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효과적인 비메탄 탄화수소(NMHC) 제거를 통한 분석 결과 향상
액체 크로마토그래피 탠덤 질량 분석기(liquid chromatography-tandem mass spectrometry-LC-MS/MS)는 현대 제약 분석에서 감도가 뛰어나고 선택적 분석을 위한 기반을 마련해 주었습니다. 제약 분석에서 결과의 정확성과 일관성은 제품 품질을 유지하는데 필수적이며, 기기의 감도가 점점 높아짐에 따라 분석에 최상의 결과를 보장하기 위해 사용되는 모든 물질이 주입되어야 합니다. 용매, HPLC 칼럼 혹은 질량검출기에 공급되는 가스와 같은 분석을 위한 모든 구성 요소는 매트릭스 효과 또는 이온 억제로 인해 분석 결과에 잠재적인 영향을 끼칠 수 있습니다.
매트릭스 효과는 샘플 내 분석 물질을 제외한 성분이 분석물의 시그널에 미치는 영향으로 정의됩니다. 샘플 전처리 방법 또는 샘플 자체의 출처에 따라 백그라운드 매트릭스는 타겟 물질을 안정적이고 반복적으로 검출하는데 다소 영향을 끼칠 수 있습니다. 이온 억제는 매트릭스 효과 중 하나의 형태이며 그 원인에 대해서는 항상 쉽게 결정지을 수는 없습니다. 비록 이온 억제의 메커니즘이 항상 명확하진 않지만 MS에 공급되는 가스의 불순물은 신호 대 잡음 비(signal to noise ratio – S/N) 감소시킬 수 있는 효과 중 하나이며, 이는 LC-MS 시스템이 반복적이 결과를 제공하지 못하거나 시스템 성능을 확인 하기 위한 초기 테스트 실패를 의미할 수 있습니다. 흔히 사용되는 reserpine과 같은 표준 화합물에 대한 다중 반응 탐색 법(Multiple Reaction Monitoring – MRM) 응답 비교는 시스템의 감도가 사양의 범위 안에 있는지 확인할 수 있는 S/N 데이터를 제공해 줍니다.
표준 물질과 매트릭스의 분석물질 시그널을 비교하여 이온 억제를 유발하는 간섭 여부를 확인할 수 있습니다. 다시 말해 이온 억제 발생은 확인할 수 있지만 연구자가 성능에 영향을 미치는 불순물의 출처를 명확하게 찾아낼 수 있는 것은 아닙니다.
Genius XE 35 질소 제너레이터
많은 시나리오에서 기기를 통한 가스 공급은 간섭 및 백그라운드 노이즈의 원인이 되기도 합니다. 제약 실험실은 많은 실린더 또는 액체 질소 용기를 통해 다량의 질소 가스를 사용하거나 Peak의 Genius XE와 같은 질소 가스 제너레이터를 통해 질소 가스를 공급받습니다. 질소 제너레이터 사용은 빈번한 주문, 재고 수준 및 배송 관리와 같은 많은 번거러움을 제거할 수 있습니다. 또한 실험실에서 갑작스러운 가스 공급 중단에 대한 걱정을 할 필요가 없으며 밤새 가스가 고갈 되는 위험을 피할 수 있을 뿐만 아니라 실린더나 벌크 탱크를 교체해야 하는 추가적인 불편함을 피할 수 있습니다. 이와 더불어 빠르게 변동할 수 있는 가스 가격의 예측 불가능성을 제거할 수 있으며 실험실 연구자가 주변에서 무거운 실린더를 옮기다가 발생할 수 있는 건강 및 안전 문제를 줄일 수 있습니다. 실린더 혹은 벌크 탱크로부터 다량의 액체 질소 유출은 실험실 대기 환경을 빠르게 변화시켜 환기가 잘 되지 않을 경우 실험실 연구자에게 위험을 초래할 가능성이 있습니다.
Genius XE 제너레이터는 시장에 앞장설만한 순도의 LC-MS용 질소를 공급하기 위해 개발 되었으며, 실험실 연구자들이 가스 저네레이터에서 공급되는 가스의 순도가 최상의 분석 결과를 가지고 올 수 있다는 인식을 가질 수 있게 하여 분석에 집중할 수 있도록 합니다.
Genius XE 제너레이터는 압축 공기로부터 가스 정화를 위해 질소 멤브레인을 사용합니다. 멤브레인 방식의 정화는 hollow-fiber polymer 번들을 통해 압축 공기로부터 유입 된 산소를 섬유 내벽을 통해 작은 산소 분자를 빠져가는 방식으로 산소를 분리 배출하고 더 큰 질소 분자는 멤브레인 번들 내에 보유 되어 저장 탱크에 수집됩니다. 이러한 질소 정화 방식은 LC-MS 애플리케이션에 필요한 유량(15 ~70 LPM)으로 최대 99.5%의 고순도 질소를 생산할 수 있습니다.
비메탄 탄화수소(NMHC)의 정의 및 잠재적 이슈
주변 공기를 제너레이터 내부 오일 프리 컴프레서로 압축하는 질소 정화 프로세스는 공기 중 불순물이 전반적인 가스 순도의 위험 요소가 될 수 있습니다. 이는 불순물의 분자 크기 때문에 산소와 함께 제거되지 않을 수 있기 때문입니다. 따라서 일부 실험실 환경이나 적절한 여과 없이 공기 중에 존재하는 화합물이 질량 분석기에 전달되어 감도 및 유지 보수 간격에 영향을 미칠 수 있습니다.
비메탄 탄화수소(NMHC)로 알려진 ethane, propane, butane 및 pentane을 포함한 여러 작은 사슬의 탄화수소는 ppb에서 ppm 범위의 농도로 대기 중에서 발견됩니다. 비메탄 탄화수소(NMHC)는 대기 화학에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며, 분석의 특성에 따라 분석 결과에 간섭을 일으켜 연구자들에게 문제가 될 수 있습니다.
혁신적인 해결책
분석 결과에 영향을 끼칠 수 있는 실험실 환경 문제 및 가스 품질에 영향을 끼치는 요인들을 인식하여 잠재적인 환경 오염으로부터 실험 결과를 더 높은 수준으로 보호할 수 있도록 완전히 새로운 방식으로 설계된 탄화수소 제거 기술을 Genius XE에 적용하였습니다. 일부 실험실에서는 사용하여 분석에 대한 비메탄 탄화수소(NMHC)의 영향을 줄이기 위해 인라인 가스 정제기(탄화수소 제거 트랩)을 사용 하겠지만 시중에 나와있는 대부분의 옵션은 용량이 현저히 낮고 빈번한 필터 교체 및 관리 비용을 증가시켜 실험실 환경 문제에 대한 장기적인 해결책을 제공하지 않습니다.
주변 공기에서 탄화수소(NMHC)를 제거하여 얻을 수 있는 것 보다 높은 순도의 질소를 보장하기 위해 “Resulting filtration”을 개발하였습니다. 영국 국립 물리 연구소(National Physical Laboratory, UK)에서 테스트한 결과는 Genius XE가 탄화수소(NMHC) 수준을 1ppm미만 수준으로 낮출 수 있음을 보여주었습니다. Genius XE에 적용된 진화된 탄화수소(NMHC) 여과 단계는 고감도 분석을 진행하거나 과도한 탄화수소(NMHC)가 타겟 물질을 방해할 수 있는 경우 결과에 대한 더 큰 확신을 가질 수 있게 합니다.
실험 방법
Peak Scientific은 까다로운 실험실 환경에서 Agilent 6495 Triple Quad 질량분석기의 체크아웃에서 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, S/N)를 확인하여 Genius XE와 탄화수소 제거 기술이 부족한 가스제너레이터의 성능을 비교하였습니다.
클로람페니콜(chloramphenicol)과 레세르핀(reserpine) 두 가지 표준물질을 각각 사용하여 5회 반복 실험을 수행하였습니다. 6495 Triple Quad 질량분석기는 레세르핀(reserpine)로 S/N비율을 테스트하기 위해 양이온 모드에서 작동하고 클로람페니콜(chloramphenicol)로 S/N비율을 평가하기 위해 음이온 모드에서 작동하였습니다.
실험 결과
실험 결과는 양이온 모드에서 분석기기를 작동할 때 두 제너레이터의 성능에 큰 차이가 있음을 보여주었습니다. 음 이온 모드에서 작동되는 LC-MS에서 클로람페니콜(chloramphenicol) 피크의 S/N 비율은 탄화수소 제거 기술이 없으면 일부 실험실 환경에서 S/N의 급격한 감소가 관찰될 수 있음을 보여줍니다. 평균 5회의 주입에서 탄화수소 제거가 없는 경우 S/N비율은 약 2200:1인 반면 탄화수소 제거가 있는 경우 S/N비율은 93,000:1이었습니다.
양이온 모드에서 레세르핀(reserpine) 표준 물질을 사용할 때 상당히 큰 차이의 S/N 비율이 관찰되었습니다. 탄화수소 제거 기술이 있는 Genius XE는 5회 주입된 레세르핀(reserpine)에 대해 S/N 비율이 평균 113,431:1로 나타났지만 탄화 수소 제거 기술이 없는 제너레이터에서는 S/N 비율이 36,526:1로 나타났습니다.
논의 사항
실험실 인프라와 프로세스가 지속적으로 개선되고 있지만 환경의 영향과 공기 중 불순물의 변화는 여전히 많은 실험실의 공조 시스템의 통제 범위를 벗어납니다. 온도 변화와 강수량 변화와 같은 계절적 변동은 대기 중 오염도를 변화시킵니다. 특히 대도시에서 변화가 더 크며, 이는 직원이 감지하지 못한 채 실험실 공기 질에 영향을 끼칠 수 있습니다. 가스 제너레이터는 샘플 준비 및 분석과 관련 된 프로세스를 통해 샘플 또는 검출기와 직•간접적으로 상호 작용하는 여러 구성 요소 중 하나이며 분석 결과에 영향을 끼칠 수 있습니다. 샘플에 잠재적으로 매트리스 효과를 나타내는 기타 구성 요소에는 용매가 포함되며, 이는 이온화 조건과의 상호 작용을 피하기 위해 신중하게 선택해야 하며 질량 분석기에 가스를 공급하기 위해 사용되는 튜빙 또한 잘 선택해야 합니다. 다량의 가소제를 탈기체화(outgas)하여 만든 저품질 플라스틱 튜빙을 사용하는 경우 타겟 분석 물질을 마스킹하는 측면에서 매트릭스 효과를 유발할 수 있으며 이온 억제를 야기하는 휘발성 물질의 탈기체화(outgas) 결과로 기기 성능에 직접적인 영향을 끼칠 수 있습니다. 금속 튜빙을 사용하는 경우 스테인리스 스틸 또는 실험실 등급의 구리 튜빙을 사용해야 하며 접합부를 밀봉하기 위해 에폭시 수지를 사용하는 것은 피해야 합니다.
분석 기기가 발전하면서 최상의 결과를 가져오기 위해 모든 프로세스의 중요성이 인식되면서 가스 제너레이터를 포함한 주변 기기 또한 발전되어야 할 필요가 있습니다. 이는 Peak의 신제품 개발 및 Genius XE에 신기술 도입의 원동력이 되었습니다. 이번 실험의 분석 결과는 이온 억제 효과를 감소시키는데 Genius XE 질소 발생기에 적용된 탄화 수소 제거 기술의 중요성을 보여주었으며, 최첨단 질소 발생기를 사용함으로 LC-MS 성능을 향상 시킬 수 있음을 증명하였습니다.
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