KR100885654B1 - 유기체 및 천연물의 상태를 평가하고, 주성분 및 제 2성분을 함유하는 기체 혼합물을 분석하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 물질이 기체 혼합물에서 측정되고, 그 측정은 시험 분자가 이온빔 이온의 내부 에너지의 도움으로 이온화되는 방식으로 이온빔이 고진공에서 기체 혼합물 샘플에 작용하는 질량분석계에 의해 수행되며, 상태를 평가하기 위해 측정시 수득된 값을 평가하는 것을 특징으로 하여 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 시험 분자가 이온빔 이온의 내부 에너지의 도움으로 이온화되는 방식으로 이온빔이 고진공에서 기체 혼합물 샘플에 작용하는 질량분석계에 의해 적어도 하나의 주성분이 0.1 부피% 이상의 농도 범위에서 측정되고, 적어도 하나의 제 2 성분이 0.1 부피% 이하의 농도 범위에서 측정되는 것을 특징으로 하여 하나 이상의 주성분 및 하나 이상의 제 2 성분을 가진 기체 혼합물을 분석하는 방법, 및 분자빔이 중간 진공에서 분석중인 기체 혼합물 샘플로부터 생성되고, 이어 제 2 분자빔이 고진공에서 모세관에서의 압력 구배 수단에 의해 상기 빔으로부터 생성되며, 제 2 분자빔의 시험 분자가 이온화되고, 중간 진공의 압력이 일정하게 유지되는 기체 전달 시스템을 구비한 질량분석계를 포함하는 기체 혼합물의 분석장치에 관한 것이다.

Description

유기체 및 천연물의 상태를 평가하고, 주성분 및 제 2 성분을 함유하는 기체 혼합물을 분석하기 위한 방법 및 장치{Method and device for evaluating the state of organisms and natural products and for analysing a gaseous mixture comprising main constituents and secondary constituents}

본 발명은 주위 대기로 물질을 방출하는 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법(여기서, 하나 이상의 물질은 기체 혼합물에서 검출된다), 주성분 및 제 2 성분을 가진 기체 혼합물을 분석하는 방법 및 기체 전달 시스템을 구비한 질량분석계를 포함하며 상기 방법들을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

유기체 및 천연물의 상태를 평가하기 위해 주로 침략적인 방법이 사용된다, 즉 샘플을 검사할 대상으로부터 채취하여 실험실에서 분석한다. 예를 들어, 임상상(clinical picture) 및 대사장애는 주로 혈액, 소변 또는 대변의 검사에 의하여 인체에 대한 현대 의학 진단법으로 확인된다. 이 방법들은 첫째로 샘플링이 시험할 대상에 직접 작용한다는 단점을 가진다. 두 번째로, 이 방법들은 때때로 전문의에 의한 대상 혈액의 수집과 정교한 샘플링을 필요로 한다. 또한, 샘플 그 자체의 분석은 숙련가에 의해서만 행해질 수 있으며, 대부분 많은 시간의 소비를 필 요로 한다.

또한, 질량분석계를 사용하여 위 헬리코박터 파이로리(Helicobacter pylori) 감염을 측정하는데 인간 호기의 ¹³C 분석과 같은 방법이 알려져 있다. 이 방법은 특정 성분을 측정하기 위해 매우 특별하게 설치되며, 단지 좁은 농도 범위내에서 이 성분을 측정할 수 있다는 단점을 가진다. 또한, 샘플링후 기체 혼합물, 또는 전처리된(예, 농축된) 샘플의 분석에 앞서 시험 대상은 유발제(provocative agent)를 복용해야 한다.

기체 혼합물 분석의 분야에 있어서, 질량분석계, 예를 들어 가스 크로마토그래피 및 질량분석계(GC/MS)의 결합장치를 사용하는 다양한 방법이 알려져 있다. 이러한 방법은 서로 다른 농도 범위에서 기체 혼합물의 몇몇 성분을 측정하는데 매우 많은 시간을 필요로 하며 비용집약적이라는 단점을 가진다.

따라서, 본 발명의 과제는 공지된 선행 방법의 단점을 회피하고, 주위 대기로 물질을 방출하는 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 과제는 기체 혼합물의 주성분 및 제 2 성분을 신속하게 측정할 수 있는 기체 혼합물의 분석방법을 제공한다.

본 발명의 추가의 과제는 상술한 방법을 수행하기에 적합하고, 성분들이 넓은 농도 범위로 존재하는 기체 혼합물 샘플을 신속하게 분석할 수 있는 기체 혼합물의 분석장치를 제공한다.

본 발명은 상술한 과제가 시험 분자가 이온빔 이온의 내부 에너지의 도움으로 이온화되는 방식으로 이온빔이 고진공에서 분석중인 기체 혼합물 샘플에 작용하는 질량분석계의 도움으로 해결될 수 있다는 연구 결과를 기초로 한다.

따라서, 본 발명은 주위 대기로 물질을 방출하는 유기체 및 천연물의 상태를 평가하기 위한 제 1의 방법을 제공하며, 여기서 하나 이상의 물질은 기체 혼합물의 성분으로서 측정되고, 그 측정은 시험 분자가 이온빔 이온의 내부 에너지의 도움으로 이온화되는 방식으로 이온빔이 고진공에서 기체 혼합물 샘플에 작용하는 질량분석계에 의해 수행되며, 상태를 측정하기 위해 측정시 수득된 값을 평가한다.

본 발명의 방법은 살아있거나 죽은 유기체 및 그의 일부, 및 모든 종류의 천연물의 상태를 평가하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 천연물은 과일, 야채, 고기, 우유 등과 같은 천연물, 와인, 맥주, 치즈, 식용 오일 등과 같이 천연 생산법에 의해 수득된 제품, 및 커피 빈, 스모크 햄 등과 같이 천연물을 처리하여 수득된 제품을 말한다.

본 발명에 따른 기체 혼합물은 실온에서 기체 상태인 주성분 뿐만 아니라 주성분에 의해 형성되어 기체상으로 존재하는 추가의 성분을 함유하는 물질의 혼합물을 말한다.

시험 분자가 이온빔 이온의 내부 에너지의 도움으로 이온화되는 방식으로 이온빔이 고진공에서 기체 혼합물에 작용하는 질량분석계가 예를 들어 EP 0 290 711, EP 0 290 712 및 DE 196 28 093에 공지되어 있다.

본 발명의 방법은 샘플이 검사할 유기체 또는 천연물로부터 인위적으로 채취 될 필요가 없고, 이로써 유기체 및 천연물을 전혀 손상시키기 않는다는 이점을 가진다. 즉, 본 방법은 비침입적인 방법이다. 본 방법의 추가의 이점은 샘플 분석방법이 단지 수 분내의 짧은 시간을 필요로 한다는 것이다. 또한, 본 방법은 분석중인 기체 혼합물의 몇몇 성분을 측정하는 경우, 성분의 측정시 개개의 측정된 성분들의 분석을 방해하는 방해물이 실질적으로 수득되지 않는다는 이점을 제공한다.

바람직한 구체예에서, 본 방법은 인간 및 동물의 상태를 평가하는데 사용된다. 샘플링은 숙련가, 예를 들어 인간의 경우 의사에 의해 이루어져야 하기 때문에, 검사할 대상으로부터 샘플, 예를 들어 혈액 샘플을 채취할 필요가 없다는 이점은 특히 여기서 유효하다. 또한, 이러한 샘플링은 인간 및 동물에게 불쾌감을 준다. 반대로, 비침입적인 방법인 본 방법은 샘플링이 첫째로 불쾌감을 주지 않으며 두 번째로 비숙련가 또는 시험 대상 그 자신에 의해 이루어질 수 있다는 이점을 제공한다.

추가의 바람직한 구체예에서, 본 방법에서는 인간 호기가 기체 혼합물로서 사용된다. 이는 샘플링이 첫째로 매우 간단하게 이루어질 수 있고, 두 번째로 호기내 수득된 물질에 의해 다수의 임상상 및 대사과정에 관하여 시험 대상의 상태를 평가할 수 있다는 이점을 제공한다.

더욱 바람직하게도, 분석중인 기체 혼합물은 주성분 및 제 2 성분을 포함하며, 주성분의 농도는 제 2 성분의 농도보다 적어도 10, 바람직하게는 50, 더욱 바람직하게는 100 인자(factor) 정도 낮다.

본 발명의 더욱 바람직한 구체예에서, 분석중인 기체 혼합물은 주성분 및 제 2 성분을 포함하며, 주성분중 적어도 하나는 0.1 부피% 이상, 바람직하게는 1 부피% 이상인 농도 범위에서 측정되고, 적어도 하나의 제 2 성분은 0.1 부피% 이하, 바람직하게는 0.03 부피% 이하의 농도 범위에서 측정된다.

더욱 바람직하게도, 질량분석계에 의해 수득된 데이터를 평가하기 위해 적어도 하나의 주성분 및 적어도 하나의 제 2 성분 사이에 상호관계가 성립된다. 이것은 예를 들어 하나 이상의 주성분의 측정에 대하여 하나 이상의 제 2 성분의 측정을 보정함으로써(calibrating) 이루어질 수 있다.

본 발명의 추가의 바람직한 구체예에서, 기체 혼합물 샘플은 전처리없이 질량분석계에 공급된다. 이것은 첫째로 샘플을 측정하는데 필요한 시간을 최소화하며 두 번째로 샘플의 농축과 같은 전처리 단계에 기인하는 추가의 비용을 생략하는 이점을 제공한다.

더욱 바람직하게도, 서로 다른 분자 구조를 가진 기체 혼합물의 둘 이상의 물질은 본 발명의 방법에서 단일 측정에 의해 측정된다.

추가의 바람직한 구체예에서, 기체 혼합물에 함유된 하나 이상의 물질의 농도는 본 발명의 방법에서 정량적으로 측정된다. 본 발명의 방법은 시험 분자가 이온빔 이온의 내부 에너지의 도움으로 이온화되는 방식으로 이온빔이 고진공에서 기체 혼합물 샘플에 작용하는 질량분석계에 의한 측정을 포함하므로, 정량 검출이 동일한 방식으로 이루어질 수 있도록 측정된 물질의 양이 검출 신호에 직선적으로 비례한다. 정량 측정은 또한 유기체 또는 천연물의 상태에 대하여 적용될 수 있 는 추가의 설명을 허용하는 이점을 제공한다. 특히, 다중 측정이 연속적으로 취해질 경우, 물질의 농도 변화 및 유기체 또는 천연물의 상태 변화를 확인할 수 있다.

더욱 바람직하게도, 주성분중 적어도 하나의 농도 및 제 2 성분중 적어도 하나, 바람직하게는 그 이상이 정량적으로 측정된다. 바람직하게도, 본 바람직한 구체예에서 질량분석계 데이터의 평가시, 측정된 제 2 성분(들)의 농도는 측정된 주성분중 하나 이상의 농도의 도움으로 보정된다.

본 방법의 추가의 바람직한 구체예에서, 본 발명의 방법은 실온에서 적어도 10^-3 밀리바아(millibar)의 증기압을 갖는 물질만을 측정하는데 사용된다. 더욱 바람직하게도, 10^-3 밀리바아 이상의 증기압을 가진 기체 혼합물의 모든 성분이 측정된다.

본 발명의 추가의 바람직한 구체예에서, 분석중인 기체 혼합물의 주성분은 실질적으로 대기의 주성분과 동일하다. 더욱 바람직하게도, 분석중인 기체 혼합물중 주성분의 농도는 또한 실질적으로 대기의 주성분 또는 인간 호기의 주성분과 동일하다.

본 발명의 추가의 바람직한 구체예에서, 질량분석계에서 검출시, 500 이하, 바람직하게는 200 이하의 분자량을 가진 분석중인 기체 혼합물의 모든 성분은 정량적으로 검출된다.

본 발명의 추가의 바람직한 구체예에서, 고진공에서 시험 분자에 작용하는 이온빔은 원자 이온빔을 포함한다.

더욱 바람직하게도, 이온빔은 기저 전자 상태 및/또는 선택적으로 여기된 준안정 상태의 이온을 포함한다.

본 발명의 추가의 바람직한 구체예에서, 고진공에서 시험 분자에 작용하는 이온빔은 서로 다른 이온화 전위를 가진 적어도 두 개의 이온빔을 포함한다.

본 발명의 추가의 바람직한 구체예에서, 고진공에서 시험 분자에 작용하는 이온빔은 수은 이온빔을 포함한다.

본 발명의 추가의 바람직한 구체예에서, 고진공에서 시험 분자에 작용하는 이온빔은 수은 이온빔 및 추가로 크립톤 이온빔 및/또는 크세논 이온빔을 포함한다.

더욱 바람직하게도, 서로 다른 이온빔은 고진공에서 연속적으로 시험 분자에 작용한다.

바람직하게도, 본 방법은 17 eV(전자볼트) 미만의 이온화 전위를 가진 물질을 측정하는데 사용된다.

또한, 본 발명은 하나 이상의 주성분 및 하나 이상의 제 2 성분을 가진 기체 혼합물을 분석하는 제 2의 방법을 제공하며, 여기서 시험 분자가 이온빔 이온의 내부 에너지의 도움으로 이온화되는 방식으로 이온빔이 고진공에서 기체 혼합물 샘플에 작용하는 질량분석계에 의해, 적어도 하나의 주성분은 0.1 부피% 이상, 바람직하게는 1 부피% 이상의 농도 범위에서 측정되고, 적어도 하나의 제 2 성분은 0.1 부피% 이하, 바람직하게는 0.03 부피% 이하의 농도에서 측정된다.

본 방법은 기체 혼합물의 주성분 및 제 2 성분의 신속하고 동시적인 측정을 가능케 하며, 기체 혼합물에 대하여 적용될 수 있는 광범위한 설명을 허용하는 이점을 제공한다.

바람직한 구체예에서, 질량분석계에 의해 수득된 데이터를 평가하기 위해 적어도 하나의 주성분 및 적어도 하나의 제 2 성분 사이에 상호관계가 성립된다. 이것은 예를 들어 데이터의 평가가 주성분의 데이터에 대하여 제 2 성분의 데이터를 표준화함으로써 이루어질 수 있다는 이점을 제공한다. 또한, 주성분의 부분 (share)은 예를 들어 부적절한 샘플이 추론되어 제거될 수 있게 한다.

본 방법의 추가의 바람직한 구체예는 또한 제 2 방법에 적용될 수 있는 제 1 방법에 대하여 기술된 것들이다.

또한, 본 발명은 분자빔이 중간 진공에서 분석중인 기체 혼합물 샘플로부터 생성되고, 그 후 제 2 분자빔이 고진공에서 모세관에서의 압력 구배 수단에 의해 상기 빔으로부터 생성되며, 제 2 분자빔의 시험 분자가 이온화되고, 중간 진공의 압력이 일정하게 유지되는 기체 전달 시스템을 구비한 질량분석계를 포함하는 기체 혼합물의 분석장치를 제공한다.

본 발명의 장치는 질량분석계의 고진공 분석기내로 통과하는 제 2 분자빔이 일정한 입자 밀도를 가진다는 이점을 제공한다. 이 방식에서, 제 2 시험 분자빔의 점도는 일정하게 유지된다. 또한, 장치는 고밀도의 제 2 시험 분자빔을 수득하며, 이로써 시험 분자빔에 이온빔을 작용시키는데 단일-충격(single impact) 조건이 동시에 우세하다. 따라서, 질량분석계의 감도는 우선 10억분의 1 이하의 범 위에서 증가될 수 있고, 그와 동시에 기체 혼합물의 성분이 부피퍼센트 범위에서 측정될 수 있다.

또한, 본 발명의 장치의 기체 전달 시스템은 기체 혼합물 샘플에 함유된 성분에 대하여 비활성이므로, 새로운 샘플을 측정하기 전에 시스템을 세정할 필요가 없다.

바람직하게도, 제 2 분자빔의 시험 분자는 이온빔 이온의 내부 에너지의 도움으로 이온화된다.

본 발명의 장치의 바람직한 구체예에서, 고진공에서 시험 분자에 작용하는 이온빔은 서로 다른 이온화 전위를 가진 적어도 두 개의 이온빔을 포함한다.

본 발명의 장치의 추가의 바람직한 구체예에서, 고진공에서 시험 분자에 작용하는 이온빔은 원자 이온빔을 포함한다.

더욱 바람직하게도, 이온빔은 기저 전자 상태 및/또는 선택적으로 여기된 준안정 상태의 이온을 포함한다.

본 발명의 장치의 추가의 바람직한 구체예에서, 고진공에서 시험 분자에 작용하는 이온빔은 수은 이온빔을 포함한다.

본 발명의 장치의 추가의 바람직한 구체예에서, 고진공에서 시험 분자에 작용하는 이온빔은 수은 이온빔 및 추가로 크립톤 이온빔 및/또는 크세논 이온빔을 포함한다.

더욱 바람직하게도, 서로 다른 이온빔은 고진공에서 연속적으로 시험 분자에 작용한다.

본 장치의 추가의 바람직한 구체예에서, 이온화된 분자빔은 팔중극 가이드 필드(octupole guide field)의 도움으로 저장된다.

더욱 바람직하게도, 중간 진공의 압력은 0.2 내지 200 밀리바아, 바람직하게는 1 내지 100 밀리바아, 더욱 바람직하게는 5 내지 50 밀리바아이다.

바람직하게도, 고진공 압력은 10^-7 밀리바아 보다 크지 않다.

중간 진공에서 분자빔은 바람직하게는 질량분석계에 공급되는 기체 혼합물(이 혼합물의 압력은 바람직하게는 500 밀리바아 이상임) 및 중간 진공 사이의 압력 구배 수단에 의해 생성된다.

본 발명의 방법은 바람직하게는 본 발명의 장치를 사용하는 것을 포함한다.

이하에, 본 발명의 일부 적용 영역이 설명될 것이다.

인간의 호기는 주성분인 질소, 산소, 물 및 CO₂ 뿐만 아니라 400 가지 이상의 휘발성 물질을 함유한다. 질소 및 산소가 함께 호기의 90% 이상을 구성하고, CO₂가 약 5%이며, 물이 37 ℃에서 40 ㎎/ℓ 이하의 농도로 존재할 수 있다. 반대로, 호흡 공기에서 대부분의 다른 휘발성 물질은 단지 제 2 성분으로서 주성분 보다 뚜렷하게 낮은 농도로 존재한다. 그러나, 특히 호흡 공기의 제 2 성분은 인간의 건강 상태 또는 인간에게서 일어나는 대사과정에 대하여 광범위한 결론을 묘사할 수 있게 한다.

예를 들어, 호흡 공기내 높은 메탄 함량은 혈류를 통해 폐 결국에는 호기로 통과하는 메탄을 소장에 생성하는 대장 박테리아에 의한 소장의 비정상적인 전이증 식에 의해 야기될 수 있다. 또, 높은 메탄가는 또한 특정 형태의 영양실조와 함께 발생할 수 있다.

당뇨병 환자의 경우, 호기는 높은 아세톤 함량을 가진다.

체내 암 세포는 호기내 알데히드 함량을 증가시킬 수 있다.

간염 환자의 경우, 호기내 에탄올 함량에 대한 프로판올 함량은 약 10 인자로 상승된다.

호기내 펜탄 농도는 체내 리파아제 활성 변화의 척도이며 병을 유발한다. 예를 들어, 높은 펜탄 농도는 심근 경색증 환자 및 호흡기관 암을 가진 환자에서 고농도의 산소 흡입으로부터의 폐손상 및 류마티스성 염증과 함께 검출된다. 호기내 펜탄 함량은 또한 정신분열증 및 다발성 경화증에 의해 증가될 수 있다. 또한, 시험 대상의 나이 및 그의 호기내 펜탄 함량사이에 직선적인 관계가 확인되었다.

정신분열증 환자의 경우, 호기내 높은 CS₂ 및 H₂S 함량이 또한 확인된다.

염증을 유발하는 박테리아 부하(bacterial load)는 호기내 높은 NO 함량을 생성한다.

호기내 NO 및 NO₂ 함량의 변화는 위장 질환과 함께 확인된다.

천식 환자의 경우, 호기내 NO 함량이 마찬가지로 상승한다.

예를 들어 신생아에 있어서 용혈성 질환의 경우, 호기내 CO 함량이 상승한다.

폐암 환자의 경우, 특정 휘발성 유기 화합물의 함량이 상승한다.

흡연자의 경우, 호기내 2,5-디메틸푸란의 함량이 상승한다.

또한, 호흡 공기 성분의 강한 변화는 구취(입과 비강인두 공간에서 국소적으로 야기된 좋지 않은 호흡) 및 입냄새(좋지 않은 호흡)와 함께 확인되는 것이다. 이들 질환의 경우, 먼저 입을 통해 내쉬고 코를 통해 내쉰 인간 호기의 비교 측정에 의해 구강, 인두 또는 비강 공간에서 국소적으로 발생하는지 또는 다른 질환이 존재하는지 확인가능하다.

증가된 지방분해로 인해 체내 지방산 공급이 증가하면 호기내 높은 케톤 함량이 검출된다. 이는 공복 또는 인슐린 부족(당뇨병)과 같은 다른 원인 때문일 수 있다.

케톤증의 경우, 높은 케톤 주쇄 농도(아세트아세테이트, R3 하이드록시부티레이트 및 아세톤)가 마찬가지로 확인된다. 이것은 카보하이드레이트 대사 실패의 결과로서 간내 글리코겐 결핍으로 기인된 것이다. 예를 들어 당뇨 혼수, 공복 상태 또는 알코올 중독과 함께 나타나는 케톤산증의 경우, 호기내 높은 프로피온산 및 부티르산 함량이 확인될 수 있다.

만성 신부전 및 요독증의 경우, 예를 들어 호기내 높은 페놀 함량이 측정될 수 있다.

CO₂ 및 H₂(대장균, Escherichia coli) 또는 H₂S(요소분해균, Proteus)와 같이 인체내 위치한 박테리아의 대사산물이 또한 호기내에 발견될 수 있다. 특히 클로 스티리디아(clostridia, 가스괴저 박테리아)에 의한 감염의 경우, 휘발성 지방산이 검출될 수 있다.

리포 단백질-함유 음식물 섭취 후에는 음식물 섭취전 보다 낮은 아세톤 및 NH₃ 함량이 확인되며, 상기 함량은 아주 천천히 다시 올라간다. 음식물 섭취 직후에는 높은 에탄올 함량이 확인될 수 있다. 이소프렌 및 메탄올의 함량은 실질적으로 변하지 않는다.

특정 당에 대한 과민증의 경우, 당 섭취후 시험 대상에서 호기내 높은 H₂ 함량이 확인될 수 있다.

피로한 경우, 높은 이소프렌 함량이 확인된다.

기분-개선(mood-improving) 약제가 사용되는 경우, 호흡 공기내에 상승된 수의 아민 화합물이 존재할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 예를 들어 특정 이동 수단의 운전을 시작하기 전에 파일럿, 기차 차장 또는 버스 운전사를 체크하는데 사용될 수 있다.

예를 들어 경기전에 최고의 운동선수가 금지약물을 복용한 경우, 호기의 조성물이 복용하지 않은 운동선수와 비교하여 마찬가지로 변한다. 즉, 경기전 금지 약물 복용에 대하여 운동선수를 또한 체크할 수 있다.

따라서, 본 발명의 방법은 인체내 모든 종류의 임상상 및 대사장애를 진단하는데 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 방법은 약물 섭취시 유기체의 대사작용을 모니터링하고, 치 료 수단을 모니터링하며(예를 들어 치유 과정을 계속 체킹하며), 또한 물질이 특정 (높은) 투여량으로 투여되는 유발검사 및 추적 물질에 대한 인체의 반응을 모니터링하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 방법은 인간 호기의 분석에 한정되지 않는다. 또한, 샘플은 예를 들어 서로 다른 성질을 가진 인간의 기체 혼합물, 예를 들어 땀, 및 소변, 혈액, 배설물 및 다른 체액의 기체상으로 채취될 수 있다.

땀을 분석하기 위해, 예를 들어 시험 대상이 면구(wad)로 약간의 땀을 취하는 샘플링이 이루어질 수 있으며, 면구상의 기체상을 분석함으로써 땀을 분석할 수 있다.

또한, 본 발명의 방법은 모든 종류의 천연물의 품질 관리에 사용될 수 있으며, 여기서 예를 들어 천연물 위에 기체상의 특정 기체 물질의 발생이 천연물의 분해를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 신선한 고기위의 기체상의 분석에서, 락트산이 먼저 확인될 수 있고, 그 후 시간이 지날수록 NH₃의 증가가 확인될 수 있고 최종적으로 S 화합물이 확인될 수 있다.

본 발명 방법의 추가적으로 생각할 수 있는 적용은 예를 들어 동물 호기의 변화된 조성을 통해 BSE로 고통받는 동물의 검출이다.

본 발명의 방법의 추가의 적용 영역은 인간 호기의 분석에 의한 진단 가능성이 개시된 문헌[B. Krotoszynski 등, J. Chromatograph. Sci. 15 (1977) 239-244]으로부터 유래한다. 이 문헌의 설명은 참고로서 본원에 속한다.

상기 적용 실시예가 나타내는 바와 같이, 유기체 또는 천연물의 상태가 통상 특정 문제, 예를 들어 특정 질환의 존재에 대하여 평가될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 특정 문제에 상응하는 중요 성분이 기체 혼합물에서 측정되는 것이 바람직하다.

따라서, 바람직하게는 적어도 2 개, 더욱 바람직하게는 적어도 3 개, 특히 바람직하게는 적어도 5 개의 중요 성분이 본 발명의 방법에서 측정된다. 더욱 바람직하게는 많아야 20 개, 특히 바람직하게는 많아야 10 개의 중요 성분이 측정된다.

이하에, 본 발명의 방법 및 장치가 더욱 바람직한 상세한 설명과 관련하여 기술될 것이다. 본 상세한 설명은 주로 인간 호기의 분석에 관한 것이다.

도 1은 본 장치의 개략도를 나타낸다.

도 2는 실시예의 측정 결과에 대한 그래프를 나타낸다.

샘플링 및 질량분석계에의 샘플의 공급은 우선 분석중인 기체 혼합물이 위치하는 기체 공간과 질량분석계 사이에 직접 연결되는 방식으로 이루어질 수 있다. 인간 호기 분석의 경우에, 이는 예를 들어 WO 99/20177에 개시된 호흡 마스크의 도움으로 이루어질 수 있다.

시험 대상이 내쉰 호흡 공기는 이 호흡 마스크를 통해 질량분석계로 직접 공급된다. 이것은 공급된 기체 혼합물의 변화에 대한 질량분석계의 응답 시간이 1000분의 1초의 범위이기 때문에, 시험 대상의 호흡 공기 성분에 대한 실시간 데이터를 수득할 수 있게 한다. 예를 들어, 쉽게 분해가능한 약물의 신속한 분해와 같이 시험 대상에 있어서 신속하게 진행하는 물질대사 변화가 즉시 관찰될 수 있다.

이 방법(실시간 방법)은 예를 들어 응급 치료에서 예를 들어 빠르게 악화되는 건강 상태를 검출하는데 사용될 수 있다. 실시간 방법의 추가의 적용은 예를 들어 유발시험후 대사과정의 실시간 모니터링일 수 있다.

또한, 호기 샘플이 먼저 적합한 용기내에 저장되어야 하므로, 시험 대상 및 질량분석계가 시간 및/또는 공간을 두고 서로 분리되는 방식으로 샘플링이 이루어질 수 있다. 20 ㎖의 바람직한 부피를 가진 유리 바이얼이 여기서 바람직하게 사용될 수 있다.

이러한 바이얼은 매우 비용효율적이라는 제 1의 이점을 가지며, 이는 일회 사용을 적합하게 한다. 또한, 이들은 다른 기체 저장 시스템에 비해 비활성이 탁월하며, 오토샘플러(autosampler)에 의해 매우 용이하게 취급될 수 있다.

샘플링은 시험 대상이 고르게 들이쉬고(바람직하게는 코를 통한 들이쉼)하고 통상의 음용 스트로우를 통해 용기 바닥의 약 1 내지 2 센티미터 위에서 바이얼내로 내쉼으로써 이루어질 수 있다. 그 후, 바이얼은 기밀 방식으로 밀폐된다. 바람직하게는 샘플링후 유리 바이얼에 견고하게 클림핑되는 크림프 캡(crimp cap에)에 의해 밀폐될 수 있다. 시험 대상이 숨을 내쉰 후 바이얼이 미처 밀폐되지 않는 수초 동안은 시험 대상이 내쉰 기체 혼합물에 대하여 조성물의 변화와 같은 약영향이 없음이 확인되었다.

크림프 캡은 바람직하게는 용기 내부, 즉 내쉰 기체 혼합물과 캡이 직접 접 촉하는 영역에서 테프론(Teflon)으로 완전히 감싸지도록 형성된다. 유리 바이얼의 개구는 그의 상부 테두리가 원뿔형상으로 바깥쪽으로 기울어진 형태를 가지도록 유리하게 디자인된다. 따라서, 크림프 캡은 바이얼의 원뿔형 외측벽에 탄력적으로 부착됨으로써 밀폐 효과를 가지는 부틸 러버의 외륜(outer ring)을 에워싸도록 형성될 수 있다. 유리 바이얼 밀폐의 이러한 바람직한 구체예는 시험 대상이 내쉰 기체 혼합물에 대하여 최대의 비활성을 보증한다.

시험 대상이 위치하는 주위 공기의 조성물 및 이 주위 공기내 임의의 오염물을 확인하기 위해, 시험 대상의 호흡 공기와 접촉하고 있지 않은 제 2 바이얼은 시험대상이 내쉰 호기로 충전된 유리 바이얼과 비슷하게 시험 대상의 주위(기준 바이얼)에서 밀폐된다.

시험 대상의 호기는 밀폐된 유리 바이얼내에서 양의 손실이 없이 수 일간 저장될 수 있다. 이는 예를 들어 샘플을 주치의로부터 분석실로 이송하는데 유용하다. 이러한 방식의 샘플링은 또한 오프라인 방법으로 언급될 수 있다. 간편하기 때문에 비숙련가에 의해서도 이루어질 수 있다는 이점을 가진다.

천연물의 상태를 측정함에 있어서, 샘플링은 마찬가지로 오프라인 또는 온라인으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 오프라인 샘플링에서, 검사할 제품의 바로 위의 기체상과 접촉하고 있는 유리 바이얼을 얼마간 밀폐할 수 있다.

질량분석계로 샘플을 공급하기 위해, 샘플은 먼저 예를 들어 오토샘플러에 탑재된다(mounted). 이것은 예를 들어 70 개의 샘플 바이얼 및 기준 바이얼로 구성된 70 개의 샘플을 완전히 자동적으로 샘플링하도록 변형된 "Step-Four Basic 540 Milling"의 변형된 CNC 시스템일 수 있다.

질량분석계에 공급되기 전에, 샘플은 바람직하게는 실온보다 고온, 더욱 바람직하게는 65 ℃로 가열된다. 이것은 한편으로는 샘플 분석에서 재현성을 증가시키고, 다른 한편으로는 수용성 극성 화합물, 즉 내쉰 공기의 습기에 용해된 화합물을 기체상내로 보다 양호하게 통과시키는 이점을 제공한다.

기체는 오토샘플러보다 고온인 뜨거운 모세관을 통해 모세관보다 고온인 기체 전달 시스템으로 통과한다. 모세관을 통과하는 기체의 양은 약 5 ㎖/분 보다 많지 않다. 질량분석계의 기체 전달 시스템은 압력 및 점도 변동을 보상하여 샘플 입자 밀도가 질량분석계의 분석기내로 항상 주입되도록 구성된다.

이온빔이 고진공에서 시험 분자에 작용하는 질량분석계가 기체 시험 혼합물을 분석하는데 사용된다. 이러한 형태의 질량분석계는 개별적으로 검출된 질량에 대하여 정량적 농도값을 수득하기 위한 보정을 요하지 않는다. 따라서, 절대 농도가 직접 제시된다. 본 발명의 질량분석계는 또한 10^-7 부피%(백만당 부) 내지 10² 부피%의 농도 범위, 즉 10⁹ 범위에서 질량 농도의 선형 검출을 가능케 한다. 이것은 측정된 질량의 정량이 측정으로부터 직접 수득될 수 있다는 것을 의미한다.

기체 혼합물의 성분은 질량분석계에서 그의 몰질량에 따라 검출된다. 이러한 목적을 위해, 시험 기체는 고진공 챔버내로 도입되고, 이후 전자장을 통해 그의 질량에 따라서 선택되어 입자 카운터에서 계수되는 이온으로 전환된다.

고진공에서 기체 혼합물 샘플의 분자빔상에 이온빔의 작용은 바람직하게는 수은 이온빔을 포함한다. 수은 이온빔은 10.4 eV의 이온화 에너지를 가지며, 이는 측정될 화합물의 90% 이상을 이온화하기에 충분하다. 반대로, N₂ 및 O₂와 같은 호기내 주성분은 이온화되지 않지만, 호기내 함유된 제 2 성분만은 선택적으로 이온화되어 독점적으로 검출된다. 이것은 10^-7 부피% 이하의 미량으로 존재하는 성분조차 정량 측정을 가능케 한다. 또한, 수은 이온빔은 매우 소수의 화합물을 단편화시킨다.

서로 다른 분자, 예를 들어 N₂와 CO, 또는 포름알데히드와 NO, 또는 CO₂와 NO₂가 동일한 분자량을 가질 수 있기 때문에, 질량분석계는 동일한 질량을 가진 분자들을 차별화하기 위해 서로 다른 이온화 수준, 즉 적어도 2 개의 주된(primary) 이온빔을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 차별화는 각각의 분자가, 분자가 이온으로 전환되는 개별적인 이온화 에너지를 가진다는 원리를 기초로 한다.

보다 바람직하게도, 수은 이온빔은 크립톤 이온빔 및/또는 크세논 이온빔과 함께 사용된다. 서로 다른 이온빔은 측정동안 임의의 순서로 사용될 수 있다.

따라서, 13.9 eV의 에너지를 가진 크립톤 이온빔은 예를 들어 14.2 eV(N₂) 및 13.7 eV(CO)의 서로 다른 이온화 전위에 기인하여 동일한 질량을 가진 분자 N₂와 CO를 구별하는데 사용될 수 있다.

추가적인 별개의 효과는 정의된(defined) 단편 이온의 형성에 의해 수득될 수 있다. 예를 들어, 질량이 동일한 분자인 메탄올과 O₂는 질량 32의 O₂ ⁺ 이온 및 질량 31의 CH₃O⁺를 형성하는 크세논 이온빔(12.2 eV)에 의한 이온화에 의해 구별된다. 고급 탄화수소는 예를 들어 10.4 eV의 에너지를 가진 수은 이온빔에 의해 발생되므로, 10 eV 범위의 이온화 에너지를 필요로 한다.

기체 혼합물 샘플의 측정은 이온화후 분자량이 500, 바람직하게는 200 이하인 모든 질량 농도를 정량적으로 측정함으로써 이루어진다.

인간 시험 대상으로부터의 호흡 공기 샘플의 경우, 200 개의 가능한 질량의 측정시 질량분석계상에서 100 개의 질량이 검출되었다. 이것은 지금까지 이들 질량의 화합물, 이산화탄소, 일산화탄소, 물, 에탄올, 이소프렌, 메탄, 아세톤, 암모니아, 포름산, 아세트산, 아세트알데히드, 아세틸렌, 아세토니트릴, 벤젠, 메틸아민, 포름알데히드, 황화수소, 아질산, 메탄올, 산소, 프로판올, 톨루엔, 메틸 그룹, 에틸 그룹, 일산화질소, 물 부가물로서 프로톤화 물, 아세틸 그룹, 포르밀 그룹, 포름알데히드 프로톤화 물, 피리딘, 펜탄, 사이클로펜탄, 메틸 에틸 케톤, 프로피온산, 부티르산, 메틸 머캅탄, 에틸렌, 일산화이질소, 프로판 및 이산화황과 관련되었을 가능성이 있다.

이들 물질은 개별 측정 성분들 사이에 방해없이, 즉 다른 성분들 중 하나의 존재에 의해 방해된 한 성분의 정량적 측정없이 개별적으로, 그룹으로 또는 전체적으로 정성 및 정량적으로 측정될 수 있다.

본 발명의 방법은 또한 모든 종류의 화학적 화합물, 예를 들어 산 및 염기, 극성 및 비극성 물질이 단일 측정에 의해 동시에 측정될 수 있다는 이점을 제공한다.

호기 샘플 분석의 경우 중요한 점은 샘플의 확인, 즉 다른 이유로 무용하거나 오염된 샘플의 검출 또는 폐기이다. 이러한 목적을 위해, 샘플중 CO₂ 함량이 먼저 확인된다. 바이얼로부터 시험 기체 혼합물의 제거 온도인 65 ℃에서, CO₂ 함량은 보통 약 2 내지 3.5 부피%이다. 이 CO₂ 값은 정상의 호기 샘플에서 단지 약 10% 범위에서 변동되는 것으로 확인된다. 따라서, 측정된 CO₂ 함량이 정상 범위를 크게 벗어나면, 시험 바이얼이 부적절하게 밀폐되었거나 부적절하게 취급되었거나 또는 시험 대상이 폐의 호기가 포함되지 않도록 잘못된 호흡 기술을 사용한 것으로 추정된다. 이것 및 유사한 기준에 의해 잘못된 샘플이 폐기될 수 있다.

시험 대상을 에워싼 주위 공기를 함유한(시험 대상의 호기를 함유하지 않은) 제 2 기준 바이얼의 분석은 물질이 주위 공기를 오염시켰는지를 확인하는데 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 샘플은 또한 특정 물질에 의해 과도하게 오염된 경우 폐기될 수 있다.

샘플의 질에 대하여 설명할 수 있고, 이로써 잘못된 측정의 위험성 및 시험 대상의 상태에 대한 잘못된 설명을 상당히 감소시키므로, 전술한 또는 추가의 기준에 의한 측정의 확인가능성은 의학 진단의 분야의 경우 특히 가장 중요하다. CO₂ 의 측정 이외에, 호흡 공기의 주성분으로 루틴한 것으로서 NO₂, O₂ 및 H₂ O가 측정될 수 있다.

측정 과정은 각각의 시험 바이얼 및 기준 바이얼에 대하여 적어도 5 회(5 사이클) 반복되며, 평균값은 이들 사이클로부터 형성된다. 한 사이클은 200 개의 질량을 측정하는데 약 1 분 지속된다.

측정 과정 동안, 우선 시험 바이얼이 측정되고 그 후 기준 바이얼이 측정된다. 평균값은 각각의 측정 사이클의 결과로부터 형성된다.

기준 바이얼의 측정이 시험 대상의 주위 공기가 오염되었음을 나타내면, 샘플은 폐기될 수 있거나 호기 샘플내 오염물로서 존재하는 성분의 정량이 차이(샘플 바이얼 빼기 기준 바이얼)로부터 수득될 수 있다. 동등한 오염물의 차이는 0이 되고 호흡 공기 및 오염물로 구성되는 결과는 실제 배출된 값에 상응하므로, 이러한 접근법은 바이얼내 임의의 오염물을 제거할 수 있게 한다.

주위 공기중 일부 오염 성분은 폐에 의해 흡수될 수 있고, 따라서 주위 공기에서보다 호기내에서 농도가 더 낮다. 이러한 오염물의 경우, 일반적으로 주위 공기에서 특정 농도가 과도할 경우 더 이상 흡수되지 않을 수 있다. 따라서, 호기를 측정할 경우 오염물의 농도에 의존하여 누출 곡선(breakthrough curve)이 수득된다.

호기 샘플의 측정에 있어서, 한편으로 CO₂와 같은 수불용성 또는 수용성이 불량한 물질의 검출 농도는 최초 사이클에서 마지막 사이클쪽으로 연속적으로 떨어 진다. 이것은 바이어로부터의 샘플의 제거가 바이얼내 이들 물질의 농도를 감소시킨다는 사실에 대응한다. 반대로, 물 및 수용성 물질의 검출 농도는 모든 측정 사이클 내내 거의 일정한 것으로 확인된다. 하나의 가능한 설명은 유리 바이얼의 유리벽상에 흡착된 물/수용성 물질이 제거후 이들 물질의 원래 농도를 회복한다는 사실일 수 있다. 따라서, 유리 바이얼내에 이들 성분에 대한 특정 저장소가 있다. 샘플이 기술된 것과 다른 분석 거동을 가지면, 호흡 공기 샘플은 정확히 수득되지 않았거나 다른 방식으로 잘못 수득되었다고 결론지울 수 있으므로, 이런 확인은 호흡 공기 샘플의 확인을 위한 추가의 기준을 형성한다.

데이터의 평가는 그의 질량 또는 그의 화학적 성질로 측정된 성분에 대하여 측정된 정량적인 값을 특정 성분의 정상값(normal value)과 비교함으로써 이루어진다. 따라서, 정상 상태로부터 특정 시험 대상의 호흡 공기내 성분 함량의 편차가 확인될 수 있다. 그 후, 특정 성분의 정상 범위를 벗어난 값은 시험 대상의 건강 상태에 관해 결론지을 수 있게 한다.

정상값은 예를 들어 인간의 호흡 공기의 정상 상태를 측정하기 위한 다수의 시험 대상에 대한 일련의 측정에 의해 수득될 수 있다. 정상값은 또한 공지되어 있는 한 문헌으로부터 취해질 수 있다. 정상값은 일반적으로 특정 범위를 포함한다.

바람직하게도, 성분에 대해 측정된 정량적인 값은 기체 혼합물의 주성분중 하나, 바람직하게는 CO₂의 값에 대해 표준화될 수 있다. 표준화는 시험 대상당 실 제 배출된 호흡 공기의 양에 대한 개별 성분의 함량의 관계를 달성한다. 이는 서로 다른 시험 대상 사이의 값 및 한 시험 대상의 호흡 공기의 시간적 추이적 측정에 의해 수득된 값이 비교될 수 있다는 이점을 가진다.

더욱 바람직하게도, 표준화에 따라 측정된 값은 인간 시험 대상에 대하여 공지된 최대값에 의해 나뉘어진다. 이로써 개별 성분에 대한 값이 0 내지 1 사이가 된다. 이것은 평가를 더욱 간단하게 하고 평가하는 기술자(의사)에게 더욱 명백하게 한다.

더욱 바람직하게도, 상호관계는 특정 임상상을 검출하기 위해 개별 성분의 측정값 사이에 성립된다. 예를 들어, 에탄올/프로판 비는 가능한 간염 감염에 대하여 설명할 수 있도록 측정될 수 있다.

특정 질량 범위내에서 모든 성분을 측정함에 있어서 본 방법의 특유의 이점은 다양한 임상상 및 대사 과정의 모든 조사가 수득되는 것이다. 예를 들어, 정신분열증 환자의 경우 호기내 H₂S 및 CS₂ 함량 및 펜탄 함량이 모두 상승하는 것으로 알려져 있어, 이들 성분이 동시에 측정되면 이들 성분중 하나의 함량만이 상승하는 다른 임상상이 배제될 수 있다

관찰가능한 대사 과정은 동화 과정 및 이화 과정 모두 일 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 비숙련가에 의해서도 수행될 수 있어 비용이 절감된다는 이점을 가진다.

측정의 평가는 유리하게는 EDP-지원 방식(EDP-aided fashion)으로 이루어진 다.

본 발명의 장치의 구체예는 내경이 250 미크론이며 0.28 인치 테프론 튜브내에 배치되는 가요성 기체 이송 모세관(바람직하게는 용융 실리카(fumed silica)로 만들어짐)을 구비한 기체 흡입 시스템을 포함한다. 테프론 튜브는 또한 전열선 (heating wire)을 함유한다. 모세관(3)은 시험 바이얼(1)로부터 샘플링하기 위해 캐뉼러(cannula)와 연결된다. 천공 플레이트(5) 위에 서로 다른 성분은 기체 흐름방향에서 고온을 가진다. 바람직하게도, 시험 바이얼(1)은 65 ℃로, 캐뉼러(2)는 85 ℃로, 기체 이송 모세관(3)은 100 ℃로 가열된다. 이는 시험 바이얼로부터 질량분석계로의 전체 시스템에서의 응축 효과를 배제하여 효율적인 기체 이송을 보증한다. 또한, 작은 직경의 모세관은 극소량의 기체를 시험 바이얼로부터 제거시킨다. 화합물의 수에 따라 수초 내지 15 분의 범위일 수 있는 측정 과정 동안, 개별 성분의 증기압에 따라 구배 진공을 올려 선택적으로 농도를 증가시킴으로써 보다 양호한 검출이 한정된다. 기체 흡입 시스템은 분석중인 기체 혼합물에 대하여 비활성이어서 메모리 효과가 없다는 이점을 가진다. 따라서, 새로운 샘플을 분석하기 위해 시스템을 세정할 필요가 없다.

바람직하게도, 모세관(3)을 통하는 기체 흐름은 5 ㎖/분 보다 많지 않게 제한된다. 샘플링전에 시험 바이얼내에서 대기압이 보급되면, 천공 플레이트 앞의 영역에서 약 700 밀리바아의 압력이 보급된다. 만일 오토샘플러 시스템이 사용되면, 캐뉼러(2)는 로봇에 의해 원하는 시험 바이얼로 조정된다.

또한, 기체 전환 밸브(4)가 기체 및 첨가될 보정 기체가 0이 되게 하는, 바 람직하게는 1.5 바아 보다 많지 않은 압력이 되게 하는 천공 플레이트 앞의 영역에 위치한다. 그러나, 전체 기체 흐름은 역확산(back-diffusion) 보다 많아야 한다.

바람직하게는 직경이 300 미크론이고 레이저 빔에 의해 생성되는 천공 플레이트(5) 이후의 영역에서, 약 20 밀리바아의 압력이 펌프(9), 바람직하게는 0.2 내지 200 밀리바아의 고유 압력을 가진 오일을 사용하지 않는 2-단계 진공 펌프에 의해 생성된다.

따라서, 캐뉼러(2)가 대기압이 거의 보급되는 시험 바이얼(1)내로 삽입될 경우, 분석중인 기체 혼합물은 기체 이송 모세관(3)을 통해 천공 플레이트(5)로 음압의 방향으로 안내되고, 그에 의해 제 1 분자빔(6)이 천공 플래이트(5) 뒤의 중간 진공 챔버(24)에서 생성된다. 마찬가지로 용융 실리카로 만들어진 추가의 모세관(10) 앞의 영역에서, 이 빔(6)은 층류(laminar flow)를 가진다.

중간 진공 챔버(24)에서, 약 20 밀리바아의 압력은 이차 공기 또는 비활성 기체 흐름을 이 공간내로 들여보낼 수 있는 비례 제어 밸브(8)에 의해 일정한 값으로 정밀하게 유지된다. 비례 제어 밸브(8)는 바람직하게도 기체 조성물에 독립적으로 및 정밀하게 중간 진공 챔버(24)내 압력을 측정하는 용량 절대 압력 센서(7)에 의해 제어된다. 이것은 예를 들어 동일한 시험 바이얼로부터 반복 측정으로 발생하는 시험 분자빔(6)의 압력 변동이 보상될 수 있고, 모세관(10)에서 시험 분자 흐름의 점도가 변하지 않는다는 것을 보증한다. 따라서, 일정한 입자 밀도의 시험 분자 흐름이 추가의 모세관(10)으로 들어간다.

중간 진공 챔버(24)에 있어서, 분자빔(6) 영역에 모세관(10)의 일단이 위치 하며, 상기 모세관은 250 미크론의 바람직한 내경을 가지며 약 100 ℃, 바람직하게는 220 ℃ 이상의 온도로 가열된다. 모세관(10)을 가열하면 이탈 시간(desorption time)이 가능한한 작게 유지된다.

중간 진공 챔버(24)에서 일정한 압력으로 제어된 밸브에 의해, 모세관(10) 앞의 기체 제트 압력은 항상 정밀하게 동일하다. 이러한 조립에 의해 10^-7 부피% 범위 이하의 성분이 정량적으로 측정될 수 있다.

모세관(10)의 타단은 고진공 챔버(22)에 위치하며, 고진공, 바람직하게는 적어도 10^-7 밀리바아는 예를 들어 터보분자(turbomolecular) 펌프(23)에 의해 생성된다. 모세관의 끝은 전하 교환 영역(charge exchange area)(17)에서 팔중극 가이드 필드(16)의 오픈 슬롯(open slot) 바로 앞에 위치한다. 모세관(10)에 존재하는 압력 구배는 시험 분자빔(6)을 모세관(10)을 통해 고진공 챔버(22)의 전하 교환 영역(17)내로 통과시키며, 이에 의해 모세관(10) 끝에 제 2 분자빔(11)을 형성한다.

분자빔(11)을 이온화하기 위한 일차 이온빔(12)은, 기체가 수은, 크립톤 및 크세논의 기체 저장소(13)중 하나로부터 감압 방식으로 제거되어 핫(hot) 텅스텐 필라멘트, 애노드(anode) 및 셔터(shutter)를 포함하는 전자 충격원(14)으로 안내되도록 형성된다.

생성된 일차 이온빔(12)은 제 1 팔중극 가이드 필드(15)를 통해 안내된다. 고분자량(일차 이온)만이 안내되고, 기체 저장소(13)내 불순물 질량이 측정될 물질 에 대하여 높은 신호대잡음(signal-to-noise)이 수득되도록 억제된다.

그 후, 일차 이온빔(12)은 모든 종류의 분자에 대하여 동일한 트랜스미션 (transmission)을 갖는 제 2 팔중극 가이드 필드(16)내로 추가로 안내된다. 이 팔중극 가이드 필드(16)는 일차 이온빔(12)이 시험 분자빔(11)을 가격하는 전하 교환 영역(17)을 함유한다. 전하 교환 영역(17)에서, 시험 분자 이온빔(18)은 10^-4 밀리바아의 평균 압력에서 단일-충격 공정으로 생성되며, 이어 시험 분자는 질량-대-전하 비에 따라 사중극 분석기(19)에서 분리된다. 그 후, 시험 분자 이온은 이온 검출기(20)내에서 전자적으로 처리가능한 전자 펄스로 전환된다. 전자 펄스는 이어 계수 전자기기(counting electronics)(21)에 커플링된다.

이온빔을 기초로 하는 질량분석계에 대한 팔중극 조립이 예를 들어 EP 0 290 712 및 DE 196 28 093에 개시되어 있다. 이들 문헌의 설명은 참고로서 본원에 속한다.

이하에, 본 발명이 실시예에 의해 보다 상세히 설명될 것이다.

건강 상태를 확인하기 위해, 임상 시험으로 9 명의 시험 대상의 호기를 분석하였다. 코를 통해 균일하게 수 회 들이쉬고 내쉬고, 2 내지 3 초간 호흡을 멈춘 다음 체적 20 ㎤인 유리 바이얼의 바닥으로부터 1 내지 2 센티미터 위에 끝이 위치하는 스트로우를 통해 공기를 균일하게 내쉬는 시험 대상으로부터 특정 시험 대상의 호기 샘플을 채취하였다.

그 후, 각 시험 바이얼을 크림핑 플라이어(crimping plier)을 사용하여 크림프 캡으로 밀폐하였다. 시험 대상이 바이얼내로 내쉰 후 늦어도 약 5 초에 밀폐하였다.

각 시험 바이얼과 마찬가지로, 시험 대상의 호기와 접촉하고 있는 기준 바이얼내에 대기를 함유하지 않는 제 2 바이얼을 시험 대상의 주위에서 밀폐하였다.

시험 바이얼 및 기준 바이얼을 각각 오토샘플러에 배치하고 65 ℃에서 적어도 10 분간 프리서모스테트하였다(prethermostated).

프리서모스테팅 후, 상술한 본 발명에 따른 장치의 구체예에 의해 먼저 시험 대상의 시험 바이얼을 측정하고 이어 기준 바이얼을 측정하였다. 각 바이얼을 최소 6 사이클로 측정하였다, 즉 각 바이얼의 함량을 최소 6 회 측정하였다. 그 후, 특정 질량에 대하여 수득된 최소 6 개의 값으로부터 평균값을 내었다.

주위 공기내 오염물을 제거하기 위해, 이어 특정 질량에 대한 시험 바이얼에 대하여 수득된 평균값으로부터 특정 기준 바이얼에 대하여 수득된 평균값을 뺐다. 그 후, 평균값을 CO₂에 대하여 수득된 값으로 나누어 평균값을 CO₂의 값으로 표준화시켰다.

이어, 표준화된 값을 이 질량에 대하여 다수의 시험 대상에 대한 일련의 측정으로부터 공지된 특정 질량에 대한 최대값으로 나누었다. 따라서, 0 내지 1의 값이 개개의 질량에 대하여 수득되었다.

도 2는 9 명의 시험 대상에 대한 측정 결과의 그래프를 나타낸다. 검출된 질량의 값은 하기 코드에 따라 0 내지 102의 범위를 나타낸다.

검정색: 범위 0.75-1

진한 회색: 범위 0.5-0.75

엷은 회색: 범위 0.25-0.5

흰색: 범위 0-0.25

라인 1 내지 9는 시험 대상 1 내지 9에 대한 값을 나타낸다. 컬럼은 질량에 대한 특정값을 나타낸다. 질량이 화학적 화합물에 할당될 수 있었던 경우, 질량 대신 화합물로 제시하였다.

도 2는 9 명의 시험 대상에 대한 값이 다른 시험 대상에 대한 값과 뚜렷하게 다르다는 것을 나타낸다. 샘플링시, 9 명의 시험 대상은 불명확하게 규정된 임상상을 나타내었고, 감염 작용, 즉 박테리아 감염으로 인해 간 및 응고 장애의 우려가 있었다. 샘플링하고 며칠 후, 9 명의 시험 대상은 뇌사를 겪다 결국에는 죽었다.

본 실시예는 심한 건강 장애를 가진 시험 대상의 상태가 다른 시험 대상의 상태와 비교하여 측정될 수 있음을 나타낸다.

Claims (19)

1. 하나 이상의 물질이 기체 혼합물에서 측정되고, 그 측정은 시험 분자가 이온빔 이온의 내부 에너지의 도움으로 이온화되는 방식으로 이온빔이 고진공에서 기체 혼합물 샘플에 작용하는 질량분석계에 의해 수행되며, 여기서 기체 혼합물 샘플은 전처리없이 질량분석계에 공급되고, 상태를 평가하기 위해 측정시 수득된 값을 평가하는 것을 특징으로 하여 주위 대기로 물질을 방출하는 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 유기체가 인간 또는 동물인 것을 특징으로 하는, 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 기체 혼합물이 인간이 내쉰 공기인 것을 특징으로 하는, 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 혼합물이 주성분 및 제 2 성분을 포함하며, 적어도 하나의 주성분이 0.1 부피% 이상의 농도 범위에서 측정되고, 적어도 하나의 제 2 성분이 0.1 부피% 이하의 농도 범위에서 측정되는 것을 특징으로 하는, 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법.
5. 시험 분자가 이온빔 이온의 내부 에너지의 도움으로 이온화되는 방식으로 이온빔이 고진공에서 기체 혼합물 샘플에 작용하는 질량분석계에 의해 적어도 하나의 주성분이 0.1 부피% 이상의 농도 범위에서 측정되고, 적어도 하나의 제 2 성분이 0.1 부피% 이하의 농도 범위에서 측정되며, 여기서 기체 혼합물 샘플은 전처리없이 질량분석계에 공급되는 것을 특징으로 하여 하나 이상의 주성분 및 하나 이상의 제 2 성분을 가진 기체 혼합물을 분석하는 방법.
6. 제 4 항에 있어서, 적어도 하나의 주성분이 1 부피% 이상의 농도 범위에서 측정되고, 적어도 하나의 제 2 성분이 0.03 부피% 이하의 농도 범위에서 측정되는 것을 특징으로 하는, 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법.
7. 제 4 항에 있어서, 질량분석계에 의해 수득된 데이터를 평가하기 위해 적어도 하나의 주성분 및 적어도 하나의 제 2 성분 사이에 상호관계가 성립되는 것을 특징으로 하는, 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서, 서로 다른 분자 구조를 가진 기체 혼합물의 둘 이상의 물질이 단일 측정에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는, 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 물질의 농도가 정량적으로 측정되는 것을 특징으로 하는, 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 10^-3 밀리바아 이상의 증기압을 가진 기체 혼합물의 모든 성분이 측정되는 것을 특징으로 하는, 유기체 및 천연물의 상태를 평가하는 방법.
12. 삭제
13. 제 5 항에 있어서, 서로 다른 분자 구조를 가진 기체 혼합물의 둘 이상의 물질이 단일 측정에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는, 기체 혼합물을 분석하는 방법.
14. 제 5 항에 있어서, 하나 이상의 물질의 농도가 정량적으로 측정되는 것을 특징으로 하는, 기체 혼합물을 분석하는 방법.
15. 제 5 항에 있어서, 10^-3 밀리바아 이상의 증기압을 가진 기체 혼합물의 모든 성분이 측정되는 것을 특징으로 하는, 기체 혼합물을 분석하는 방법.
16. 분자빔이 중간 진공에서 분석중인 기체 혼합물 샘플로부터 생성되고, 이어 제 2 분자빔이 고진공에서 모세관에서의 압력 구배 수단에 의해 상기 분자빔으로부터 생성되며, 제 2 분자빔의 시험 분자가 이온화되고, 중간 진공의 압력이 일정하게 유지되는 기체 전달 시스템을 구비한 질량분석계를 포함하는 기체 혼합물의 분석장치.
17. 제 16 항에 있어서, 제 2 분자빔의 시험 분자가 이온빔 이온의 내부 에너지의 도움으로 이온화되는 것을 특징으로 하는, 기체 혼합물의 분석장치.
18. 제 16 항에 있어서, 이온화된 분자빔이 팔중극 가이드 필드(octupole guide field)의 도움으로 저장되는 것을 특징으로 하는, 기체 혼합물의 분석장치.
19. 제 16 항, 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 중간 진공의 압력이 0.2 내지 200 밀리바아인 것을 특징으로 하는, 기체 혼합물의 분석장치.

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