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[뉴스레터] GC 캐리어 가스를 헬륨에서 수소 전환에 따른 지방산 메틸 에스테르(FAMEs) 분석 Method 재검증
구정마케팅
2020-09-08 13:53:25
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GC 캐리어 가스를 헬륨에서 수소 전환에 따른 지방산 메틸 에스테르(FAMEs) 분석 Method 재검증
캐리어 가스를 헬륨에서 수소로 교체하는 것이 늘 신속한 샘플 분석의 기회를 제공해주는 것은 아닙니다. Method 재검증 과정은 새로운 Method를 이전 Method 조건과 최대한 가깝게 유지함으로써 간소화될 수 있습니다. 이러한 접근은 분석 물질의 Retention time (머무름 시간)을 유지하면서 샘플의 선택성(selectivity)과 분리능(resolution) 변화를 최소화 시킬 수 있습니다.
지방산 메틸 에스테르(FAMEs) 분석은 식품 내 지방 성분을 특성화 하는데 중요한 분석법입니다. 주로 높은 극성의 컬럼을 사용한 GC-FID 검출기를 통해 FAMEs 분석의 정량화가 진행됩니다.
많은 실험실에서 FAMEs GC 분석을 위해 헬륨 캐리어 가스를 사용합니다만, 헬륨 가스 가격이 계속해서 상승함에 따라 가스 제너레이터로 생산하는 수소를 캐리어 가스로 교체하는 것이 많은 분석가들에게 더욱 더 매력적으로 다가오고 있습니다. 사람들이 수소 캐리어 가스 사용을 고려할 때, 헬륨보다 ‘더 빠른 분석’이 캐리어 가스를 바꾸는 이유로 언급되는 특징 중 하나입니다. 하지만 수소 사용으로 인한 증가된 캐리어 가스의 유량으로 peak가 불안정하게 분리된다면, Peak의 동시 용출(co-elution) 현상을 일으키는 효과를 가져올 수 있습니다. 보다 낮은 비용의 캐리어 가스로 전환을 위해서는 상당한 Method 재검증이 필요하지 않게 가능한 Method 변수들을 최대한 동일하게 유지해야 합니다.
트랜스팔미텔라이드산 메틸에스테르 (Transpalmitelaidic acid methyl ester; Matreya, Catalogue #1148 구입)를 사용하여 진행한 FAMEs 분석을 살펴봅시다 (37가지 성분의 FAME 혼합물 표준 (Supelco F.A.M.E. mixture Catalogue #18919-1AMP)). <그림1>은 헬륨 캐리어 가스를 사용하는 기존 Method를 통해 얻은 전체 크로마토그램인데, 20-33번 peak가 불안정하게 분리된 영역을 볼 수 있습니다. 이 분석법은 캐리어 가스 유량: 34 cm/s, Split flow: 20 mL/min을 사용했습니다 (<표1> 참고). 이 분석 결과는 샘플 처리량을 증가시킬 수 있는 기회가 거의 없다는 점을 암시합니다. 하지만 수소 캐리어 가스를 이용하는 변환된 Method로도 비슷한 분석 결과를 얻을 수 있는지 확인해보기 위해, Method 변수들은 기존 방법과 동일하게 유지하되 헬륨에서 수소로 변경한 결과로써, 오로지 캐리어 가스의 선형 속도(Linear velocity)만 변경해보았습니다 (<표1> 참고). <그림2>는 캐리어 가스로 헬륨(2A) 그리고 수소(2B)를 사용한 결과를 비교한 내용입니다. 선형 속도(Linear velocity)의 증가로 분석 시간은 단축됐으나, 20-33 번 peak의 동시 용출(co-elution) 현상은 Method 재검증이 필요하다는 점을 시사합니다.
해당 Method는 수소의 선형 속도를 기존 헬륨 Method상의 선형 속도와 일치시키기 위해 재검증되었습니다. 캐리어 가스의 유량을 줄이기 위해 GC inlet 압력을 줄이는 작업이 필요했습니다. 감소된 캐리어 가스 유량과 상대적으로 높아진 Split flow가 결합되면서 peak의 크기가 줄어드는 영향을 가져왔습니다. Split flow를 20mL/min 에서 5.6mL/min 으로 감소시켜 분석 물질의 양이 증가하여 peak 높이가 향상 되었습니다. (<표1> 참고).
수소의 선형 속도를 기존 Method 내 헬륨 선형 속도와 동일하게 일치 시키기 위해 Method를 변경해보니, 그 결과는 헬륨으로 얻은 결과와 거의 동일했습니다 (<그림3> 참고). 이 점은 분석 시간의 단축 효과는 없지만, 수소 가스 사용에서 기인한 향상된 효율성 덕분에 샘플 peak 높이가 더욱 높아져 유사한 분석 결과가 나타난다는 것을 의미합니다.
수소는 종종 분석 시간을 단축 시킬 수 있는 빠른 캐리어 가스로 거론되지만, peak 분리능(resolution)의 저하로 인해 분석 속도를 높이는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다. 여기서 보여준 것과 같이 수소의 선형 속도를 헬륨의 선형 속도와 동일하게 유지시키기 위해 해당 Method를 변경할 수 있습니다. 이러한 접근 방법은 캐리어 가스 변경에도 같은 머무름 시간(retention time)으로 물질 분리를 가능하게 해주며 GC Method에 약간의 조정만 필요로 합니다.
<그림1> 37 가지 FAME 혼합물 표준의 전체 크로마토그램 중 불안정하게 분리된 20~33번 Peak 영역.
<그림2> (2A) 기존 헬륨 Method를 사용하여 얻은 크로마토그램이며 불안정하게 분리된 29-33 Peak를 포함하고 있습니다.
(2B) 더 높은 선형 속도의 수소 캐리어 가스를 사용한 샘플 분석 시 29-30 Peak와 31-33 Peak의 Co-elution 현상이 나타난 것을 보여줍니다.
GC Method 조건 <그림3> 헬륨 캐리어 가스를 사용한 기존 method의 결과값(3A) 과 수소 캐리어 가스를 사용하여 재검증된 GC Method의 결과값(3B).
| Carrier Gas | Helium | Hydrogen | Hydrogen |
| Inlet Pressure | 16 psig | 16 psig | 7 psig |
| Carrier Flow | 1.6 mL/min | 3.4 mL/min | 1.2 mL/min |
| Average Linear Velocity | 33.96 cm/sec | 75.37 cm/sec | 33.92 cm/sec |
| Split Flow | 20 mL/min | 20 mL/min | 5.6 mL/min |
| Injector temperature | 250 °C | ||
| Oven Parameters | 40 °C (2 min hold), 4 °C/min to 250 °C (3 min hold) | ||
| Detector | FID at 260 °C | ||
| Column | Supelco 2380 (30m x 0.25mm x 0.2mm film) | ||
<표1> HS-GC-FID 작동 조건
----자료출처----
저자 : Ed Connor DR.SC. is a GC Product Specialist, Peak Scientific, Inchinnan Business Park, Scotland, UK. Prior to joining Peak in February of 2015, Ed completed his Dr.Sc. at ETH Zurich in Switzerland using GC-MS to look at herbivore induced plant volatiles and their interaction with beneficial insects. He then joined the University of Zurich where his work focused primarily on volatile collection methods and analyses using GC-MS and GC-FID.https://www.peakscientific.com/discover/articles/fames-analysis-method-from-helium-to-hydrogen-for-gc/
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