가스 크로마토그래프 질량분석기
환경 분석에 활용되는 GC/MS
오래 전 그리스 철학자들은 "물질이란 무엇인가?"에 대해 열렬히 토론하여 "원소"와 "원자"의 개념을 시작했습니다. 이러한 개념이 과학적으로 입증된 것은 17세기에서 19세기 사이가 되어서였습니다.
동위원소에 대한 아이디어는 1912년에 JJ Thomson이 예상되는 질량 22의 네온 원자가 아니라 질량 20의 네온 원자를 발견했을 때 개발되었습니다. 이 발견에 사용된 기기는 질량 분석기인 MS였습니다. 그 이후로 이 장비는 원자의 정확한 질량을 결정하는 데 사용되는 유일한 방법이 되었습니다. 또한 20세기 후반부터 가스 크로마토그래피(GC: 혼합물을 분리하는 데 사용됨)가 질량 분석과 결합되었습니다. 가스크로마토그래프질량분석기(GC/MS)는 혼합물을 고감도로 분리 분석할 수 있도록 개발되어 다이옥신, 음용수 내 유기화합물, 농도 등 다양한 분야에 활용되고 있습니다. 새로운 의약품을 개발하기 위한 도구일 뿐만 아니라 혈액 내 약물의
당신의 미래를 보호
가스 크로마토그래프 질량분석기에는 화성과 혜성에서 발견되는 원소를 측정하기 위한 우주 탐사선에서 단백질 구조를 결정하는 데 사용되는 것까지 다양한 종류가 있습니다. 그들은 환경 및 생명 과학 분야에서 널리 사용됩니다. 이 도구는 앞으로도 계속 사용하고 개발할 것으로 예상되는 분석 도구입니다.
과학이 발전함에 따라 다양한 관점에서 질문이 자연스럽게 제기됩니다.
현대 과학은 어떻게 월석의 구성을 조사하거나 화성에 생명체가 없다고 결정했습니까?
PCB 오염이 남극으로 퍼졌습니까?
도쿄만의 물은 그곳에 사는 어패류에게 안전한가요?
밭에 퍼진 대량의 농약은 어디로 가는가?
가스 크로마토그래피 질량 분석기는 이와 같은 질문에 대한 명확한 답을 제공할 수 있습니다.
이제 GC/MS가 어떻게 작동하는지 설명하고 물질을 측정하는 원리와 프로세스를 간략하게 설명하면서 답을 제공합니다.
질량 분석기의 원리
MS는 물질에 포함된 각 화합물의 질량(중량)을 정밀하게 측정하고, 그 무게로부터 각 화합물과 그 양을 식별하는 장치입니다. MS의 기본 원리는 이온의 성질을 이용합니다. 이온(전하를 띤 원자 또는 분자)을 특정 속도로 가속하고 자기장을 통과시키면 이온의 경로가 자기장에 의해 편향됩니다. 편향의 양은 자기장의 강도와 이온의 질량 수에 따라 달라집니다. 전자가 자기장을 통과하여 편향되는 구형 음극선 TV의 브라운관에도 유사한 원리가 사용됩니다.
그림 a)와 같이 동일한 에너지로 왼쪽에서 다양한 이온을 가속한다고 가정합니다.
자기장의 강도를 일정한 값으로 설정하면 더 작은 질량(가벼운) 이온의 경로가 더 무거운 이온보다 자기장에 의해 편향되어 서로 다른 위치에서 검출기에 도달합니다. 따라서 이온이 도달하는 위치를 검출하는 질량 스펙트럼을 구함으로써 화합물의 종류를 알 수 있고(정량분석), 그 양을 알아내는 것(정량분석)도 가능하다.
실제 MS에서는 그림 b)와 같이 이온 경로를 일정하게 유지하고 자기장의 세기를 변화시킨다. 이를 통해 하나의 검출기로 다양한 이온의 종류와 양을 측정할 수 있다. 검출된 것을 질량 스펙트럼이라고 하며 많은 피크 그룹과 함께 그래프 c)로 표시됩니다. 통상, 횡축은 전자 전하 질량비(m/z), 종축은 이온 강도(량을 나타냄)를 나타낸다.
GC/MS에 의한 실제 측정
이제 환경 오염이 가장 적은 지역으로 꼽히는 북유럽의 한 호수에서 검출된 PAH(Poly Aromatic Hydrocarbon, 발암 물질로 알려진 물질)의 사례 연구를 통해 GC/MS에 대해 설명하겠습니다.
우선, 맥주 한 병 정도에 해당하는 양의 현장에서 수집된 호수 물에서 유기 화합물 성분이 추출됩니다. 맥주병 5병 분량의 물을 주사앰플 1개 분량(1ml)으로 농축합니다. 겉보기에 깨끗한 물은 추출과 농축 후에 걸쭉한 흑갈색 용액으로 변합니다. 그것은 많은 유기 화합물을 포함하고 있음이 분명합니다. 이 용액 1,000,000μl(XNUMX/XNUMX리터)를 GC에 주입합니다.
GC는 추출된 유기화합물(혼합물)의 각 성분을 분리하여 MS로 옮기는 장치입니다. 분리는 모세관 컬럼(내경 약 0.3mm의 가는 튜브에 용액층을 코팅하여 성분을 분리함. 용액층의 종류는 목적에 따라 선택해야 함)을 사용하여 수행됩니다. 헬륨 가스는 모세관 컬럼을 통해 샘플 혼합물을 운반하는 데 사용됩니다.
사진에서
샘플 도입 섹션: He 가스와 함께 샘플을 삽입합니다.
가스 크로마토그래프: 혼합된 성분은 He 가스에 의해 전달되는 동안 단일 성분으로 분리됩니다.
인터페이스: He 가스를 제거하고 구성 요소를 농축하여 순서대로 이온 소스에 도입합니다.
이온 소스: 수신된 구성 요소는 이온화 및 가속된 다음 분석 섹션으로 전송됩니다.
분석 섹션: 이온은 질량수(m/z)로 분리됩니다.
탐지 섹션: 각 화합물의 이름과 양을 조사합니다.
여기에서의 분리는 매우 정확하며 수백 개의 다른 구성 요소가 있어도 실수없이 분리됩니다. GC에 의해 분리된 각 구성 요소는 MS의 이온 소스로 순차적으로 개별적으로 전달되며 도중에 인터페이스에 의해 헬륨 가스가 제거됩니다.
이온소스는 수용된 성분(분자가 전기를 띠는 상태)을 이온화한다. 여기서는 일반적으로 분자 주위를 돌고 있던 전자가 외부에서 들어오는 전자와 부딪혀 방출되는 것을 의미한다. 양전하). 이온화된 분자는 가속되어 분석부(전기장 및 자기장)로 보내집니다. 이온화 방법에는 전자에 의한 충격을 이용한 EI법(전자충격법), 화학반응을 이용한 CI법(화학적 이온화법), 전기장을 이용하여 이온화를 유도하는 FD법(전계탈착법), 당사의 장점인 방식과 고속 전자에 의한 충격을 이용하여 각 성분을 이온화시키는 FAB 방식(빠른 원자 충격 방식)이 있습니다.
이제 이온화된 유기화합물의 각 이온에 수 kV의 전압을 인가하고 각 이온을 가속시켜 분석부로 보낸다. 분석부에서는 앞서 언급한 자기장의 세기에 따라 각각의 이온이 질량으로 분리되어 검출부에 도달한다. 감지 정확도(해상도)는 매우 정확합니다. 예를 들어, 누군가의 몸무게가 56kg이라고 말하는 대신 우리는 그 무게가 56.9985kg이라고 말할 수 있으며, 정확도는 소수점 4자리까지입니다. 또한 무게뿐만 아니라 "지문 및 주름"(질량 스펙트럼)도 0.1초 만에 판독할 수 있습니다. 또한 검출 감도(확실하게 검출할 수 있는 최소량)는 fg 차수(fg:10)만큼 적습니다.-15g)/
이것은 지구상의 전체 인구 중에서 한 사람을 찾는 데 필요한 것보다 훨씬 더 높은 민감도입니다.
이렇게 검출된 데이터는 이미 컴퓨터(라이브러리)에 있는 데이터와 비교되어 즉시 측정 결과로 출력됩니다. 이로써 발암물질인 벤조피렌을 포함해 북유럽 호수의 수중 PAH 성분은 모두 완벽하게 규명됐다.