. lc/ms/ms 솔루션 4-1. QQQ LC/MS/MS 4-2. Q-TOF LC/MS/MS 5. GC/MS/MS 솔루션 그리고이제는목적성분에대한분석뿐만아니라더나아가비목적성분에대한스크리닝및미지성분에대한신속하고정확한동정에대해서까지관심이확대됨에따라저분해능질량분석기인 Quad 질량분석관에고분해능질량분석기인비행시간 (Time of Flight, 이하 TOF) 질량분석관이연이어장착된사중극자 -비행시간 (Quadrupol-TOF, 이하 Q-TOF) 텐덤질량분석기에대해서까지관심이확대되기에이르렀다. GC/MS/MS 이해하기질량분석관은먼저 LRMS 또는 HRMS 로나눌수있으며, 또한이들질량분석관의개수에따라 MS 또는 MS/MS 로나

눌수있다. 범용적으로사용되는 GC/MS 로는 GC/SQ(Single Quadrupole), GC/IT(Ion Trap), GC/TOF(Time of Flight) 를들수있으며, 가장일반적인형태의 GC/MS/MS 는 GC- QQQ 이며앞서기술한바와같이최근에는 GC-QTOF 를사용하기도한다.

2 눌수있다. 범용적으로사용되는 GC/MS 로는 GC/SQ(Single Quadrupole), GC/IT(Ion Trap), GC/TOF(Time of Flight) 를들수있으며, 가장일반적인형태의 GC/MS/MS 는 GC- QQQ 이며앞서기술한바와같이최근에는 GC-QTOF 를사용하기도한다. Scan mode : 특정질량범위에해당하는 DC/RF 전압을계속 / 반복적으로변화시켜분석함으로써범위내의질량값에해당하는이온을모두분리하여검출한다. 따라서해당성분의전체조각이온의모니터링을통하여질량스펙트럼패턴확인에의한정성분석이가능하다. SIM mode : 전체질량범위중특정질량값에해당하는 DC/RF 전압을고정하여분석함으로써분석자가검출하고자하는특정이온에대해서만분리하여검출한다. 이에따라해당성분의특징적인조각이온에대한필터를통하여기타화학적노이즈를제거함으로써해당성분에대한선택적검출이가능하여 Scan 모드분석법에비해고감도정량분석이가능하다. 저분해능질량분석기 (LRMS) 일반적으로소수점첫째자리까지측정할수있으며, 보통소수점첫째자리에서반올림하여정수자리에대해서신뢰할수있다고한다 ( 사중극자 (Quad), 이온트랩 (IT)). 고분해능질량분석기 (HRMS) 스펙의범위가다양하지만보통소수점넷째, 다섯째자리까지측정할수있으며, 측정가능한소수점자리에서반올림한단위에대해서신뢰할수있다고한다 ( 비행시간 (TOF), 푸리에변환 (FT), 자기섹터 (Sector)). 단일질량분석기 (MS) 질량분석관이한개로구성된질량분석기로서 GC/MS 는 GC를기반으로혼합상태의성분들이단일성분으로분리되어차례로 MS로전달되면각성분별로특징적인이온조각들이생성되고이들조각이온들이질량별로분리되고그양이측정된다. GC/SQ 4개의봉형태의금속막대로구성된 Quad 질량분석관한개가장착된단일질량분석기로가장널리사용되고있다. 서로마주보고있는두쌍의막대에각각직류 (Direct current, DC) 및고주파 (Radio Frequency, RF) 를걸어줌으로써비전하 ( 단위전하당질량, m/z) 를측정하여이온의질량을측정할수있다. GC/TOF 이온이일정한에너지에의해일정한공간을이동하는데걸리는시간을측정함으로써이온의질량을측정한다. TOF 는 Scan 모드분석만가능하지만 Quad 에비해월등히높은질량분해능및질량정확도를바탕으로보다세밀하고정밀한정량 / 정성분석이가능하다. 텐덤질량분석기 (MS/MS) 질량분석관두개가직렬로연결되어구성된질량분석기로서각각의질량분석관에서사용할수있는분석모드를조합하여다양한분석기법으로분석할수있다. 두개의질량분석관사이에위치하는충돌관 (Collision cell, CC) 에서는첫번째질량분석관에서분류되어전달되는전구이온 * 이충돌유도분리 * 에의해쪼개어지는데이들생성이온 * 을모두두번째질량분석관으로보내어준다. 이러한충돌관의존재로말미암아 MS/MS 만의크나큰장점이생겨나게되는것이다. * 전구이온 (precursor ion, 부모이온 ; parent ion) : 첫번째질량분석관에서 SIM 조건에의해선택되어충돌관으로전달되는이온. 기존의 GC/MS 의 SIM 조건을잡는원리와동일한원리를적용하여선택하되질량값이높을수록유리하다. * 충돌유도분해 (CID; collision induced dissociation) : 충돌관내부의에너지 (Collision Energy, CE) 와기체 (Collision gas, CG) 에의해첫번째질량분석관에서충돌관으로전달된전구이온의조각화가일어나는반응. CID를통해전구이온이생성이온으로쪼개어진다. * 생성이온 (product ion, 딸이온 ; daughter ion) : 첫번째질량분석관에서선택된전구이온이충돌관으로이동후 CID 반응에의해생성된이온. 이들생성이온은충돌관내에서질량별필터링과정을거치지않고생성이온모두가두번째질량분석관으로전달된다.

특별기획 : LAB Technological Innovation 연재시리즈 (6) GC-QQQ 두개의 Quad 가연이어구성된 QQQ 는각각의 Quad 를모두 SIM 모드로설정하여분석하는 MRM(Multiple Reaction Monitoring) 모드분석법덕분에가장널리사용되는 GC/MS/MS 이다.

GC-QTOF 가장최근에상용화된 GC/MS/MS 로서 Quad 와 TOF 질량분석관이연이어구성되어있다. 일상적인분석에는 TOF 모드로만분석하더라도앞서설명한 TOF 의높은질량분해능및질량정확도를바탕으로보다고차원의분석결과를획득할수있다.

3 특별기획 : LAB Technological Innovation 연재시리즈 (6) GC-QQQ 두개의 Quad 가연이어구성된 QQQ 는각각의 Quad 를모두 SIM 모드로설정하여분석하는 MRM(Multiple Reaction Monitoring) 모드분석법덕분에가장널리사용되는 GC/MS/MS 이다. MRM 모드분석법은첫번째 SIM 조건에서한번, 두번째 SIM 조건에서또한번, 총두번에걸쳐분석방해물질을제거함으로써목적성분만이갖는고유한생성이온에대해서만선택적검출이가능하여월등히높은감도를나타내게되는것이다 ( 두개의 Quad 에서 SIM 조건에의해선택되는각각의이온쌍을트렌지션 (transition) 이라하고 전구이온 생성이온 으로표현 ( 예 : )). GC-QTOF 가장최근에상용화된 GC/MS/MS 로서 Quad 와 TOF 질량분석관이연이어구성되어있다. 일상적인분석에는 TOF 모드로만분석하더라도앞서설명한 TOF 의높은질량분해능및질량정확도를바탕으로보다고차원의분석결과를획득할수있다. 더나아가질량분해능을능가하는매트릭스방해효과가나타난다든지또는 TOF 의 Scan 모드분석을통해획득한피크중라이브러리매칭이되지않는성분에대한동정이필요한경우에는 MS/MS 모드분석을통하여기존의 GC- QQQ 에버금가는정량분석, 기존의단일고분해능질량분석기로는접근하기어려웠던수준의정성분석까지수행할수있다. < 그림 1> 대기시료채취후속슬렛추출을실시 & 정제는생략하고각각 GC/SQ & GC-QQQ 로 Nitro-PAHs 를분석하였다. GC/SQ 에서는 SIM 모드로분석했음에도불구하고해당성분의피크를확인할수없는반면, GC-QQQ 에서는 MRM 모드분석결과, 해당성분의피크를명확하게확인할수있다. < 그림 2> 커피중극미량으로존재하면서불쾌함을주는황함유성분을분석하기위해커피매트릭스제거를위한복잡한전처리과정 ( 농축포함 ) 을거치거나 2D GC 기법을도입하여최대한분리하여야하지만, GC-QTOF 를이용하면특별한분석기법없이간단한추출과정만으로이들성분을분리하여검출할수있다. GC/MS/MS 분석을위한시료전처리의혁신사실 GC/MS/MS 는그자체로서혁신기술이라할수있다. GC-QQQ 및 GC-QTOF 는공통적으로 MS/MS 기법을통해시료에포함된분석방해물질들을효과적으로제거함으로써상대적으로분석목적성분들에대해보다고감도로분석할수있다. 또한앞서설명한바와같이 GC-QTOF 의경우, 굳이 MS/MS 분석법이아니더라도 TOF 의높은질량분해능및정확도를통하여분석대상성분에대한보다정밀한분석이가능하다. 이를다시말하면시료중의분석목적성분을제외한나머지성분들을제거하기위한전처리중정제과정을간소화하거나생략할수있다 (< 그림 1>, < 그림 2>). QQQ의난제, MRM 분석법확립과정의혁신국내에서 GC-QQQ 가가장많이사용되는응용분야는바로 식품중잔류농약분석이다. 이는식품중잔류농약규제에의해분석할성분을기존 GC 분석법을이용할경우 8번으로나누어분석하였던항목들을한번에분석할수있는장점이있기때문이다. 또한앞서기술한바와같이 GC 분석을위한시료전처리과정보다 GC-QQQ 분석을위한시료전처리과정을획기적으로간소화시켰음에도불구하고높은선택성과감도를나타내기때문이다. 따라서 GC-QQQ 를이용하면시간및비용을절감하면서동시에고품질데이터를획득할수있게된다. 같은맥락으로식품외기타다른응용분야에적용할때에도동일한이론을따를수있다. 분석목적성분이정해져있고시료의매트릭스효과가크거나목적성분이극히미량으로존재함에따라기존의 GC/MS 로는분석이어려운경우에 GC-QQQ 를도입하면위와같은큰효과를얻을수있다.

4 이상과같이 GC-QQQ 시스템은분석자가확인하고자하는 MRM 모드분석법을통해 100 종이상의다성분목적성분에대해서탁월한선택성과감도라는두마리토끼를잡은듯하지만, 이러한최고의분석결과를도출하기위한과정이상당히험난하다. 각각의목적성분에개별적으로최적화된트렌지션을각각설정해야할뿐만아니라동일한목적성분을분석함에도불구하고다양한시료들에서영향을미치는방해요소및그정도가각각다르기때문에시료의종류에따른 (= 매트릭스별 ) 최적의분석법세팅을위해상당한시간이소요된다 ( 영인 Lab.Highlight 63호특별기획, 생산성향상을위한실험실기술혁신 (4) LC/MS/MS 솔루션-1(QQQ LC/MS/MS) 의 QQQ 분석법확립의여정 참고 ). 이에따라 MRM 분석법자동화툴및 MRM 데이터베이스를이용하여기존의분석법확립과정에비해획기적으로간편하게진행할수있게된다. Method Building & Optimization Tool kit GC-QQQ 에서 MRM 분석법을확립하기위해서는오른쪽 기존의 MRM 분석법확립과정 에설명된바와같이여러단계에걸쳐확인하고선택하기를반복하여야한다. 기존에는 3번단계까지만실시하고 MRM 분석법확립과정이끝이났지만, 이제는분석결과의정확도를높이면서매트릭스별재확인에소요되는시간까지줄이고자 4번단계까지실시하도록권장하고있다. 이들분석법확립과정을 3단계, 4단계로정리하여간단히설명하였지만분석대상성분의개수에따라짧으면 1주일 (10 성분이하 ) 에서길게는 3개월 (300 성분이하 ) 까지상당한시간이소요될수있다. 또한모든과정을분석자가직접입력 / 확인 / 선택 / 확정해야하기때문에 1주일이면 1주일, 1개월이면 1개월내내분석법확립과정에집중하여야하므로다른업무에지장을초래할수있다. 그러나 MRM 분석법자동화툴 (Method building & optimization tool) 을이용하면데이터를선택하고그결과를확인하는약간의수고만으로분석법확립을완료할수있기때문에업무효율을상당수준향상시킬수있게된다 ( 자동모드 -1). 기존의 MRM 분석법확립과정 ( 수동모드 ) 1) Scan 모드분석분석대상성분에대한혼합표준물질을이용하여 GC를통해잘분리가되는지또는 GC로분리가잘되지않는다면 MS로분리할수있을지에대한총체적인그림을그린다. 주입구온도, 오븐승온조건, 인터페이스온도에대한설정이완료되면, 피크들이몰려있는시간대별로분류할세그먼트 (Segment) 를정하고전구이온으로사용할이온을확인한다. 2) Product Ion Scan(PIS, SIM-Scan) 모드분석각세그먼트에해당하는성분의전구이온및다양한충돌에너지 (Collision Energe, CE), 두번째 Quad 의질량범위를입력하여분석하고, 어떤전구이온이어떤충돌에너지조건에서생성이온이잘생성되는지, 높은감도를나타내는지, 좋은재현성을나타내는지확인한다. 높은감도및재현성을나타내는생성이온을최종적으로확인하기위해충돌에너지를다양하게설정하여여러번반복분석을해야하기때문에많은시간이소요된다. 이과정을통해특정성분에해당하는최적의충돌에너지 & 생성이온을선택한다. 3) Multiple Reaction Monitoring(MRM, SIM-SIM) 모드분석이전단계에서선택되어진 SIM-CE-SIM 조건을입력하여분석하되세그먼트를세분화하는등재조정을통하여감도향상등의효과를누릴수도있다. 4) 시료별매트릭스효과에따른분석조건재설정최종확정된 MRM 분석법을적용하여시료에해당농약표준물질을첨가하여분석해본다. 이를통해순수표준물질분석결과와의비교등을통하여각성분들에대한매트릭스영향을확인하고경우에따라분석조건을바꾸는등최종점검을한다. 분석자가수동으로직접분석법을확립하는과정보다자동화툴을이용하는과정에서한단계가더추가되지만, 그과정은훨씬간편하다. 수동과정에서는다음단계로넘어가기전에분석자가반드시데이터를면밀히확인하여다음단계에서사용할인자를하나하나선택하고입력하여야만했다. 하지만자동과정에서는자동화툴을사용하지않는첫번째, 다섯번째과정을제외하고는모두자동화툴을통해모든인자가자동으로세팅되어지는편리함이더해지는것이다.

특별기획 : LAB Technological Innovation 연재시리즈 (6) Method Building & Optimization Tool kit 을이용한 MRM 분석법확립과정 ( 자동모드 -1) < 표 1> 자동화툴을이용하여자동으로확립한 MRM 분석법을각각사용하여다성분농약동시분석을실시하고그재현성에대해비교하였다.

5 특별기획 : LAB Technological Innovation 연재시리즈 (6) Method Building & Optimization Tool kit 을이용한 MRM 분석법확립과정 ( 자동모드 -1) < 표 1> 자동화툴을이용하여자동으로확립한 MRM 분석법을각각사용하여다성분농약동시분석을실시하고그재현성에대해비교하였다. 대부분의화합물에있어그재현성이향상된결과를보였다. 1) Scan 모드분석앞서기술한내용과동일한과정을실시한다. 2) Design Experiments Assistant PIS 모드분석에서사용할 CE에따른분석시퀀스를작성하고실행한다. 3) Analyze Experiments Assistant Design Experiments Assistant 를통해분석된데이터를열고실행하면자동으로최적의 CE, 정량 & 정성이온이선택되고이에따른정량 & 정성이온의비율, 감도조정을위한 Gain 이설정되어감도를최적화한초기 MRM 분석법이설정된다. 4) Dynamic MRM Assistant 최종분석법에적용될파라미터 ( 최소 Dwell time, 최소데이터포인트, 최소 RT 변화도 ) 를입력하고실행하면최적의 Dwell time 및세그먼트가설정되어최종 MRM 분석법설정이완료된다. 이는 Analyze Experiments Assistant 에서감도최적화 MRM 분석법에재현성최적화가더해져보다견고한분석법으로거듭나게된다. 5) 시료별매트릭스효과에따른분석조건재설정앞서기술한내용과동일한과정을실시한다. MRM Database 를이용한 MRM 분석법확립과정 ( 자동모드 -2) 1) 시료별매트릭스효과에따른분석조건재설정데이터베이스에포함된 GC 조건및화합물별전체트렌지션을모두포함한 MRM 분석법을적용하여해당농약표준물질이첨가된다양한매트릭스의시료들을분석한다. 각시료별방해효과가가장적게나타나는트렌지션만을선택하여최종분석법으로확립한다. 2) Dynamic MRM Assistant 앞서기술한내용과동일한과정을실시한다. 게다가전문분석자가오랜시간을투자하여확립한 MRM 분석법에못지않은감도 & 정밀도를가지는분석법을얻을수있다는크나큰이점을동시에누릴수있다 < 표 1>. MRM 분석법확립을더욱획기적으로단순화시키고빠르게하고자한다면 MRM Database 또는 GC-QQQ Analyzer 를활용하면된다. MRM Database 는 GC/MS 의라이브러리에화합물별질량스펙트럼정보가목록화되어있는것처럼화합물별 MRM 트렌지션이목록화되어있어언제든분석하고자하는성분에대한트렌지션을선택하여 MRM 분석법을확립할수있다. MRM Database 에는농약및기타환경오염물질 1,100 여종에대한머무름지수 (RI, Retention index), 트렌지션 ( 모든화합물에대해최고 8개씩포함 ), GC 분석조건등이포함되어있으며, 이들중필요한부분만선택하여 MRM 분석법을확립할수있다 < 그림 3>. 그리고이렇게 MRM Database 를이용하면앞서기술한 MRM 분석법확립단계 4~5 개중 2 단계만실시하면된다 ( 자동모드 -2).

따라서이들방대한데이터들중에서분석자가필요한정보와필요할정보, 그리고불필요한정보를어떻게추출하고분류할것인지가관건이다. 제아무리좋은성능을지닌분석기기를이용하여최고의데이터를산출하였다한들이들데이터에서중요한정보들을뽑아내지못한다면이최고의데이터는아무쓸모가없게되는것이다.

6 따라서이들방대한데이터들중에서분석자가필요한정보와필요할정보, 그리고불필요한정보를어떻게추출하고분류할것인지가관건이다. 제아무리좋은성능을지닌분석기기를이용하여최고의데이터를산출하였다한들이들데이터에서중요한정보들을뽑아내지못한다면이최고의데이터는아무쓸모가없게되는것이다. < 그림 3> MRM Database 에정리된화합물정보 ( 성분명 ( 영어 / 중국어 / 일본어등 ), 성분그룹, CAS#, 구조식등 ) 를바탕으로분석자가필요로하는성분들을분류 / 선택하면이를바로분석법으로변환하여분석에바로사용할수있다. 이렇게 MRM Database 를이용하여분석법을확립하면간단하고빠르게 MRM 분석법확립을완료할수있게된다. 뿐만아니라 GC-QQQ 시스템구매시 Analyzer 형식으로구매하면 MRM Database 의 GC 분석법에포함된 Column Backflushing 및 RTL(Retention Time Locking) 을기타하드웨어추가세팅없이그대로적용하여분석할수있다. 이로인해시스템내에잔류하는분석방해물질들을시스템외부로효과적으로배출함과동시에분석데이터들의 RT를한결같이고정시킴으로써분석방해물질잔류에따른시스템오염및감도저하, RT 변화에따른분석법재설정등의번거로움없이분석할수있다는것이가장큰장점이라할수있다. Q-TOF의난제, 방대한데이터처리의혁신 GC-QQQ 에서 MRM 분석법확립과정이가장큰어려움이었다면, GC-QTOF 에서는분석법확립과정보다는분석후에얻어지는데이터를해석하고처리하는부분이훨씬복잡하고어렵다. TOF 의높은질량분해능및질량정확성이라는획기적인특징을통해보다선택성있는정량, 보다정밀한정성이가능해졌고, Quad 에비해빠른스캔속도를통하여보다많은데이터포인트를획득함으로써숨어있는피크에대한정보를더욱용이하게얻을수있게되었다. 이는분석자가얻게되는이득만큼훨씬많은정보들을여과없이모두받아들였기때문에가능한것이다. Unknown Analysis 아무리데이터가방대하다하더라도분석자가확인하고자하는목적성분에대한정보를추출하는것은어렵지않다. 목적성분의확인을위해서는일반적으로해당성분의표준물질을분석한데이터를바탕으로분석자가확인해야할정확한정보를알고있기때문이다. 그러나목적성분에대한정보를제외한나머지데이터들중에서분석자에게필요할 (?) 것으로여겨지는정보를뽑아내고자한다면이야기가달라진다. 필요하다 (= 중요하다 = 유의미하다 ), 필요하지않다 (= 중요하지않다 = 무의미하다 ) 를판단하기위해서는먼저그데이터에대한정성정보가확보되어야만한다. 이들정성정보를확보하기위해서는제일먼저 TOF 의빠른스캔, 높은질량분해능에의한엄청난양의데이터들중에육안으로확인되는피크, 육안으로확인되지않지만분명히존재하는피크등가능한한모든피크에대한정보를분류해내어야만한다. 이를위해디컨볼루션 (Deconvolution) 을적용하여전체크로마토그램중에포함된모든피크정보를추출한뒤, 이들중필요한정보 (= 목적성분 ) 를먼저확인하여제외하고나머지정보들에대해서도정성정보를확보해나간다. 이들정성정보를확보하기위해서는목적성분을제외한모든피크의질량스펙트럼정보를라이브러리와일일이대조해나가야만한다. 이때 Unknown Analysis 소프트웨어를사용하면보다간편하고신속하게이들비목적성분에대한정성정보를확인할수있게된다 < 그림 4>. 디컨볼루션후, 목적성분에대한정량분석이완료된데이터를 Unknown Analysis 에적용하면디컨볼루션된모든피크에대한정성분석 (= 라이브러리검색 ) 을자동으로완료한다. Unknown Analysis 를통해처리된데이터는목적성분 (Target) 과비목적성분 (Non-Target), 라이

데이터를선택하여적용시키면화면의왼쪽에디컨볼루션된피크의머무름시간 (RT) 이표기되는데그피크가라이브러리매칭이되면성분명이표시되고매칭되지않으면빈칸으로남는다.

7 특별기획 : LAB Technological Innovation 연재시리즈 (6) MSC를이용한미지성분동정과정 1) CI-TOF Scan 모드로분석을실시하고그데이터를이전에분석한 EI-TOF Scan 데이터와비교하여확인하고자하는피크의모분자량을확인한다. 2) CI-QTOF MS/MS 모드로분석시앞서확인한모분자이온만첫번째 Quad 를통과시키고충돌관에서생성된그조각이온을 TOF 로 Scan 하여보다정제된조각이온의질량스펙트럼을획득한다. < 그림 4> Unknown analysis 화면. 데이터를선택하여적용시키면화면의왼쪽에디컨볼루션된피크의머무름시간 (RT) 이표기되는데그피크가라이브러리매칭이되면성분명이표시되고매칭되지않으면빈칸으로남는다. 화면의오른쪽위쪽부터데이터의전체이온크로마토그램 (TIC) 과디컨볼루션된크로마토그램이겹쳐져나타나고, 그아래에는선택된 ( 왼쪽의파란색셀로표시된 ) 피크의질량스펙트럼 & 라이브러리에서매칭된질량스펙트럼이표시되고, 가장아래에는선택된개별피크의 TIC & EIC( 선택이온크로마토그램 ) 및그성분구조그림이표시된다. 3) MSC에데이터를적용하여모분자이온과조각이온들의화학식정보를토대로데이터베이스검색을실시하면 GC/MS 에서라이브러리검색을한것처럼일치율이높은성분의순서대로그목록이나열되고세부적으로는각각의이온조각이그성분구조의어느부분에해당하는지에대한구조적정보를확인할수있다. 브러리와매칭된성분 (Hit) 과매칭되지않은성분 (Non-Hit) 으로쉽게분류할수도있다. 또한이들중라이브러리와매칭되지않은성분에대해서는추가적으로 Q-TOF CI-MS/MS 모드분석을통하여성분에대한정보를더욱심도있게확인할수도있다. Molecular Structure Correlator(MSC) Unknown Analysis 를이용하여비목적성분에대해서까지편리하게라이브러리검색결과를확인할수있었다면, MSC 소프트웨어를이용하면일반라이브러리로검색이되지않는그야말로 UNKNOWN 성분 ( 미지성분 ) 에대해서까지도정성분석할수있게된다. 조금더정확히설명하자면, 일반적으로 GC/MS 에서사용하는 NIST 또는 Wiley 라이브러리가포함하는성분이 100 만개가채되지않는다. 하지만 MSC에적용시킬수있는데이터베이스는 Chemspider 또는 Pubchem 과인터넷으로연동되어그범위를최대 130 배가량확대 ( 약 1 억여개 ) 하여성분을검색해볼수있게되는것이다. 원래는일반라이브러리외의성분에대해서는분자량확인뿐만아니라각조각이온의분자식을각각계산하여조합함으로써해당피크의성분을추정하거나, 또는분석법자체를완전히변경하여 NMR, FT-IR 등으로분석을실시하고그구조적특징을확인하는것이일반적이다. < 그림 5> MSC 화면. CI-QTOF MS/MS 모드로분석한데이터를불러들이고검색을실시하면데이터에나타난피크의분자량, 분자식등에대한정보와그피크에서나타난조각이온의정보가나타난다. 화면의가운데창에서데이터베이스를선택하고검색을실시하면그아래에매칭율이높은순서대로화합물의정보들이나열된다 ( 약 1 분소요 ). 그리고그화합물정보들을클릭하여선택하면선택된화합물의구조에서피크의조각이온들이각각어디에해당하는지오른쪽화면에표시된다. 그러나 GC-QTOF 를활용하면분석방법을변경하지않고도 MSC 를활용하여 (= 라이브러리의성분범위를 130 배확대하여 ) 보다손쉽게미지성분에대한구조적동정이가능하다. 물론확대된새로운웹버젼의데이터베이스에서도검색되지않는다면앞서설명한과정을통해분석성분을확인해야할것이다. Mass Profiler Professional(MPP) 두개이상의샘플그룹에대한차이를발견하고자한다면, 먼저그샘플에서최대한많은종류의정보를뽑아내야하고그

다음에는그정보를서로비교함으로써어떤피크에서얼마만큼의차이가나타나는지, 또그차이가유의한지아닌지를확인하여야한다. 그러나이또한수십분에걸쳐수백개의피크를포함하는크로마토그램을시료의그룹내 / 외적으로모두비교하기위해서는한달이상의시간이소요될수도있다. 더욱이이렇게오랜시간동안공들여확보한자료가그효과를발휘하지못하는경우도종종발생한다.

Mega Bite 또는 Giga Bite 급의방대한 MS 데이터에통계 & 수학적모델을적용하여보다쉽고빠르게, 그리고더정확하게그차이를확인할수있게된다 ( 영인 Lab.Highlight 62호특별기획, 생산성향상을위한실험실기술혁신 (3) Mass Profiler Professional(MPP) 소프트웨어편 & < 그림 6> 참고 ).

비목적성분에대한스크리닝및이들데이터에서정성확인되지못한미지성분에대한구조동정을위해다양한전처리, 다양한종류의분석기기를도입한분석법을실시하여그데이터를통합 / 해석해야만했던기존의복잡한분석법이아닌최소한의전처리, 기존의분석법을그대로적용하여분석함으로써생산성을획기적으로향상시켜준 GC-QTOF!

8 다음에는그정보를서로비교함으로써어떤피크에서얼마만큼의차이가나타나는지, 또그차이가유의한지아닌지를확인하여야한다. 그러나이또한수십분에걸쳐수백개의피크를포함하는크로마토그램을시료의그룹내 / 외적으로모두비교하기위해서는한달이상의시간이소요될수도있다. 더욱이이렇게오랜시간동안공들여확보한자료가그효과를발휘하지못하는경우도종종발생한다. 더군다나 TOF, Q-TOF 의방대한데이터간의차이를찾아내는작업은깊고복잡하게얽힌미로를헤매며그끝을찾아내는과정으로비유할수있다. < 그림 7> Agilent 7200 Q-TOF GC/MS( 왼쪽 ) / Agilent 7000 QQQ GC/MS( 오른쪽 ) 이렇게험난한여정을보다즐겁게, 그리고더욱양질의결과를불러들이기위해 MPP 소프트웨어를적용한다. Mega Bite 또는 Giga Bite 급의방대한 MS 데이터에통계 & 수학적모델을적용하여보다쉽고빠르게, 그리고더정확하게그차이를확인할수있게된다 ( 영인 Lab.Highlight 62호특별기획, 생산성향상을위한실험실기술혁신 (3) Mass Profiler Professional(MPP) 소프트웨어편 & < 그림 6> 참고 ). 과거에는다양한성분을분석하기위해서다양한종류의분석기기를사용하여각성분의특성에알맞은다양한전처리및최적화된분석기기와분석법을도입하여여러번분석하기를되풀이하여야만했다. 이런기존의분석법을탈피하여전처리과정을간소화하고분석법역시하나로통일하여분석함으로써생산성을획기적으로향상시켜준 GC-QQQ! 비목적성분에대한스크리닝및이들데이터에서정성확인되지못한미지성분에대한구조동정을위해다양한전처리, 다양한종류의분석기기를도입한분석법을실시하여그데이터를통합 / 해석해야만했던기존의복잡한분석법이아닌최소한의전처리, 기존의분석법을그대로적용하여분석함으로써생산성을획기적으로향상시켜준 GC-QTOF! 이들 GC/MS/MS 시스템은공통적으로전처리를간소화하고한번의분석으로정확하고다양한결과를도출시킬수있다는혁신적인특징을가지고있다. 그럼에도불구하고분석법확립과정의어려움그리고데이터해석의어려움이걸림돌로작용하였던것이사실이다. 그러나지금까지기술한다양한툴 (MRM 분석법자동화툴, MRM Database, Unknown Analysis, MSC, MPP) 들을활용함으로써이들걸림돌까지효과적으로제거할수있다. < 그림 6> MPP 는질량분석데이터에통계기법을보다쉽게적용시킬수있도록고안된소프트웨어이다. GC/MS(/MS), LC/MS(/MS) 로분석한데이터를별도의프로세싱없이곧바로 MPP 에적용하여 t- 테스트, ANOVA 분석, 주성분분석, 군집분석, 판별분석등다양한통계결과를도출할수있다. 이들결과를도출하는과정역시기존의통계프로그램과는다르게, 적용하고자하는기법을위한개별적인프로그래밍필요없이단지클릭만으로모든과정을진행할수있어통계전문가가아니더라도좋은결과를획득할수있다. 결과적으로단일질량분석기가아닌텐덤질량분석기라는혁신, 이에따른전처리과정의간소화라는혁신, GC-QQQ 에있어숙제로남아있던분석법확립의신속함이라는혁신, GC- QTOF 에있어생산성을떨어뜨리던데이터해석의신속함이라는혁신을추가함으로써그야말로생산성을혁신적으로극대화시킬수있게되었다. 이러한기술혁신이어디까지확대되고언제까지진화하게될지큰기대가된다.

(Microsoft PowerPoint - src.ppt [\300\320\261\342 \300\374\277\353] [\310\243\310\257 \270\360\265\345])

$(Microsoft PowerPoint - src.ppt [\300\320\261\342 \300\374\277\353] [\310\243\310\257 \270\360\265\345])$ LC/MS, LC/MS/MS 기초개론 LC LC/MS(Liquid Chromatography/Mass Spectrometry) 액상의분석물질을기화및이온화하여고진공관에서원하는질량 (m/z) 이나질량범위만검출하여정량 정성분석하는시스템 High vacuum PC/Software Ion source Mass Analyzer Detector ESI APCI APPI