폴리머를 보이게 하고 싶습니다

인터뷰 11

사토 히로아키:
산업기술종합연구소(AIST) 지속가능화학연구소 부소장

고분자를 보이게 하고 싶습니다.

Sato 박사는 30년 동안 질량 분석기의 발전에 긴밀히 동행해 왔습니다. 그는 최첨단 질량 분석기를 최대한 활용하여 폴리머 세계에서 무슨 일이 일어나고 있는지 명확히 해왔습니다. 그의 지식과 평가 방법은 화학 산업에 새로운 힘을 줄 것입니다.

고분자는 무엇을 발견하게 될지 모르기 때문에 흥미롭습니다.

"고분자 분석은 다양한 사실을 드러내기 때문에 흥미롭습니다. 마치 낚시와 같아서 무엇을 잡을지 알 수 없습니다." 국립 산업 기술 첨단 연구소의 Hiroaki Sato 박사( AIST) 그는 분석 화학을 전문으로 합니다.

학생 및 박사후 과정 동안 그는 과학, 공학 및 농업 분야를 오가며 질량 분석에 참여했습니다. 난연성 산업용 재료, 농약 보조제, 생분해성 농업 재료, 단백질, 미생물 등 광범위한 재료를 분석했습니다.

"고분자를 보이게 하고 싶어요. 그게 제가 늘 하고 싶었던 일이에요. 분석 대상이 바뀌어도 항상 그렇게 해요. 이것이 무엇인지, 어떻게 조사할 수 있을지 항상 아이디어를 내려고 했어요. 그것."

특히 그는 분해 과정에 집중했다. 그는 플라스틱의 열 분해, 살충제 보조제의 생분해, 유기 물질의 환경 역학에 관한 일련의 연구에 참여했습니다. 30년 동안 그는 당시 최고 성능의 질량 분석기를 사용하여 한계까지 밀어붙였습니다. 질량 분석기는 그가 익숙한 도구입니다.

그는 “다양한 분야에서 일을 했기 때문에 질량이 변한다는 것이 무엇을 의미하는지 감을 잡을 수 있었던 것 같다. 질량의 변화에서. 질량 분석기는 우리에게 그것을 말해 줄 수 있는 마법의 도구입니다."

세상을 바꾸는 질량분석기

2010년에 그는 질량 분석기의 시제품을 받았습니다. JEOL에서 만들었습니다. 시료에서 탈착된 이온을 기존 기기보다 훨씬 긴 나선형 궤적으로 보내 비거리를 늘리는 데 성공했다. 단위 시간당 이온의 비행 거리는 이온의 질량에 따라 달라집니다. 따라서 비행 거리(비행 시간)의 차이를 감지하면 어떤 분자가 포함되어 있고 어떤 상태인지 한눈에 알 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 질량 차이가 매우 작은 이온은 질량 스펙트럼에서 단일 피크로 함께 나타날 수 있습니다. 이것은 질량 분석법에서 오랜 문제였습니다.

이 문제를 해결하기 위해 제조업체는 비행 시간을 늘리기 위해 노력해 왔습니다. 육상의 트랙에 비유하자면 50미터에서는 그 차이가 감지할 수 없을 정도로 미미하더라도 100미터나 200미터를 같은 속도로 달리면 차이가 확연해진다. 이온을 같은 코스에서 앞뒤로 또는 원을 그리며 달리게 하여 "비거리를 얻는" 방법은 사실상 무제한으로 비행 거리를 확장할 수 있어 처음 도입되었을 때 획기적이라고 합니다. 하지만 자신의 원 안에서 뒤처진 이온이 먼저 검출되는 추월의 문제 때문에 근본적인 해결책이 될 수 없었다.

나선형 궤적으로 이온을 비행시키기 위해 JEOL이 개발한 방법은 비행 거리가 유한하지만 추월 문제를 해결했습니다. 훨씬 더 높은 해상도와 정확도를 달성할 것으로 기대되었습니다. "예를 들어 CO와 C의 차이가 있더라도2H4 두 종류의 분자 구조에서 질량 차이는 0.036 Da에 불과합니다. 기존의 질량 분석기를 사용하면 질량 스펙트럼의 피크가 동일했을 것입니다. 그러나 SpiralTOF™(JEOL의 프로토타입)에서는 피크가 아름답게 분리됩니다. 사용하자마자 새로운 세상이 열렸다는 것을 알았습니다. 그때까지 저는 고분자 분석에 그렇게 높은 분해능이 필요하지 않다고 생각했지만 순수한 고분자를 측정하는 경우에만 그랬습니다. 산업용 폴리머는 종종 복잡한 혼합물이며 시장의 폴리머 제품은 여러 폴리머를 혼합하여 만듭니다. 그래서 제품 평가와 같은 실무 현장에서 유용해야 한다고 생각했습니다.”

Polymer Chemistry Group에서 사용하는 JEOL Ltd.의 JMS-S3000 SpiralTOF™(왼쪽) 및 JMS-T200GC AccuTOF™ GCx-plus(오른쪽)

분자 수준에서 폴리머의 품질을 "보장"

그 즈음 Sato 박사는 지속 가능한 화학 연구소로 이동하여 연구 그룹장으로 임명되었습니다. 그의 새로운 이니셔티브로 그는 다양한 관점에서 재료를 진단하고 평가하는 솔루션을 구축했습니다.

"화학산업계를 둘러보면 신소재 개발에 많은 노력을 기울이고 있으며 우수한 제품들이 속속 등장하고 있습니다. 기능화학 연구부에는 이미 물성 및 분광 분석에 대한 다양한 기술을 가진 사람들이 있었는데, 분자 수준에서 고분자를 보고 평가하는 나의 지식을 추가할 수 있다면 우리는 폴리머 진단 및 평가를 위한 포괄적인 패키지를 제공할 수 있습니다.”

물론 완제품에 대한 평가는 모든 기업에서 한다. 그러나 일반적으로 물리적 특성의 평가에 국한됩니다. 예를 들어, "폴리에스터를 소재로 이 정도의 경도로 제품을 만든다"는 규격이 있고 그 경도가 규격에 맞으면 검사에 합격한 것이다. 그러나 실제 소재 제조현장에서는 제조과정에서 경도가 규격에서 벗어나는 것 같을 경우 일부 원하지 않는 소재를 혼용하거나, 반복구조의 수가 다른 폴리에스터를 혼용하여 규격에 맞게 경도를 조정하는 경우가 있다. 또한, 폴리에스터를 재료로 사용하는 부품 제조업체는 해외를 포함하여 여러 폴리에스터 제조 회사에서 조달합니다. 사양은 통과했지만 "많은 다른 분자 구조가 혼재되어 있습니다"(사토 박사).

이는 제품이 잠시 검사를 통과하더라도 부품 제조 공정에서 수율이 극히 낮을 수 있음을 의미합니다. 또는 제품이 시판될 때 일정 기간 사용 후 현저하게 변질될 수 있습니다.

"고해상도 질량분석기는 동일한 고분자에서 반복 구조와 말단기의 미세한 차이도 감지할 수 있습니다. 즉, 한눈에 기원을 파악할 수 있습니다. 분자 구조를 평가하는 시스템을 공통 "라고 강조하며, 소재 제조사는 안심하고 제품을 출하하고, 제품 제조사는 안심하고 사용할 수 있게 될 것"이라며 "공급망 전반에 걸쳐 생산관리와 품질관리의 정확성을 높일 것"이라고 강조했다.

게시일: 2021년 XNUMX월

제품

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