KR101771498B1

KR101771498B1 - 페이퍼 콘 팁 및 이를 이용한 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석 방법

Info

Publication number: KR101771498B1
Application number: KR1020150116233A
Authority: KR
Inventors: 차상원; 김푸름
Original assignee: 한국외국어대학교 연구산학협력단
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2035-08-18
Also published as: KR20170021621A; US20170053788A1

Abstract

본 발명은 꼭지각(vertex angle)이 12.5 ~ 45°인 삼각형-피라미드-형태의 페이퍼 콘 팁, 및 삼각형-피라미드-형태의 페이퍼 콘 팁을 제조하는 단계, 상기 페이퍼 콘 팁에 측정 샘플을 채우고, 질량 분석기의 앞면에 위치시키는 단계, 및 상기 페이퍼 콘 팁에 분무 용매(spraying solvent)를 첨가하고, 전압을 가하는 단계를 포함하는 상기 페이퍼 콘 팁을 이용한 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 원재료의 고체 샘플을 직접 질량 분석할 수 있는 페이퍼 콘 스프레이 이온화(PCSI) 질량 분석법에 사용되는 삼각형의-피라미드-형태로 개량된 페이퍼 콘 팁을 제조하였다. 본 발명에 따른 3차원의 개량된 페이퍼 콘 팁은 샘플 콘테이너, 고체-액체 추출 챔버, 분석물질 이동 채널, 및 전기스프레이 팁(tip)으로 작용하는 효과를 가진다. 따라서, 이러한 페이퍼 콘 팁을 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량 분석법(PCSI MS)에 이용하여 파우더 형태의 정제뿐만 아니라, 가공이나 전처리 되지 않은 푸드 재료를 포함하는 다양한 고체 물질로부터 주요 화학적 핑거프린트를 빠르게 생성할 수 있는 효과를 가진다.

Description

페이퍼 콘 팁 및 이를 이용한 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석 방법{Paper cone tip, and paper cone spray ionization mass spectrometry using the same}

본 발명은 페이퍼 콘 팁 및 이를 이용한 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석 방법에 관한 것으로, 상세하게는 3차원 형태로 모양을 변경한 페이퍼 콘 팁과 이를 이용하여 다양한 고체 물질에서 우수한 추출 효과를 나타내는 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석 방법에 관한 것이다.

페이퍼 스프레이 이온화(Paper spray ionization, PSI)는 질량 분석을 위하여 대기압 조건(ambient)에서 추출하는이온화 방법이다. PSI는 일반적으로 샘플링 베이스와 전기분무(electrospray) 팁(tip)의 역할을 하는 평면의 삼각형-모양의 종이를 이용한다.

통상PSI에서는액상의 샘플을 적용하고 페이퍼 베이스에서 건조시킨다. 그러나, 신선한 액상의 샘플 또는 얇은 조직 시편들도 PSI MS에 의해 성공적으로 분석한 예가 있다. 건조된 분석물질인, 고체-상태의 샘플을 추출시키고, 분무 용매(spraying solvent)에 의해 페이퍼 베이스의 뾰족한 엣지쪽으로 이동시킨다. 페이퍼 베이스를 통한 분석물질의 이동은 모세관 작용, 전기 영동 이동, 및 벌크 액상 이동 등의 3 공정의 조합으로 이루어지는 것으로 알려져 왔다: 마지막으로, 분석물질이 스프레이되고, 전기스프레이 이온화와 같은 공정들에 의해 이온화되는데, 상기 공정들은 페이퍼 팁에 잔류된 용매의 극성 및 용매 부피에 의해 주로 영향을 받는다.

스프레이되는 용매와 페이퍼 베이스의 특성들은 PSI MS에서 가장 중요한 파라미터이다. 알코올계 용매들이 PSI MS에서 가장 빈번히 사용된다. 또한 헥산과 같은 비극성 용매들이 PSI MS와 상용성이 있고, 탄화수소와 같은 비극성 분석물질의 분석에 유용하게 사용될 수 있다. PSI MS에서 가장 일반적인 페이퍼 재료들은 필터 또는 크로마토그래피 페이퍼들인데, 이들의 우수한 젖음 특성과 낮은 화학적 백그라운드로 인해 많이 사용된다. 특별한 용도에서, 선택적인 페이퍼 재료들 또는 화학적으로 개질된 페이퍼 베이스들이 종래 PSI 기재에 비해 독특한 장점들을 나타냈다. 예를 들어, PSI MS를 이용하여 Dried blood spot(DBS)의 분석에서, 종래 크로마토그래피 페이퍼에 비해 실리카-코팅된 페이퍼가 우수한 샘플 복원력과 민감도를 나타냈다. 프린팅 페이퍼는 액체 상태의 혈액 샘플로부터 니코틴 대사산물 분석에 유리하다. 카본 나노튜브로 코팅된 페이퍼를 이용한 PSI MS는 실제적으로 낮은 전압(∼3 V)을 가지는 심플한 유기 분자들로부터 시그널을 생성한다. 또한, 카본나노튜브(CNT)-페이퍼를 기초로 한 PSI MS는 겔 조각(piece)에 갇힌(entrap) 손상되지 않은 단백질을 직접 추출하고 검출할 수 있다.

이러한 PSI MS는 다양한 분야에서 적용되어 왔으며, 가장 활발한 응용분야는 dried blood spot(DBS)의 정성 및 정량 약물 분석이다. 다른 응용분야들로는 혈액 오염도, 약초 제품, 무기 재료, 비공유 단백질 복합체, 볼펜 잉크, 및 구충제 분석 등이 있다.

최근에는, 미세 액적(microdroplet)-생성 유체공학과 결합된 PSI MS 방법을 이용하여 세포 배양 화학을 모니터링하거나, 단백질-단백질 작용을 정량화하는 데 이용되고 있다.

Y. Ren, H. Wang, J. Liu, Z. Zhang, M. McLuckey andZ. Ouyang, Chromatographia, 2013, 76, 1339-346. Z. Zhang, W. Xu, N. E. Manicke, R. G. Cooks andZ. Ouyang, Anal. Chem., 2011, 84, 931-38.

본 발명의 목적은 페이퍼 스프레이 이온화 방법에서 사용될 수 있는 개량된 구조를 가지는 페이퍼 콘 팁을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 개량된 구조의 페이퍼 콘 팁을 이용하여 다양한 고체 물질에서 우수한 추출 효과를 나타내는 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 페이퍼 콘 팁은 꼭지각(vertex angle)이 12.5 ~ 45°인 삼각형-피라미드-형태를 가지는 것을 그 특징으로 한다.

상기 페이퍼 콘 팁은 원형의-부채꼴-형태의 페이퍼를 4등분으로 접어서 제조되는 것이 바람직하다.

상기 페이퍼 콘 팁의 부피는 19.5 ~ 303㎕인 것일 수 있다.

상기 페이퍼는 유산지(weighing paper)가 바람직하다.

상기 페이퍼 콘 팁은 투명(transparency)한 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 페이퍼 콘 팁을 이용한 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석 방법은 삼각형-피라미드-형태의 페이퍼 콘 팁을 제조하는 단계, 상기 페이퍼 콘 팁에 측정 샘플을 채우고, 질량 분석기의 앞면에 위치시키는 단계, 및 상기 페이퍼 콘 팁에 분무 용매(spraying solvent)를 첨가하고, 전압을 가하는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

상기 분무 용매는 알코올계 용매가 바람직하게 이용될 수 있다.

상기 페이퍼 콘 팁은 샘플 컨테이너, 추출 챔버, 추출된 분석물질의 이동 채널, 및 전기스프레이 팁으로 작용하는 것일 수 있다.

상기 측정 샘플은 파우더 형태의 약물, 및 식재료를 포함하는 다양한 고체 물질의 추출에 이용하는 것일 수 있다.

상기 전압은 ±3~4 kV의 고전압을 가하는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 원재료의 고체 샘플을 직접 질량 분석할 수 있는 페이퍼 콘 스프레이 이온화(PCSI) 질량 분석법에 사용되는 삼각형의-피라미드-형태로 개량된 페이퍼 콘 팁을 제조하였다.

본 발명에 따른 3차원의 개량된 페이퍼 콘 팁은 샘플 콘테이너, 고체-액체 추출 챔버, 분석물질 이동 채널, 및 전기스프레이 팁(tip)으로 작용하는 효과를 가진다.

따라서, 이러한 페이퍼 콘 팁을 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량 분석법(PCSI MS)에 이용하여 파우더 형태의 정제뿐만 아니라, 가공이나 전처리 되지 않은 푸드 재료를 포함하는 다양한 고체 물질로부터 주요 화학적 핑거프린트를 빠르게 생성할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 페이퍼 콘 팁 제조 과정과, 이를 이용하여 PCSI MS 측정 과정을 도식화한 것이며,
도 2는 (a)는 유산지(웨잉 페이퍼) 콘 팁과, (b)는 필터 페이퍼 콘 팁을 이용하여 5.0mg의 갈은 쇠고기 샘플로부터 측정된 m/z798.8에서 [PC 34:1 + Na]⁺ 이온의 추출된 이온 크로노그램이며,
도 3은 다양한 파우더 형태의 정제의 PCSI MS 결과로서, (a) Diazepam(an anxiolytic), (b) Stilnox (a hypnotic drug), (c) Zantac 75 (an antacid), (d)Claritin (an antihistamine), (e) Norvasc (a calcium channel blocker), 및 (f) Crestor (a cholesterol-lowering drug)이며, 이들의 활성 성분의 화학 구조를 같이 나타내었으며,
도 4는 상기 도 3에서 측정된 주요 활성 성분들의 Tandem mass spectra 결과를 나타낸 것이며,
도 5는 파우더 형태의 소화 약물의 PCSI MS 결과를 나타낸 것이며,
도 6은 PCSI MS에 의한 파우더 형태의 Stilnox 정제 1.0mg으로부터 반복 추출하여 측정된 [zolpidem + H]⁺ 이온에 대한 이온 크로노그램을 나타낸 것이고,
도 7은 다양한 고체 샘플들의 PCSI MS 측정 결과로서, (a) 1.0 mg 녹차 잎, (b) 1.0 mg 분유, 및 (c) 5.0 mg 갈은 쇠고기이다. 분무 용매는 a, b, 및 c-i)는 메탄올이고, c-ii)는 에탄올, c-iii)는 이소프로판올이며, c-iv)는 5 mM 암모늄 아세테이트(NH₄OAc)를 포함하는 에탄올이다.
다음 도 8은 m/z783에서 [PC 34:1 + Na]⁺ 이온 및 m/z 882에서의 [TAG 52:2 + Na]⁺ 이온의 대표적인 tandem mass spectra를 나타낸 것이다.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 발명은페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석 방법에서 페이퍼 베이스로 사용되는 개량된 구조의 페이퍼 콘 팁과 이를 이용한 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 페이퍼 팁(paper tip)의 형태를 평평한 삼각형에서 3차원 콘(cone) 모양으로 변경함으로써 원재료의 직접 분석이 가능하도록 하여 PSI MS의 응용가능성으로 확대할 수 있게 된 것이다.

본 발명은 "페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석" (이하 "PCSI MS"라고 함)으로 명명한 방법으로서, 상기 방법에서 사용되는 측정 샘플의 모양과 상태는 페이퍼 콘으로 맞춰질 수 있을 정도의 길이만 가지면 특별히 한정되지 않는다. 이는 페이퍼 베이스 그 자체가 추출 공정을 수반하지 않기 때문이다. 대신에, PCSI MS에서본 발명에 따른 반투과 페이퍼 콘 팁은 샘플 컨테이너, 추출 챔버, 추출된 분석물질의 이동 채널, 및 전기스프레이 팁으로 작용한다.

본 발명에 따른 페이퍼 콘 팁은 꼭지각(vertex angle)이 12.5 ~ 45°인 삼각형-피라미드-형태를 가지는 것을 그 특징으로 하며, 상기 꼭지각은 추출하고자 하는 샘플 종류에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 상기 꼭지각 범위가 12.5°보다 적은 경우 로딩되는 샘플 부피 또한 감소하여, PCSI MS에 있어서는 바람직하지 못하다.

상기 페이퍼 콘 팁은 원형의-부채꼴-형태의 페이퍼를 4등분으로 접어서 제조되는 것이 바람직하다. 상기 원형의-부채꼴-형태의 페이퍼는 그 반경이 1~2cm인 사분면인 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이렇게 제조된 본 발명의 페이퍼 콘 팁은 19.5 ~ 303 ㎕ 범위의 부피로 채워질 수 있다.

또한, 본 발명에서는 다양한 페이퍼 후보군들을 이용하여 실험한 결과, 이러한 특징에 가장 부합하는 페이퍼는 유산지(weighing paper)인 것으로 나타났다.

또한, 본 발명에 따른 페이퍼 콘 팁인 상기 유산지는 투명(transparency)한 특징을 가지기 때문에, 추출하고자 하는 고체 샘플 물질이 페이퍼 콘 팁으로 얼마나 잘 로딩되었는지를 모니터링 할 수 있어 바람직하다.

본 발명의 초기에는 페이퍼를 위로 감아 올려 원형의-콘-모양의 페이퍼 팁을 제조하였다. 그러나, 이러한 팁을 가지는 경우, 감아 올린 원형의 콘 팁이 쉽게 다시 풀리기 때문에 샘플과 용매를 가한 다음 스프레이 이온화가 안정하지 못하고, 샘플들이 MS 분석하는 동안 누출되는 문제가 있을 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 삼각형의-피라미드-형태의 페이퍼 콘 팁은 이러한 문제들을 유발하지 않는다. 또한, 더 좁거나 또는 더 큰 꼭지각을 가지는 피라미드 형태의 페이퍼 팁을 제조할 수 있으며, 이러한 형태적 변화는 이온화 효과에 의해 영향을 받을 수 있다.

예를 들어, 종래 PSI와 비슷하게, 좁은 꼭지각(예를 들어 15°)를 가지는 페이퍼 콘 팁은 더 낮은 개시 전압이 필요하다. 그러나, 꼭지각이 감소함에 따라 샘플 로딩 부피(loading volume) 또한 감소하는 제한점이 있다. 또한, 페이퍼 콘 팁의 형태 연구는 샘플 로딩 용량, 이온화 효과, 및 PCSI MS의 민감도를 최적화시킬 필요가 있다.

PSI MS의 이전 연구들에 따르면, 젖음성(wettability), 기공도, 및 표면 소수성과 같은 페이퍼 기재의 특성들이 실험에서 가장 중요한 조건들이다. 따라서, 본 발명에서는 PCSI MS 에서 사용되는 필터 페이퍼, 크로마토그래피 페이퍼, 프린팅 페이퍼, 및 유산지(웨잉 페이퍼)를 포함하는 다양한 형태의 페이퍼들을 가지고 실험하였다. 이러한 실험된 페이퍼 재료들 중에서, 본 발명에서는 PCSI MS에서 가장 우수한 기재로서 웨잉 페이퍼라는 사실을 발견하였는데, 그 이유는 다음과 같다:

첫째, 웨잉 페이퍼 콘은 다른 페이퍼 재료들에 비해 더 긴 시간 동안 분사 용매를 저장할 수 있는데, 이는 이의 낮은 용매 투과도 때문이다. 이러한 긴 보유 시간은 분사 용매와 고형의 원재료 샘플 간의 고체-액체 추출에 효과적이다. 필터 또는 크로마토그래피 페이퍼가 페이퍼 콘 기재로 사용되는 경우, 용매가 페이퍼 콘으로 빠르게 침투하여 로딩된 고체 샘플과 작용하는 시간이 거의 걸리지 않는다. (도 2 참조).

도 2는 웨잉 페이퍼 콘 팁(a)과, 필터 페이퍼 콘 팁(b)을 이용하여 5.0mg의 갈은 쇠고기 샘플로부터 측정된 m/z798.8에서 [PC 34:1 + Na]⁺이온의 추출된 이온 크로노그램을 나타낸 것이다. 이때 사용된 분사 용매는 50㎕ 에탄올이다. 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 웨잉페이퍼 콘 팁을 이용한 경우에서 더 안정적이고 높은 분석 시그널들이 더 긴 시간 동안 관찰되는 것을 알 수 있었다. 결과적으로, 웨잉 페이퍼를 사용한 [PC 34:1 + K]⁺의 토탈 이온 카운트(크로노그램의 면적)는 필터 페이퍼를 사용했을 때보다 10배 이상 높게 나타났다.

둘째, 웨잉 페이퍼는 다른 페이퍼 기재들에 비해 접힌 모양을 더 잘 유지할 수 있기 때문에 고체 샘플과 분사 용매를 첨가한 후에도 페이퍼 콘 팁의 형태의 변형을 최소화시킬 수 있다.

셋째, 웨잉 페이퍼가 가지는 투명도(transparency)는 다음 도 1(b)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 샘플이 얼마나 잘 페이퍼 콘 팁으로 로딩되었는지를 모니터링할 수 있다.

넷째, 크로마토그래피 또는 필터 페이퍼와 같이, 웨잉 페이퍼는 실험된 분사 용매들에서 실제적인 화학적 배경이 없다.

마지막으로, 웨잉 페이퍼는 매우 저렴하고, 쉽게 접근할 수 있는 재료이다.

본 발명에 따른 PCSI MS에 따른 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

첫째, 원형의-부채골-형태의 페이퍼(4분면의 반경이 1.5cm임)를 접어서 꼭지각(vertex angle)이 22.5°인 삼각형-피라미드-형태의 페이퍼 콘 팁을 제조한다. (도 1(a) 참조) 제조된 페이퍼 콘 팁의 부피는 약 77 ㎕이다.

둘째, 상기 페이퍼 콘 팁에 1 내지 5mg의 고체 샘플을 부분적으로 채운 다음, MS 입구의 앞부분에 위치시킨다.(도 1(b)와 1(c) 참조)

셋째, 20 내지 50 μL의 분무 용매를 상기 팁에 첨가한 다음, 고전압(±3~4 kV)을 가한다.

본 발명에 따라 제조된 상기 페이퍼 콘 팁은 샘플 컨테이너, 추출 챔버, 추출된 분석물질의 이동 채널, 및 전기스프레이 팁으로 작용하는 것일 수 있다.

상기 분무 용매는 알코올계 용매가 바람직하게 이용될 수 있다. 이러한 알코올계 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 분무 용매는 특정 성분의 추출효율을 높이기 위해 상기 알코올계 용매에 암모늄 아세테이트(NH4OAc)와 같은 염을 일부 첨가하는 것도 바람직하다.

또한, 선택적으로, 고체 샘플과 분사 용매를 슬러리 형태로 혼합하여 페이퍼 콘으로 도입시킬 수도 있다.

상기 전압은 ±3~4 kV의 고전압을 가하는 것일 수 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명하다.

실시예 1

본 발명에서 사용된 다양한 파우더 형태의 약물 정제는 다음 표 1에서 정리한 것과 같다. 홍두깨살을 갈은 쇠고기, 분유, 및 녹차잎은 시판되는 제품을 사용하였다. 두께 0.02 mm, 무게 20g/m2 (Cat. No. KA22-13) 인 낮은-니트로젠 양피지 유산지(웨잉 페이퍼)를 한국 에이스 과학으로부터 구입하였다. Grade 1, grade 2, 및 유리 미세섬유 필터 페이퍼, 및 Grade 31 ET크로마토그래피 페이퍼를 Whatman (Maidstone, England)로부터 구입하여 사용하였다.

메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 헥산을 포함한 다양한 용매들을 Fisherscientific (Fairlawn, NJ, USA)으로 구입하였다.

2)페이퍼 콘 스프레이 팁 및 샘플 제조

원형-섹터-모양의 페이퍼 (반경 1.5cm인 사분면)를 접어서 삼각형-피라미드-형태의 페이퍼 콘 팁을 만들었다. 제조된 페이퍼 콘 팁의 부피는 약 77㎕였다. 약물 정제의 분석을 위해, 정제를 먼저 막자 사발을 이용하여 분쇄시킨 파우더(1.0 to 5.0 mg)을 페이퍼 콘 팁에 로딩시켰다. 다른 고체 샘플들 (갈은 쇠고기,녹차 잎, 및 분유)를 다른 전처리 없이 상기 페이퍼 콘 팁에 직접 첨가하였다.

실험예 : PCSI MS 분석

PCSI MS 분석을 위해, 소정의 고체 샘플이 포함된 페이퍼 콘 팁을 고전압 서플라이를 연결한 악어 클립(alligator clip)으로 고정시켜 MS 입구의 앞쪽에 위치시켰다. [도 1(b)]. 페이퍼 콘 팁을 mass 입구로부터 약 5mm정도 떨어진 수평 각 30°에 위치시켰다. 페이퍼 콘 팁을 위치시킨 후, 20 내지 50㎕의 분무 용매를 상기 페이퍼 콘 팁에 가하였다. 상기 페이퍼 콘 팁에 고전압을 30초 또는 60초간 가한 후, 분무 용매를 가하였다. 질량 분석은 ThermoFinnigan LCQ Deca XP MAX quadrupole ion trap mass spectrometer (ThermoScientific Inc., San Jose, CA, USA)를 이용하였다. PCSI MS에 사용된 전압은 ±3 ~ 4 kV였다. 모세관 전압과 온도는 각각 35 V와 250℃였다.

다음 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 테스트된 모든 정제 약물들로부터 주요 활성 성분들이 낮은 화학적 백그라운드를 가지는 것으로 명확하게 관찰되었다. (주요 활성 성분의 tandem 질량 분석 스펙트럼을 나타낸 다음 도 4 참조)

페이퍼 콘에 로딩되는 파우더 형태의 정제 샘플이 1mg일 때, 활성 성분의 함량 범위는 12 내지 490㎍인 것을 알 수 있는데, 이는 통상 주요 성분들이 총 정제 질량의 1.2 내지 49%를 구성하기 때문이다. (표 1 참조) 파우더 형태의 정제 분석을 위하여 올바른 분사 용매를 찾기 위하여, 본 발명의 초기에 이전 연구에서 열거된 모든 PSI 상용성 용매들을 실험하였다. 이러한 연구를 통하여, 본 발명에서는 모든 알코올계 분사 용매들이 실험된 대부분의 정제들에서 바람직하다는 것을 알게 되었다. 실험된 알코올계 용매 중에서도, 에탄올이 신호 안정성, 백그라운드 레벨, 및 민감도와 같은 면에서 가장 우수한 성능을 나타냈다.

그러나, 폴리디메틸실록산(PDMS, 디메티콘이라고도 부름)을 함유한 소화 약물의 분석은 제외한다. (다음 도 5 참조)

이 경우, 헥산이 파우더 형태의 정제로부터 PDMS를 추출하고 측정하는 데 가장 우수하게 작용하였다. 또한, 샘플의 부분적인 젖음(wetting)이 발생될 수 있기 때문에 10mg 이상의 파우더 형태의 샘플을 페이퍼 콘으로 로딩해야 하는 것은 아니다. 이러한 결과들로부터 PCSI MS는 파우더 형태의 샘플을 측정하기 전에 용해시킬 필요 없이 간단한 과정으로 고체 상태의 파우더 샘플을 직접 분석하는데 아주 적합한 방법임을 알 수 있다. 따라서, PCSI MS는 파우더 형태 또는 으깨진 정제(crushed pills)의 빠른 분석과, 알려지지 않은 파우더의 법적인(forensic) 분석에 유용한 방법이다.

PCSI MS의 추출 및 이온화 과정을 이해하기 위해서, 본 발명에서는 동일한 파우더 형태의 Stilnox 정제 샘플(1.0 mg)로부터 zolpidem의 연속 추출 및 분석을 수행하였다.

다음 도 6은 zolpidem에 수소 이온이 붙은(protonated) 이온의 추출된 이온 크로노그램(chronogram)을 나타낸 것이다. 첫 번째 추출 및 분석에서는, 비교적 낮은 시그널이 시작지점에서 화살표로 표시된 것과 같이 관찰되었다. 그 다음, 이온 시그널이 첫 용출(elution)의 중간지점부터 증가하면서 유지되는 것을 알 수 있다. 이러한 현상은 고체-액체 추출 과정에서 고체 샘플의 젖음(wetting)을 위해서는 특정 시간에서의 함량이 필요한 것으로 예상할 수 있다. PCSI의 시작 지점에서 분석물질의 낮은 강도(intensity)의 프로파일은 높은 전압을 가하기 전 30 내지 60s 동안 고체 샘플과 상호 작용하도록 분사되는 용매로 간단히 제거될 수 있다.

높은 전압을 가하지 않고 알코올계 분사 용매를 유산지(웨잉 페이퍼) 콘 팁으로 가할 때, 충분히 긴 시간 동안(>120 s) 관찰되는 중요한 용매의 손실은 없기 때문에, 이온화 전의 이러한 젖음 과정은 본 발명의 실험적인 셋업을 수행하는 데 어려운 것이 아니다. 선택적으로, 고체 샘플과 분사 용매를 슬러리 형태로 혼합하여 페이퍼 콘으로 도입시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법에서는 샘플-용매 비율을 조절하기 어렵기 때문에 샘플-샘플 시그널 재현성은 약한 편이다.

첫 추출과 검출을 진행한 다음, 두번째 내지 4번째까지의 추출 및 분석에서는 용출 시작지점에서 관찰되었던 낮은 시그널 플래토(plateau) 없이 일정한 프로파일을 나타냈다. 이러한 결과는 고체 샘플이 첫 분석에서 이미 젖었기 때문에, 잔류 용매가 고체 입자들 사이에 존재하는 것으로 보여진다. 4차 분석을 마친 다음, 분석물질의 이온 시그널은 점차 감소되었는데, 이는 여러 번의 추출 과정 후에 낮은 분석 함량만이 남아 있기 때문으로 보인다.

또한, 본 발명에서는 녹차 잎, 분유(infant formula), 및 갈은 쇠고기(ground beef )와 같은 다양한 원료 및 가공된 식재료들을 이용하여 PCSI MS 분석을 수행하였으며, 그 결과를 다음 도 7에 나타내었다.

도 7은 다양한 고체 샘플들의 PCSI MS 측정 결과로서, (a) 1.0 mg 녹차 잎, (b) 1.0 mg 분유, 및 (c) 5.0 mg 갈은 쇠고기이다. 분무 용매는 a, b, 및 c-i)는 메탄올이고, c-ii)는 에탄올, c-iii)는 이소프로판올이며, c-iv)는 5 mM 암모늄 아세테이트(NH₄OAc)를 포함하는 에탄올이다.

도 7을 참조하면, 녹차 잎 샘플의 경우, 메탄올로 얻어진 음이온 모드는 주로 플라보노이드(catechins)와, 나머지 페놀릭(phenolics), 및 설포리피드를 포함하는 프로파일을 나타냈다. (도 7(a)) 메탄올을 이용한 분유의 PCSI MS는 주로 지방의 프로파일을 생성하고 있음을 알 수 있는 반면(도 7(b)), 다른 성분들은 검출되지 않았다. 따라서, 검출 범위의 확장을 위해서는 추가로 분무 용매 조성을 최적화시킬 필요가 있다.

또한, PCSI MS는 분쇄 쇠고기 샘플로부터 직접 지질 핑거프린트를 즉시 생성하였으나 [도 7(c)], PCSI MS 로 얻어진 지질 프로파일은 분무 용매에 따라 확연히 다른 결과를 나타냈다. 메탄올은 인지질-중심의 프로파일을 생성한 반면, 에탄올과 이소프로판올은 더 뚜렷한 트리아실글리세롤(TAG) 시그널을 나타냈다.

이러한 특정 지질 핑거프린팅 예에서, 이러한 용매들의 절연 상수는 서로 명백하게 다른 반면(메탄올 32.6, 에탄올 24.5, 이소프로판올19.9), 이들의 쌍극자 모멘트는 매우 비슷하기 때문에(1.6 과 1.7 내에 있음). 용매의 절연 상수는 지질의 추출과 이온화 효율에서 중요하게 작용할 것이다. 또한, 감소된 스펙트럼의 복잡성을 가지는 선택적인 지질 핑거프링팅은 분무 용매에 적절한 염 첨가제로 첨가됨으로써 수행될 수 있을 것이다.

다음 도 7(c-iv)에서 볼수 있는 바와 같이, 깨끗한 TAG 프로파일을 암모늄 아세테이트 염을 첨가한 쇠고기 샘플로부터 직접적으로 선택적으로 얻을 수 있었으며, 상기 염은 전기분사 이온화 MS 에 의해 TAG 측정을 위한 효과적인 염 첨가제가 되는 것으로 알려져 있다. 이러한 결과들은 PCSI MS는 대사산물의 핑거프린팅 플랫폼으로 제공될 수 있는 간단하고 빠른 방법 중의 하나일 수 있다. 또한, PCSI MS는 특정 고체-액체 추출 프로세스의 효능을 평하고 실시간으로 모니터링할 수 있는 도구로 사용될 수 있다.

다음 도 8은 m/z783에서 [PC 34:1 + Na]⁺ 이온 및 m/z 882에서의 [TAG 52:2 + Na]⁺ 이온의 대표적인 tandem mass spectra를 나타낸 것이다.

Claims

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원형의-부채꼴-형태의 웨잉 페이퍼(weighing paper)를 접어서 꼭지각(vertex angle)이 22.5°인 삼각-피라미드-형태의 페이퍼 콘 팁을 제조하는 단계;
상기 페이퍼 콘 팁에 파우더 또는 파편/조각 형태의 약물 및 식재료를 포함하는 측정 고체 샘플을 1 내지 5 mg 채우고, 질량 분석기의 앞면에 위치시키는 단계; 및
상기 고체 샘플이 포함된 페이퍼 콘 팁에 에탄올을 함유하는 분무 용매(spraying solvent)를 20 내지 50μL 첨가하고, 30 내지 60초 후에 3 내지 4kV의 전압을 가하는 단계;를 포함하는 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석 방법.
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원형의-부채꼴-형태의 웨잉 페이퍼(weighing paper)를 접어서 꼭지각(vertex angle)이 22.5°인 삼각형-피라미드-형태의 페이퍼 콘 팁을 제조하는 단계,
상기 페이퍼 콘 팁에 측정 샘플인 파우더 또는 파편/조각 형태의 약물, 및 식재료를 포함하는 고체 샘플을 1 내지 5mg 채우고, 질량 분석기의 앞면에 위치시키는 단계,
상기 고체 샘플이 포함된 페이퍼 콘 팁에 헥산을 함유하는 분무 용매(spraying solvent)를 20 내지 50μL 첨가하고, 30 내지 60초 후에 3 내지 4kV의 전압을 가하는 단계를 포함하여 샘플 내의 PDMS를 측정하는 페이퍼 콘 스프레이 이온화 질량분석 방법.
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