KR102201770B1 - Capillary electrophoresis-electrospray ionization-mass spectrometry using single droplet micro-extraction and large-volume stacking method - Google Patents

Capillary electrophoresis-electrospray ionization-mass spectrometry using single droplet micro-extraction and large-volume stacking method Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 방울 미세추출법(SDME)과 전기 삼투흐름펌프를 이용한 큰 부피 스태킹방법(LVSEP)을 CE-ESI-MS(모세관 전기영동-전기분무 이온화-질량분석기)와 연동함으로서 유기 방울로 추출된 시료의 스태킹, 분리 및 분석을 연속적으로 하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법의 적용으로, 추출된 시료의 농축계수를 현저히 향상시키고 시료를 고감도로 분석할 수 있으며, 복잡한 과정을 거치지 않고도 저농도의 토양 오염물질 시료를 편리하고 유용하게 분석할 수 있다.
In the present invention, the single droplet micro-extraction method (SDME) and the large-volume stacking method (LVSEP) using an electro-osmotic flow pump are interlocked with CE-ESI-MS (capillary electrophoresis-electrospray ionization-mass spectrometry) to extract organic droplets. It relates to a method of continuously stacking, separating and analyzing samples.
By the application of the method of the present invention, the concentration coefficient of the extracted sample can be significantly improved, the sample can be analyzed with high sensitivity, and a low-concentration soil contaminant sample can be conveniently and usefully analyzed without going through a complicated process.

Description

단일 방울 미세추출법과 큰 부피 스태킹방법을 이용한 모세관 전기영동-전기분무 이온화-질량분석Capillary electrophoresis-electrospray ionization-mass spectrometry using single droplet micro-extraction and large-volume stacking method

본 발명은 단일 방울 미세추출법(SDME)과 전기삼투흐름펌프를 이용한 큰 부피 스태킹방법(LVSEP)을 CE-ESI-MS(모세관 전기영동-전기분무 이온화-질량분석기)와 연동함으로서 유기 방울로 추출된 시료의 스태킹, 분리 및 분석을 연속적으로 하는 방법에 관한 것이다.In the present invention, the single droplet micro-extraction method (SDME) and the large-volume stacking method (LVSEP) using an electroosmotic flow pump are interlocked with CE-ESI-MS (capillary electrophoresis-electrospray ionization-mass spectrometry) to extract organic droplets. It relates to a method of continuously stacking, separating and analyzing samples.

모세관 전기영동 방법은 전하를 띤 종류의 분리방법으로 매우 뛰어난 것이지만 매우 낮은 농도의 것은 그 감도를 높이기 위한 많은 노력들이 진행되고 있으며, 그 중 모세관내에서 시료를 스태킹하는 방법이 있다. 전기삼투흐름펌프를 이용한 큰 부피 스태킹(Large-volume stacking using the electroosmotic flow pump; LVSEP)은 낮은 전기 전도도를 갖는 용액에 녹아 있는 음이온 시료를 모세관에 다량 주입한 후 역전압을 걸면, 시료의 매트릭스가 전기삼투흐름(electroosmotic flow; EOF)에 의해 시료 주입부 쪽으로 제거되어 높은 분리도를 가지면서 시료가 농축되는 방법으로 높은 농축 효과를 기대할 수 있다. LVSEP는 비교적 쉬운 방법으로서 높은 농축 효과를 기대할 수 있는 방법으로, 최근에는 MS와 연결하여 사용하는 방법이 보고된 바 있다(한국등록특허 10-1144974). 상기 보고된 방법에서는 런버퍼를 담은 버퍼 바이얼(buffer vial)을 모세관 아웃렛에 두어 농축되는 동안 추가하는 과정을 이용하였으나, 스태킹의 효율성 정도는 시료의 매트릭스와 런버퍼 사이의 전도도 비율에 비례하는 이상, 시료의 전처리가 필요한 번거로움이 있었다.The capillary electrophoresis method is a highly charged type of separation method and is very excellent, but many efforts have been made to increase the sensitivity of the very low concentration, and among them, there is a method of stacking samples in a capillary tube. Large-volume stacking using the electroosmotic flow pump (LVSEP) involves injecting a large amount of anion sample dissolved in a solution with low electrical conductivity into a capillary tube and applying a reverse voltage to the matrix of the sample. It is removed toward the sample injection part by electroosmotic flow (EOF), so that the sample is concentrated while having a high degree of separation, so a high concentration effect can be expected. LVSEP is a relatively easy method, and a high concentration effect can be expected. Recently, a method of using it in connection with MS has been reported (Korean Patent Registration No. 10-1144974). In the reported method, a buffer vial containing a run buffer was placed in the capillary outlet and added while it was concentrated, but the degree of stacking efficiency was proportional to the conductivity ratio between the matrix of the sample and the run buffer. , There was a hassle requiring pretreatment of the sample.

한편 단일 방울 미세추출법(single drop microextraction; SDME)은 마이크로시린지 바늘(microsyringe needle)끝에 마이크로 리터 부피의 단일방울(single drop)을 만들어서 그 방울(droplet)을 추출 용제(extractant)로 이용하여 추출하는 방식이다. SDME의 이러한 기본 방식을 기반으로, 억셉터(acceptor)의 부피를 크게 줄여 도우너(donor)와의 부피 차이를 좀 더 크게 함으로써 농축 효과를 증대시킬 수도 있다. 또한 최근에는 SDME 방법을 CE 및 MS 방법에 접목시켜 시료의 전처리와 분리분석을 한번에 수행하는 방법이 보고된 바 있다(한국등록특허 10-1160389).Meanwhile, single drop microextraction (SDME) is a method in which a single drop of microliter volume is made at the tip of a microsyringe needle and the droplet is used as an extractant. to be. Based on this basic method of SDME, it is possible to increase the concentration effect by significantly reducing the volume of the acceptor and making the difference in volume with the donor larger. In addition, recently, a method of performing sample pretreatment and separation analysis at once by grafting SDME method to CE and MS methods has been reported (Korean Patent Registration No. 10-1160389).

하지만 기존에 보고된 개별적인 LVSEP 및 SDME는 토양에 포함되어 있는 저농도의 오염물질 시료를 높은 농축 계수로 고감도로 분석하는 데는 기본적으로 만족스럽지 않은 것으로 관찰되었으며, 또한 상기의 분석을 위해서는 복잡한 과정의 전처리가 필요하고 아울러 저농도의 시료 물질을 별도로 농축해야 하는 복잡한 과정을 거칠 필요가 있었다. 따라서 토양에 포함되어 있는 저농도의 오염물질 시료를 복잡한 과정을 거치지 않고도 높은 농축 계수로 고감도로 분석할 수 있는 방법이 요구된다.However, it was observed that the previously reported individual LVSEP and SDME were not basically satisfactory for high-sensitivity analysis of low-concentration pollutant samples contained in soil with a high concentration factor.In addition, for the above analysis, a complex pretreatment was required. In addition, it was necessary to go through a complicated process of separately concentrating the sample material of low concentration. Therefore, there is a need for a method capable of analyzing a low concentration pollutant sample contained in the soil with a high concentration coefficient without going through a complicated process.

본 발명에서는 상기의 요구에 따라, 단일 방울 미세추출법(SDME)과 전기삼투흐름펌프를 이용한 큰 부피 스태킹방법(LVSEP)을 모두 CE-ESI-MS(모세관 전기영동-전기분무 이온화-질량분석기)와 연동함으로서 유기 방울로 추출된 시료의 스태킹, 분리 및 분석을 연속적으로 하는 방법을 제공하고자 한다.In the present invention, in accordance with the above requirements, both the single droplet micro-extraction method (SDME) and the large-volume stacking method (LVSEP) using an electroosmotic flow pump are CE-ESI-MS (capillary electrophoresis-electrospray ionization-mass spectrometer) and It is intended to provide a method of continuously stacking, separating, and analyzing samples extracted as organic droplets by interlocking.

또한 본 발명에서는 SDME와 LVSEP을 모두 CE-ESI-MS에 연동하는 것을 통하여, 추출된 시료의 농축계수를 현저히 향상시키고 시료를 고감도로 분석할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.In addition, in the present invention, by linking both SDME and LVSEP to CE-ESI-MS, it is intended to provide a method that can significantly improve the concentration coefficient of the extracted sample and analyze the sample with high sensitivity.

또한 본 발명에서는 SDME와 LVSEP을 모두 CE-ESI-MS에 연동하는 것을 통하여, 복잡한 과정을 거치지 않고도 추출된 저농도의 토양 오염물질 시료의 농축계수를 현저히 향상시키고 시료를 고감도로 분석할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.In addition, in the present invention, by linking both SDME and LVSEP to CE-ESI-MS, a method of remarkably improving the concentration coefficient of the extracted low-concentration soil contaminant sample and analyzing the sample with high sensitivity without going through a complicated process. I want to provide.

이하에서는 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 통상의 기술자에게 자명한 사실은 간략히 언급하거나 생략한다. 예를 들면, 일반적인 ESI-MS 질량분석기는 통상의 기술자에 있어 잘 알려진 것이며, 그 구조적인 상세한 설명 등은 생략하는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail, and facts that are obvious to those skilled in the art will be briefly mentioned or omitted in order not to obscure the subject matter of the invention. For example, a general ESI-MS mass spectrometer is well known to those of ordinary skill in the art, and detailed structural descriptions thereof are omitted.

상기한 과제를 위하여, 본 발명은For the above object, the present invention

a) 모세관에 런버퍼를 주입하여 채우는 단계;a) filling the capillary tube by injecting a run buffer;

b) 질량분석기(MS)의 오리피스(orifice) 쪽의 모세관 아웃렛(outlet)에 런버퍼(run buffer)가 담겨진 아웃렛 저장용기를 두어 모세관 아웃렛이 잠기도록 하는 단계;b) placing an outlet storage container containing a run buffer in the capillary outlet on the orifice side of the mass spectrometer (MS) so that the capillary outlet is immersed;

c) 유기 억셉터인 펜탄올을 모세관에 주입 후, 모세관의 인렛(inlet)부분을 도우너 용액(시료용액)에 담그는 단계;c) injecting pentanol, an organic acceptor, into the capillary tube, and then dipping the inlet portion of the capillary tube into a donor solution (sample solution);

d) 모세관에 주입된 펜탄올을 모세관의 인렛부분 쪽으로 끌어당겨 모세관의 인렛부분의 끝에 유기 방울을 형성하는 단계;d) pulling pentanol injected into the capillary tube toward the inlet portion of the capillary tube to form an organic droplet at the end of the inlet portion of the capillary tube;

e) 상기 도우너 용액으로부터 상기 방울내로 시료를 추출하는 단계;e) extracting a sample from the donor solution into the droplet;

f) 시료가 농축된 방울내의 억셉터 용액을 모세관에 주입하고, 모세관의 인렛부분을 런버퍼에 담그는 단계;f) injecting the acceptor solution in the droplet in which the sample is concentrated into the capillary tube, and immersing the inlet portion of the capillary tube in the run buffer;

g) 모세관의 인렛부분에 역전압을 걸어주어 추출된 시료를 스태킹하고, 모세관 전기 영동의 전류변화를 관찰하여 전류의 변화가 급격히 일어날 때 상기 아웃렛 저장용기를 제거하는 단계; 및g) stacking the extracted sample by applying a reverse voltage to the inlet portion of the capillary tube, observing the current change in capillary electrophoresis, and removing the outlet storage container when the current change occurs rapidly; And

h) 질량분석기에서 시이쓰 용액(sheath liquid)을 흘려주고 전기분무 이온화 전압(electrospray ionization voltage: ESI voltage)을 가하여 스태킹된 농축시료가 질량분석기로 이동하도록 하는 단계;h) flowing a sheath liquid from a mass spectrometer and applying an electrospray ionization voltage (ESI voltage) to move the stacked concentrated sample to the mass spectrometer;

를 포함하는 것을 특징으로 하는, 단일 방울 미세추출법(SDME)과 전기삼투흐름펌프를 이용한 큰 부피 스태킹방법(LVSEP)을 CE-ESI-MS(모세관 전기영동-전기분무 이온화-질량분석기)와 효과적으로 연동함으로서 유기 방울로 추출된 시료의 스태킹, 분리 및 분석을 연속적으로 하는 방법을 제공한다.A single droplet micro-extraction method (SDME) and a large-volume stacking method (LVSEP) using an electroosmotic flow pump, characterized in that it comprises a CE-ESI-MS (capillary electrophoresis-electrospray ionization-mass spectrometer) effectively interlocked. By doing so, it provides a method of continuously stacking, separating, and analyzing samples extracted into organic droplets.

본 발명의 방법에서는, d) 단계에서 형성되는 유기 방울이 모세관의 인렛부분의 끝에 안정적으로 유지되게 하기 위하여, 모세관의 인렛부분은 소수성 지지체인 테프론 슬리브(Teflon sleeve)로 코팅되어 있을 수 있다(도 1). 이 때 상기 유기 방울은 이후의 LVSEP 적용이 원활할 정도의 크기를 가져야 하며, 상기 유기 방울이 LVSEP 적용이 원활할 정도의 크기를 안정적으로 유지하기 위해서는, 모세관의 인렛부분은 소수성 지지체인 테프론 슬리브(Teflon sleeve)로 코팅되어 있는 것이 바람직하다.In the method of the present invention, in order to stably maintain the organic droplet formed in step d) at the end of the inlet portion of the capillary tube, the inlet portion of the capillary tube may be coated with a Teflon sleeve, which is a hydrophobic support (Fig. 1). ). At this time, the organic droplet must have a size sufficient to facilitate the subsequent LVSEP application, and in order to stably maintain the size sufficient for the smooth LVSEP application, the inlet portion of the capillary tube is a Teflon sleeve, which is a hydrophobic support. It is preferable that it is coated with a sleeve).

본 발명의 방법의 b) 단계에 있어서는, 모세관 전기 영동장치의 모세관 아웃렛과 질량분석기의 샘플러 오리피스 콘(sampler orifice cone) 사이에 버퍼 용액이 담겨 있는 아웃렛 저장용기를 착탈가능하도록 구비할 수 있다. 이 때 모세관 아웃렛이 아웃렛 저장용기의 버퍼 용액에 잠기게 하여 접촉하도록 구성하는 것이 매우 중요하다.In step b) of the method of the present invention, an outlet storage container containing a buffer solution may be detachably provided between the capillary outlet of the capillary electrophoresis device and the sampler orifice cone of the mass spectrometer. At this time, it is very important to configure the capillary outlet to be immersed in the buffer solution of the outlet storage container to contact it.

본 발명의 방법의 c) 단계에 있어서는, SDME와 LVSEP의 연동이라는 방법적 특징의 원활한 구현을 위한 차원에서, 유기 억셉터이자 추출 용매로 펜탄올을 채택한다. 한편 유기 억셉터이자 추출 용매로 고급 알코콜인 옥탄올을 모세관에 주입하여 SDME와 LVSEP를 연동하는 경우, 옥탄올의 고점성(9.85 cP, 20℃)으로 인하여, LVSEP 적용 시 시료 매트릭스로 옥탄올이 모세관으로부터 원활히 제거되지 않으며 아울러 모세관 내부의 막힘 현상까지 발생하는 문제가 있다. 본 발명의 방법의 c) 단계에 있어서, 펜탄올을 모세관에 소량으로 주입함이 바람직하며, 보다 구체적으로 모세관 전체 부피 대비 5 내지 20%로 주입함이 바람직하다(도 2(a)).In step c) of the method of the present invention, pentanol is used as an organic acceptor and extraction solvent in order to smoothly implement the methodological feature of the linkage between SDME and LVSEP. Meanwhile, in the case of interlocking SDME and LVSEP by injecting octanol, a high-quality alcohol as an organic acceptor and extraction solvent into a capillary tube, octanol is used as a sample matrix when LVSEP is applied due to the high viscosity (9.85 cP, 20°C) of octanol. It is not smoothly removed from the capillary tube, and there is a problem in that the inside of the capillary tube is blocked. In step c) of the method of the present invention, pentanol is preferably injected in a small amount into the capillary tube, and more specifically, it is preferable to inject 5 to 20% of the total volume of the capillary tube (Fig. 2(a)).

본 발명의 방법의 c) 단계에 있어서, 상기 도우너 용액에 적용되는 시료는 바람직하게 토양 오염물질일 수 있다. 상기 오염물질은 예시적으로 (4-클로로-2-메틸페녹시)아세트산((4-Chloro-2-methylphenoxy)acetic acid; MCPA: pK a 3.14), 2,4,5-트리플루오로벤조산(2,4,5-trifluorobenzoic acid: pK a 2.53), 2,3,4,5-테트라플루오로벤조산(2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid: pK a 2.87), 2-메틸-4,6-디니트로페놀(2-Methyl-4,6-dinitrophenol; 4,6-DNOC: pK a 4.70), 2,4-디니트로페놀(2,4-dinitrophenol; 2,4-DNP: pK a 4.07) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 예시적 오염물질은 토양에 포함될 수 있는 유해 물질이며, 본 발명의 방법에 적용될 수 있는 유용한 분석 물질에도 해당한다. 상기 예시적 오염물질을 상기 도우너 용액에 적용할 때, 상기 도우너 용액의 pH는 0.5 내지 2인 것이 바람직하다. 상기 예시적 오염물질은 2.53 내지 4.70의 pK a 범위를 나타내는 이상, 도우너 용액의 pH 범위로 0.5 내지 2가 채택되어야 상기 예시적 오염물질이 주로 중성 상태로 존재하게 되며, 이에 이후 e) 단계에서 상기 중성 상태의 예시적 오염물질이 유기 억셉터인 펜탄올에 의하여 원활히 추출될 수 있으며 나아가 억셉터 용액의 낮은 전기 전도도도 확보되어 이후 LVSEP의 적용도 원활해진다. 다른 한편 도우너 용액에서 상기 예시적 오염물질의 일부 존재 형태로 염이나 염기성 화합물과 같은 이온 형태는 유기 억셉터인 펜탄올에 의하여 원활히 추출되기 어렵다. 또한 상기 도우너 용액에 적용되는 시료로 토양 오염물질은 도우너 용액에 바람직하게 70 nM 이하의 저농도로 포함되어 있을 수 있으며, 보다 바람직하게 1 내지 70 nM의 저농도로 포함되어 있을 수 있다.In step c) of the method of the present invention, the sample applied to the donor solution may preferably be a soil contaminant. Examples of the contaminants are (4-chloro-2-methylphenoxy)acetic acid ((4-Chloro-2-methylphenoxy)acetic acid; MCPA: p K a 3.14), 2,4,5-trifluorobenzoic acid (2,4,5-trifluorobenzoic acid: p K a 2.53), 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid (2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid: p K a 2.87), 2-methyl- 4,6-dinitrophenol (2-Methyl-4,6-dinitrophenol; 4,6-DNOC: p K a 4.70), 2,4-dinitrophenol (2,4-dinitrophenol; 2,4-DNP: p K a 4.07) or mixtures thereof. The exemplary pollutants are harmful substances that may be included in the soil, and also correspond to useful analytes that can be applied to the method of the present invention. When applying the exemplary contaminants to the donor solution, it is preferred that the donor solution has a pH of 0.5 to 2. The exemplary contaminant is mainly present in a neutral state when the donor solution has a pH range of 0.5 to 2 as long as it exhibits a p K a range of 2.53 to 4.70, and thereafter in step e) The exemplary contaminants in the neutral state can be smoothly extracted by pentanol, which is an organic acceptor, and further, low electrical conductivity of the acceptor solution is secured, so that the application of LVSEP is smooth. On the other hand, ionic forms such as salts or basic compounds in the form of some of the exemplary contaminants in the donor solution are difficult to be smoothly extracted by pentanol, an organic acceptor. In addition, as a sample applied to the donor solution, soil contaminants may be included in the donor solution at a low concentration of preferably 70 nM or less, and more preferably at a low concentration of 1 to 70 nM.

본 발명의 방법의 d) 단계에 있어서, 모세관의 인렛부분의 끝에 유기 방울을 형성하기 위하여(도 2(b)), 방울을 만드는 데 필요한 역방향의 압력을 가할 수도 있으며 또는 모세관의 인렛부분 쪽에서 진공을 이용하여 방울을 만들 수도 있다. 이 때 방울을 만들기 위해서 컬럼(모세관 인렛부분의 반대편 쪽의 모세관 컬럼)밖으로 빠져나가는 방울의 부피만큼 아웃렛 쪽의 컬럼에 비어가는 공간이 생기게 된다. 따라서 모세관의 아웃렛 쪽의 컬럼의 비어가는 공간을 런버퍼로 보충하여 채워 전기적 접촉을 유지할 필요가 있다. 또한 이후의 LVSEP를 원활하게 적용할 수 있는 수준으로, 형성된 유기 방울 내의 염의 농도를 낮출 필요가 있다.In step d) of the method of the present invention, in order to form an organic droplet at the end of the inlet portion of the capillary tube (Fig. 2(b)), a pressure in the reverse direction required to make the droplet may be applied, or a vacuum at the inlet portion of the capillary tube You can also use to make a drop. At this time, there is an empty space in the column on the outlet side as much as the volume of the droplet exiting the column (capillary column on the other side of the capillary inlet) to make a droplet. Therefore, it is necessary to fill the empty space of the column on the outlet side of the capillary tube with a run buffer to maintain electrical contact. In addition, it is necessary to lower the concentration of salt in the formed organic droplets to a level that allows smooth application of the LVSEP afterwards.

본 발명의 방법의 e) 단계에 있어서, 도우너 용액(시료용액)으로부터 펜탄올 방울내로 시료를 적어도 5분 이상 동안 추출한다(도 2(b)). 이 때 추출 과정에서 방울의 안정성을 유지하기 위하여, 방울 표면의 표면력(surface force)을 상쇄(counteract)하기 위한 소정의 압력을 적용함이 바람직하며, 보다 구체적으로 상기 압력 조건은 5 내지 20분 동안 0.5 내지 1.0 psi 일 수 있다. 또한 도우너 용액(시료용액)의 pH를 적절히 조절함으로서, 시료가 중성화된 상태로 펜탄올 방울내로 잘 추출되도록 할 필요가 있다.In step e) of the method of the present invention, a sample is extracted from the donor solution (sample solution) into pentanol drops for at least 5 minutes (Fig. 2(b)). At this time, in order to maintain the stability of the droplet in the extraction process, it is preferable to apply a predetermined pressure to counteract the surface force of the droplet. More specifically, the pressure condition is for 5 to 20 minutes. It may be 0.5 to 1.0 psi. In addition, by appropriately adjusting the pH of the donor solution (sample solution), it is necessary to ensure that the sample is well extracted into the pentanol drop in a neutralized state.

본 발명의 방법의 f) 단계에서는, 시료가 농축된 방울내의 억셉터 용액을 모세관에 주입하고, 모세관의 인렛부분을 런버퍼에 담근다. 보다 구체적으로 시료가 농축된 방울내의 억셉터 용액에 유압(hydrodynamically)을 가하여 추출된 시료를 모세관에 주입하고(도 2(c)), 상기 유압 조건은 바람직하게 0.5 내지 1분 동안 2 내지 6 psi 일 수 있다. 이 때 추출된 시료를 포함하는 상기 억셉터 용액은 모세관 전체 부피 대비 5 내지 15%로 주입됨이 바람직하다. 특히 상기 억셉터 용액이 모세관 전체 부피 대비 15% 초과로 주입되는 경우, 시료의 최종 농축계수가 저하될 수 있을 뿐만 아니라 이후의 LVSEP 적용에 따른 시료 스태킹에 많은 시간이 소요될 수 있으므로, 전반적으로 방법의 효율성이 저해될 수 있다.In step f) of the method of the present invention, the acceptor solution in the droplet in which the sample is concentrated is injected into the capillary tube, and the inlet portion of the capillary tube is immersed in the run buffer. More specifically, the sample extracted by applying hydraulically to the acceptor solution in the droplet in which the sample is concentrated is injected into the capillary tube (Fig. 2(c)), and the hydraulic condition is preferably 2 to 6 psi for 0.5 to 1 minute. Can be At this time, the acceptor solution including the extracted sample is preferably injected in an amount of 5 to 15% of the total volume of the capillary tube. In particular, when the acceptor solution is injected in an amount greater than 15% of the total volume of the capillary tube, the final concentration coefficient of the sample may be lowered, and it may take a lot of time for sample stacking according to the subsequent application of LVSEP. Efficiency can be hindered.

본 발명의 방법의 f) 단계까지(SDME 적용)를 거쳐 모세관에 주입된 추출 시료에 대하여, g) 단계에서부터 LVSEP를 적용한다(도 2(d)). 본 발명의 방법에 있어 펜탄올은 SDME 적용을 위한 유기 억셉터로 작용하며, 특징적으로 나아가 LVSEP 적용을 위한 시료 매트릭스로도 작용하게 된다. LVSEP 적용 시 모세관의 인렛부분에 역전압을 걸어주게 되면 추출 시료에 전기장이 많이 가해지게 되고, 동시에 EOF는 모세관의 인렛부분 쪽으로 향하는 방향이기 때문에 시료 매트릭스는 모세관 밖으로 빠져나가게 된다. 이에 따라 추출 시료는 모세관 밖으로 빠져나가는 시료 매트릭스 영역과 런버퍼 사이의 농축 영역에서 스태킹된다(도 2(d)).For the extracted sample injected into the capillary tube through step f) (SDME application) of the method of the present invention, LVSEP is applied from step g) (Fig. 2(d)). In the method of the present invention, pentanol acts as an organic acceptor for SDME application, and also acts as a sample matrix for LVSEP application. When applying LVSEP, if a reverse voltage is applied to the inlet of the capillary tube, a large electric field is applied to the extracted sample, and at the same time, the EOF is in the direction toward the inlet of the capillary tube, so the sample matrix escapes from the capillary tube. Accordingly, the extracted sample is stacked in the concentration region between the sample matrix region and the run buffer exiting the capillary tube (Fig. 2(d)).

본 발명의 방법의 g) 단계에서 역전압을 걸어줄 때, 전기삼투흐름(EOF)이 시료의 전기영동속도보다 작도록 한다. 추출 시료가 다량 주입되어 있는 LVSEP 적용 초기에는 EOF가 시료의 전기영동 속도(electrophoretic velocity; EPV)보다 크지만, 시료 매트릭스가 빠져나가서 분리가 일어날 때는 EOF가 더 작아야만 한다. 이를 위하여, 본 발명의 런버퍼는 바람직하게 EOF를 크게 낮출 수 있는 비수용액성 용매를 버퍼로 사용하는 형태일 수 있으며, 보다 바람직하게 상기 비수용액성 용매는 메탄올일 수 있다. 또는 EOF를 낮출 목적으로, 본 발명의 런버퍼는 중성 또는 낮은 pH의 버퍼에 전기삼투흐름 변형제(EOF modifier)를 첨가하여 사용하는 형태일 수도 있다. 따라서 크게 감소된 EOF로 인해서 농축된 추출 시료의 전기영동 속도는 상기 EOF를 극복하고 검출기 쪽으로 진행하면서 서로 분리되게 된다. 즉 LVSEP는 낮은 전기 전도도를 갖는 용액에 녹아 있는 추출 시료를 모세관에 다량 주입한 후 역전압을 걸면, 시료의 매트릭스가 EOF에 의해 시료 주입부 쪽으로 제거되어 높은 분리도를 가지면서 시료가 농축되는 방법으로 높은 농축 효과를 기대할 수 있다.When applying a reverse voltage in step g) of the method of the present invention, the electroosmotic flow (EOF) is made to be less than the electrophoretic speed of the sample. In the initial application of LVSEP, where a large amount of extracted sample is injected, the EOF is greater than the electrophoretic velocity (EPV) of the sample, but when separation occurs due to the sample matrix escaping, the EOF must be smaller. To this end, the run buffer of the present invention may preferably be in the form of using a non-aqueous solvent capable of significantly lowering EOF as a buffer, and more preferably, the non-aqueous solvent may be methanol. Alternatively, for the purpose of lowering EOF, the run buffer of the present invention may be in a form in which an electroosmotic flow modifier (EOF modifier) is added to a neutral or low pH buffer. Therefore, due to the greatly reduced EOF, the electrophoretic speed of the concentrated extracted sample is separated from each other while overcoming the EOF and proceeding toward the detector. In other words, LVSEP is a method in which a large amount of extracted sample dissolved in a solution with low electrical conductivity is injected into a capillary tube and then reverse voltage is applied, the matrix of the sample is removed toward the sample injection part by EOF and the sample is concentrated while having a high degree of separation. High concentration effect can be expected.

본 발명의 방법의 g) 단계에서, 역전압을 걸어주어 추출된 시료를 스태킹하는 동안, 시료의 매트릭스인 펜탄올이 전기삼투흐름에 의해 모세관의 인렛부분 쪽으로 제거되게 된다. 이 때 펜탄올이 전기삼투흐름에 의해 모세관의 인렛부분 쪽으로 제거되는 동안에도, 모세관 아웃렛 쪽의 컬럼의 비어가는 공간을 런버퍼가 보충하여 채우게 된다.In step g) of the method of the present invention, while the sample extracted by applying a reverse voltage is stacked, pentanol, which is a matrix of the sample, is removed toward the inlet portion of the capillary tube by electroosmotic flow. At this time, even while pentanol is removed toward the inlet portion of the capillary tube by the electroosmotic flow, the run buffer fills the empty space of the column on the capillary outlet side.

본 발명의 방법의 g) 단계에서는, 시료를 스태킹하고 모세관 전기영동의 전류변화를 관찰하여 전류의 변화가 급격히 일어날 때 상기 아웃렛 저장용기를 제거하게 된다. LVSEP 과정 중에 모세관 전기영동의 전류를 관찰하면 시료 매트릭스가 빠지고 런버퍼가 채워질 때 전류가 급격히 변화하며, 이 때 모세관 아웃렛(capillary outlet)에 놓았던 런버퍼 저장용기를 제거한다. 전류가 급격히 변화함에 있어서, 전류값의 급격한 증가 정도는 바람직하게 3.0 μA 이상이며, 보다 바람직 하게 3.0 내지 8.0 μA이다.In step g) of the method of the present invention, the outlet storage container is removed when the sample is stacked and the current change in capillary electrophoresis is observed. If the current of capillary electrophoresis is observed during LVSEP process, the current changes rapidly when the sample matrix is removed and the run buffer is filled. At this time, the run buffer storage container placed in the capillary outlet is removed. When the current rapidly changes, the degree of rapid increase in the current value is preferably 3.0 μA or more, and more preferably 3.0 to 8.0 μA.

본 발명의 방법의 h) 단계에서는(도 2(e)), 모세관 아웃렛(capillary outlet)에 놓았던 런버퍼 저장용기가 이미 제거된 상태이며, 전기분무 이온화 전압(electrospray ionization voltage)을 주게 되면 CE와 MS를 통해 걸리는 전체 전압의 크기가 줄어들기 때문에 몇 분 후 전류값이 약간 변한다. 결과적으로 이전 단계에서 스태킹된 농축시료는 모세관 아웃렛(capillary outlet) 쪽으로 이동하면서 전기영동에 의하여 분리되어 질량분석기로 검출이 가능해진다.In step h) of the method of the present invention (FIG. 2(e)), the run buffer storage container placed in the capillary outlet has already been removed, and when an electrospray ionization voltage is applied, CE and Since the magnitude of the total voltage across the MS decreases, the current value changes slightly after a few minutes. As a result, the concentrated sample stacked in the previous step is separated by electrophoresis while moving toward the capillary outlet, and can be detected with a mass spectrometer.

본 발명은 SDME와 LVSEP을 모두 CE-ESI-MS에 연동하는 방법을 적용하여, 추출된 시료의 농축계수를 개별적인 SDME 또는 LVSEP 연동의 경우에 비하여 현저히 향상시키고, 시료를 고감도로 분석할 수 있다.In the present invention, by applying a method of linking both SDME and LVSEP to CE-ESI-MS, the concentration coefficient of the extracted sample is significantly improved compared to the case of individual SDME or LVSEP linkage, and the sample can be analyzed with high sensitivity.

본 발명은 SDME와 LVSEP을 모두 CE-ESI-MS에 연동하는 방법을 적용하여, 복잡한 과정을 거치지 않고도 추출된 저농도의 토양 오염물질 시료의 농축계수를 현저히 향상시키고 시료를 고감도로 분석할 수 있다.In the present invention, by applying a method of linking both SDME and LVSEP to CE-ESI-MS, the concentration coefficient of the extracted low-concentration soil pollutant sample can be significantly improved and the sample can be analyzed with high sensitivity without going through a complicated process.

도 1은 본 발명의 방법에 적용되는 장치적 특징의 개념도식도이다.
도 2는 본 발명의 방법에 대한 개략적인 설명을 하기 위한 개념도식도이다.
도 3에서, (a)는 5 μM의 시료에 대하여 종래의 CE-ESI-MS를 적용한데 따른 Mass electropherogram을 보여주며, (b)는 10 nM의 시료에 대하여 본 발명의 SDME-LVSEP-CE-ESI-MS를 적용한데 따른 Mass electropherogram을 보여준다. 시료 피크: (1) MCPA; (2) 2,4,5-트리플루오로벤조산; (3) 2,3,4,5-테트라플루오로벤조산; (4) 4,6-DNOC; (5) 2,4-DNP
도 4는 오염물질 시료를 포함하는 실제 토양 샘플에 대하여 본 발명의 SDME-LVSEP-CE-ESI-MS를 적용한데 따른 Mass electropherogram을 보여준다. SDME-LVSEP-CE-ESI-MS를 적용하기 직전에, 시료에 포함된 각각의 분석물질의 스파이킹된 농도(spiked concentration)는 20 μg/L이다. 시료 피크: (1) MCPA; (2) 2,4,5-트리플루오로벤조산; (3) 2,3,4,5-테트라플루오로벤조산; (4) 4,6-DNOC; (5) 2,4-DNP
1 is a schematic diagram of a device feature applied to the method of the present invention.
2 is a conceptual diagram for schematically explaining the method of the present invention.
In Figure 3, (a) shows the mass electropherogram according to the application of the conventional CE-ESI-MS for a sample of 5 μM, (b) is SDME-LVSEP-CE- of the present invention for a sample of 10 nM. It shows the mass electropherogram according to the application of ESI-MS. Sample peak: (1) MCPA; (2) 2,4,5-trifluorobenzoic acid; (3) 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid; (4) 4,6-DNOC; (5) 2,4-DNP
4 shows a mass electropherogram according to applying SDME-LVSEP-CE-ESI-MS of the present invention to an actual soil sample including a pollutant sample. Immediately before applying SDME-LVSEP-CE-ESI-MS, the spiked concentration of each analyte contained in the sample is 20 μg/L. Sample peak: (1) MCPA; (2) 2,4,5-trifluorobenzoic acid; (3) 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid; (4) 4,6-DNOC; (5) 2,4-DNP

이하, 하기 실시예에서 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail in the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited to the following examples, and can be substituted and equivalent to other examples within the scope not departing from the technical spirit of the present invention. Will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.

<시료 준비><Sample preparation>

2,4,5-트리플루오로벤조산, 2,3,4,5-테트라플루오로벤조산, 및 2,4-디니트로페놀은 Aldrich(Milwaukee, WI, USA)로부터 구입하였다. (4-클로로-2-메틸페녹시)아세트산(MCPA)은 TCI(Tokyo, Japan)로부터 구입하였다. 2-메틸-4,6-디니트로페놀(4,6-DNOC), 포름산암모늄(ammonium formate), 수산화나트륨(sodium hydroxide), 수산화암모늄 용액(ammonium hydroxide solution), 초산암모늄(ammonium acetate), 염산(hydrochloric acid), HPLC용 등급의 메탄올(HPLC-grade methanol), HPLC용 등급의 펜탄올(1-펜탄올)(HPLC-grade 1-pentanol), 및 HPLC용 등급의 이소프로필알코올(HPLC-grade isopropyl alcohol)은 Sigma(St. Louis, Mo, USA)로부터 구입하였다. 디이온화된 물(Deionized water)은 Milli-Q system(Millipore, Bedford, MA, USA)을 사용하여 준비하였다.2,4,5-trifluorobenzoic acid, 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid, and 2,4-dinitrophenol were purchased from Aldrich (Milwaukee, WI, USA). (4-chloro-2-methylphenoxy)acetic acid (MCPA) was purchased from TCI (Tokyo, Japan). 2-methyl-4,6-dinitrophenol (4,6-DNOC), ammonium formate, sodium hydroxide, ammonium hydroxide solution, ammonium acetate, hydrochloric acid (hydrochloric acid), HPLC-grade methanol, HPLC-grade pentanol (1-pentanol), and HPLC-grade isopropyl alcohol (HPLC-grade) isopropyl alcohol) was purchased from Sigma (St. Louis, Mo, USA). Deionized water was prepared using a Milli-Q system (Millipore, Bedford, MA, USA).

<CE-ESI-MS><CE-ESI-MS>

모세관의 기본 형태는 총 길이 100 cm, 50 μm ID, 및 280 μm OD를 가지는 코팅되지 않은 fused silica capillary(Postnova, Landsberg am Lech, Germany)이며, 모세관을 80 psi에서 0.1 M NaOH, 물 및 런버퍼로 각각 10분간 씻었다. 런버퍼는 메탄올을 가지고 pH 8.0으로 맞춘 25 mM 포름산암모늄(ammonium formate)이다. 모세관 카트리지는 25℃에서 세팅하였다.The basic shape of the capillary is an uncoated fused silica capillary (Postnova, Landsberg am Lech, Germany) with a total length of 100 cm, 50 μm ID, and 280 μm OD, and the capillary is 0.1 M NaOH, water and run buffer at 80 psi. Washed for 10 minutes each. The run buffer is 25 mM ammonium formate adjusted to pH 8.0 with methanol. The capillary cartridge was set at 25°C.

CE는 32 Karat 소프트웨어를 갖는 Beckman(Fullerton, CA, USA)의 MDQ CE 시스템을 사용하여 수행하였으며, 전기영동은 -22 kV의 역전압으로 행해졌다. MS는 triple quadrupole mass spectrometer(Quattro LC, Waters-Micromass, Manchester, UK)를 가지고 수행하였으며, Masslynx 3.3 소프트웨어로 조절하였다. MS에서 이소프로필알코올/물(80:20 v/v) 혼합용매 내 2mM 초산암모늄(ammonium acetate)의 시이스액(sheath liquid)은 시린지 펌프에 의해 1.0 μL/min의 속도로 흘려 주었다. MS에서 음이온화 모드(negative ionization mode)에서 20 V(cone voltage of 20 V)가 사용되었다. MS에서 이온화소스 블록 온도(ionization source block temperature)는 80℃로 세팅되었으며, 20 L/h의 흐름속도의 질소가스가 흡입가스(nebulizer gas)로 사용되었다. ESI 전압은 -2.5 kV로 세팅되었다.CE was performed using the MDQ CE system of Beckman (Fullerton, CA, USA) with 32 Karat software, and electrophoresis was performed with a reverse voltage of -22 kV. MS was performed with a triple quadrupole mass spectrometer (Quattro LC, Waters-Micromass, Manchester, UK), and was controlled with Masslynx 3.3 software. In MS, a sheath liquid of 2 mM ammonium acetate in isopropyl alcohol/water (80:20 v/v) mixed solvent was flowed at a rate of 1.0 μL/min by a syringe pump. In MS, 20 V (cone voltage of 20 V) was used in negative ionization mode. In MS, the ionization source block temperature was set to 80°C, and nitrogen gas with a flow rate of 20 L/h was used as the nebulizer gas. The ESI voltage was set to -2.5 kV.

분석 시료는 MCPA, 2,4,5-트리플루오로벤조산, 2,3,4,5-테트라플루오로벤조산, 4,6-DNOC 및 2,4-DNP으로 이루어진 혼합물로서, 런버퍼에 5 μM의 농도로 용해된 상태로 10초 동안 1 psi 압력 하에 모세관에 주입되었다.Analytical sample is a mixture consisting of MCPA, 2,4,5-trifluorobenzoic acid, 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid, 4,6-DNOC and 2,4-DNP, 5 μM in run buffer It was injected into the capillary tube under 1 psi pressure for 10 seconds in a dissolved state at a concentration of.

분석 시료의 CE-ESI-MS에 대한 MS 스펙트럼 데이터는 m/z 20~500 범위에서 MRM(multiple reaction monitoring) 모드 하에서 기록되었으며([표 1]), 아울러 Mass electropherogram을 관찰하였다(도 3(a)).MS spectral data for CE-ESI-MS of the analysis sample were recorded under the MRM (multiple reaction monitoring) mode in the range of m/z 20 to 500 ([Table 1]), and also observed a mass electropherogram (Fig. 3(a )).

Figure 112019075734695-pct00001
Figure 112019075734695-pct00001

<SDME-LVSEP-CE-ESI-MS: 실시예 1><SDME-LVSEP-CE-ESI-MS: Example 1>

사용되는 모세관은 총 길이 100 cm, 50 μm ID, 및 280 μm OD를 가지는 fused silica capillary(Postnova, Landsberg am Lech, Germany)이며, 사용되는 런버퍼는 메탄올을 가지고 pH 8.0으로 맞춘 25 mM 포름산암모늄(ammonium formate) 이었다.The capillary used is a fused silica capillary (Postnova, Landsberg am Lech, Germany) having a total length of 100 cm, 50 μm ID, and 280 μm OD, and the run buffer used is 25 mM ammonium formate ( ammonium formate).

SDME 본격 적용에 앞서, 모세관을 1 M NaOH 및 물로 각각 10분간 씻었으며, 모세관의 인렛부분을 소수성 지지체인 테프론 슬리브(Teflon sleeve)(500 μm OD, Zeus, SC, USA)로 코팅하였다(도 1).Prior to the full-scale application of SDME, the capillary was washed with 1 M NaOH and water for 10 minutes, respectively, and the inlet portion of the capillary was coated with a hydrophobic support, Teflon sleeve (500 μm OD, Zeus, SC, USA) (FIG. 1 ).

SDME 본격 적용에 있어, 인렛부분이 테프론 슬리브로 코팅된 모세관에 런버퍼를 주입하여 채웠다. 또한 질량분석기(MS)의 오리피스(orifice) 쪽의 모세관 아웃렛(outlet)에 런버퍼가 담겨진 아웃렛 저장용기를 두어 모세관 아웃렛이 잠기도록 하였다.In the full-scale application of SDME, run buffer was injected into a capillary tube coated with a Teflon sleeve to fill the inlet. In addition, an outlet storage container containing a run buffer was placed in the capillary outlet on the orifice side of the mass spectrometer (MS) so that the capillary outlet was immersed.

다음으로 유기 억셉터인 펜탄올을 모세관에 모세관 전체 부피 대비 10%(180 nL)로 주입 후(도 2(a)), 모세관의 인렛(inlet)부분을 도우너 용액(0.1 M HCl 산성수용액: pH 1.0)에 담궜다. 이 때 도우너 용액(시료용액)은 분석 시료를 포함하며, 분석 시료는 토양 오염물질로 MCPA, 2,4,5-트리플루오로벤조산, 2,3,4,5-테트라플루오로벤조산, 4,6-DNOC 및 2,4-DNP으로 이루어진 혼합물(도우너 용액 내 농도: 10 nM)이었다. 도우너 용액의 pH 조건인 pH 1.0에서, 상기 오염물질은 주로 중성 상태로 존재하게 됨을 확인하였다.Next, pentanol, an organic acceptor, is injected into the capillary at 10% (180 nL) of the total volume of the capillary tube (Fig. 2(a)), and then the inlet of the capillary is filled with a donor solution (0.1 M HCl acidic aqueous solution: pH). 1.0). At this time, the donor solution (sample solution) contains an analysis sample, and the analysis sample is a soil contaminant such as MCPA, 2,4,5-trifluorobenzoic acid, 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid, 4, It was a mixture consisting of 6-DNOC and 2,4-DNP (concentration in donor solution: 10 nM). It was confirmed that at pH 1.0, which is the pH condition of the donor solution, the contaminants mainly exist in a neutral state.

다음으로 20분 동안 2 psi로 역방향의 압력을 가하여 모세관에 주입된 펜탄올을 모세관의 인렛부분 쪽으로 끌어당겨 모세관의 인렛부분의 끝에 유기 방울을 형성하였으며, 이에 따라 모세관의 아웃렛 쪽의 컬럼의 비어가는 공간을 아웃렛 저장용기의 런버퍼로 보충하여 채웠다. 모세관의 인렛부분의 끝에 형성된 펜탄올 유기 방울로 도우너 용액(시료용액)으로부터 분석 시료를 10분간 추출하였으며(도 2(b)), 이 때 10분 동안 0.8 psi의 압력으로 방울 표면의 표면력(surface force)을 상쇄(counteract)함으로서 추출 과정에서의 방울의 안정성을 유지하였다.Next, by applying reverse pressure at 2 psi for 20 minutes, pentanol injected into the capillary was pulled toward the inlet portion of the capillary to form organic droplets at the end of the inlet portion of the capillary. The space was filled with the run buffer of the outlet storage container. An analysis sample was extracted from the donor solution (sample solution) for 10 minutes with pentanol organic droplets formed at the end of the inlet portion of the capillary tube (Fig. 2(b)), and at this time, the surface force of the droplet surface at 0.8 psi for 10 minutes force), thereby maintaining the stability of the drop in the extraction process.

다음으로 분석 시료가 농축된 펜탄올 방울내의 억셉터 용액에 0.9분 동안 5 psi로 유압(hydrodynamically)을 가하여 추출된 분석 시료를 모세관에 주입하였으며(도 2(c)), 이 때 상기 억셉터 용액을 모세관에 모세관 전체 부피 대비 10%로 주입하였다. 이어서 모세관의 인렛부분을 런버퍼에 담궜으며, 구체적으로 모세관의 인렛부분이 담기는 저장용기가 도우너 용액 저장용기에서 런버퍼 저장용기로 바뀌는 것에 해당한다. 이 때까지의 SDME 적용은 10분 동안 진행되었다.Next, the extracted analytical sample was injected into the capillary by applying hydraulically (hydrodynamically) at 5 psi for 0.9 minutes to the acceptor solution in the pentanol drop in which the analysis sample was concentrated (Fig. 2(c)), at this time, the acceptor solution Was injected into the capillary tube at 10% of the total volume of the capillary tube. Subsequently, the inlet portion of the capillary is immersed in the run buffer, and specifically, the storage container containing the inlet portion of the capillary tube is changed from the donor solution storage container to the run buffer storage container. SDME application up to this point proceeded for 10 minutes.

다음으로 모세관의 인렛부분에 -22 kV의 역전압을 걸어주어 추출된 분석 시료를 스태킹하는 것으로 LVSEP의 적용이 시작되었으며(도 2(d)), 모세관에 주입된 억셉터 용액의 펜탄올은 LVSEP 적용을 위한 시료 매트릭스로도 작용하였다. LVSEP의 적용에 의하여 EOF는 모세관의 인렛부분 쪽으로 향하는 방향이기 때문에 시료 매트릭스인 펜탄올은 모세관 밖으로 빠져나가게 되며, 이 때도 모세관 아웃렛 쪽의 컬럼의 비어가는 공간을 아웃렛 저장용기의 런버퍼로 보충하여 채웠다. 추출된 분석 시료는 모세관 밖으로 빠져나가는 시료 매트릭스 영역과 런버퍼 사이의 농축 영역에서 스태킹되며(도 2(d)), 모세관 전기영동의 전류가 13 ± 2 분 안에 약 0 μA에서 5.5 ± 0.3 μA로 급격하게 증가했을 때 아웃렛 저장용기를 수동으로 제거하였으며, 이와 같이 모세관 전기영동의 전류가 급격하게 변하는 것을 확인함으로서 시료 스태킹을 완료하였다. 억셉터 용액을 모세관에 주입한 시점을 기준으로 시료 스태킹은 15분 후에 완료되었다.Next, the application of LVSEP was started by applying a reverse voltage of -22 kV to the inlet portion of the capillary and stacking the extracted analysis sample (Fig. 2(d)), and the pentanol of the acceptor solution injected into the capillary tube was LVSEP. It also served as a sample matrix for application. As the EOF is directed toward the inlet part of the capillary tube by the application of LVSEP, pentanol, the sample matrix, escapes from the capillary tube, and at this time, the empty space of the column on the capillary outlet side was filled by supplementing the run buffer of the outlet storage container. . The extracted analysis sample is stacked in the concentration area between the sample matrix area exiting the capillary tube and the run buffer (Fig. 2(d)), and the current of capillary electrophoresis is from about 0 μA to 5.5 ± 0.3 μA in 13 ± 2 minutes. When it increased rapidly, the outlet storage container was manually removed, and sample stacking was completed by confirming that the current of capillary electrophoresis changed rapidly as described above. Sample stacking was completed after 15 minutes from the time point when the acceptor solution was injected into the capillary tube.

다음으로 CE-ESI-MS와의 연동이 이루어졌다. CE는 32 Karat 소프트웨어를 갖는 Beckman(Fullerton, CA, USA)의 MDQ CE 시스템을 사용하여 수행하였으며, 전기영동에 의한 시료의 분리는 0.7 psi 압력 하에 -22 kV의 전압을 적용하여 행해졌다. MS는 triple quadrupole mass spectrometer(Quattro LC, Waters-Micromass, Manchester, UK)를 가지고 수행하였으며, Masslynx 3.3 소프트웨어로 조절하였다. MS에서 이소프로필알코올/물(80:20 v/v) 혼합용매 내 2mM 초산암모늄(ammonium acetate)의 시이스액(sheath liquid)은 시린지 펌프에 의해 1.0 μL/min의 속도로 흘려 주었다. MS에서 음이온화 모드(negative ionization mode)에서 20 V(cone voltage of 20 V)가 사용되었다. MS에서 이온화소스 블록 온도(ionization source block temperature)는 80℃로 세팅되었으며, 20 L/h의 흐름속도의 질소가스가 흡입가스(nebulizer gas)로 사용되었다. ESI 전압은 -2.5 kV로 세팅되었다. ESI 전압의 적용으로, 스태킹된 농축시료로 MCPA, 2,4,5-트리플루오로벤조산, 2,3,4,5-테트라플루오로벤조산, 4,6-DNOC 및 2,4-DNP으로 이루어진 혼합물에 있어 각각의 개별 물질들은 수소이온이 떨어져나간 음이온으로 해리되게 된다. 따라서 음이온으로 해리된 상기 각각의 개별 물질들로 이루어진 혼합물 시료는 모세관 아웃렛(capillary outlet) 쪽으로 이동하면서 전기영동에 의하여 분리되어 질량분석기로 검출이 가능해지며(도 2(e)), 이에 따라 Mass electropherogram을 관찰하였다(도 3(b)).Next, interworking with CE-ESI-MS was established. CE was performed using the MDQ CE system of Beckman (Fullerton, CA, USA) with 32 Karat software, and the sample separation by electrophoresis was performed by applying a voltage of -22 kV under 0.7 psi pressure. MS was performed with a triple quadrupole mass spectrometer (Quattro LC, Waters-Micromass, Manchester, UK), and was controlled with Masslynx 3.3 software. In MS, a sheath liquid of 2 mM ammonium acetate in isopropyl alcohol/water (80:20 v/v) mixed solvent was flowed at a rate of 1.0 μL/min by a syringe pump. In MS, 20 V (cone voltage of 20 V) was used in negative ionization mode. In MS, the ionization source block temperature was set to 80°C, and nitrogen gas with a flow rate of 20 L/h was used as the nebulizer gas. The ESI voltage was set to -2.5 kV. With the application of ESI voltage, stacked concentrated samples consisted of MCPA, 2,4,5-trifluorobenzoic acid, 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid, 4,6-DNOC and 2,4-DNP. Each individual substance in the mixture is dissociated into an anion from which hydrogen ions are released. Therefore, the mixture sample composed of the individual substances dissociated into anions is separated by electrophoresis while moving toward the capillary outlet, so that it can be detected with a mass spectrometer (Fig. 2(e)), and accordingly, the mass electropherogram Was observed (Fig. 3(b)).

한편 도 3(b)에 따른 본 발명의 SDME-LVSEP-CE-ESI-MS에 대한 Mass electropherogram(도 3(b))에서는, 각각의 분석 물질에 대한 피크의 이동 시간(migration time)이 CE-ESI-MS의 경우(도 3(a))에 비하여 15분 정도 더 길은 것으로 관찰된다. 본 발명의 경우 LVSEP의 적용에 따른 시료 스태킹에 15분의 시간이 소요되는 것이 상기 시간적 차이를 유발시키는 것으로 사료된다.Meanwhile, in the mass electropherogram (FIG. 3(b)) for the SDME-LVSEP-CE-ESI-MS of the present invention according to FIG. 3(b), the migration time of the peak for each analyte is CE- It is observed that it is about 15 minutes longer than in the case of ESI-MS (Fig. 3(a)). In the case of the present invention, it is considered that the time difference is caused by the time required for sample stacking according to the application of LVSEP of 15 minutes.

<SDME-LVSEP-CE-ESI-MS, LVSEP-CE-ESI-MS 및 SDME-CE-ESI-MS에 따른 시료의 농축계수(EF: enrichment factor) 비교><Comparison of enrichment factor (EF) of samples according to SDME-LVSEP-CE-ESI-MS, LVSEP-CE-ESI-MS and SDME-CE-ESI-MS>

실시예 1(SDME-LVSEP-CE-ESI-MS): 앞서 상세 기재한 바와 같이 본 발명의 SDME-LVSEP-CE-ESI-MS을 적용한 데 따르며, 분석 시료는 MCPA, 2,4,5-트리플루오로벤조산, 2,3,4,5-테트라플루오로벤조산, 4,6-DNOC 및 2,4-DNP으로 이루어진 혼합물이다. 분석 시료는 10 nM의 농도로 도우너 용액에 용해되었다. Example 1 (SDME-LVSEP-CE-ESI-MS) : As described in detail above, according to the application of the SDME-LVSEP-CE-ESI-MS of the present invention, the analysis sample was MCPA, 2,4,5-tree It is a mixture consisting of fluorobenzoic acid, 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid, 4,6-DNOC and 2,4-DNP. Analytical samples were dissolved in the donor solution at a concentration of 10 nM.

비교예 1(LVSEP-CE-ESI-MS): SDME를 적용하지 않는 것과 분석 시료의 농도가 상이한 것을 제외하고는, 기본적으로 실시예 1에서와 동일한 방법이 적용되었다. 분석 시료는 실시예 1의 경우와 동일한 물질이다. 런버퍼 역시 실시예 1의 경우와 동일하게 메탄올을 가지고 pH 8.0으로 맞춘 25 mM 포름산암모늄(ammonium formate)이다. 분석 시료는 200 nM의 농도로 펜탄올에 용해되었으며, 이에 따라 분석 시료를 포함한 펜탄올 용액은 모세관에 모세관 전체 부피 대비 10%로 주입되었다. 다음으로 실시예 1과 동일하게 -22 kV의 역전압을 걸어주어 시료를 스태킹하였으며, 스태킹 완료 후에는 실시예 1의 경우와 동일한 CE-ESI-MS 작동 조건이 적용되었다. Comparative Example 1 (LVSEP-CE-ESI-MS) : Basically the same method as in Example 1 was applied, except that SDME was not applied and the concentration of the assay sample was different. The analysis sample was the same material as in Example 1. Run buffer is also 25 mM ammonium formate adjusted to pH 8.0 with methanol in the same manner as in Example 1. The analysis sample was dissolved in pentanol at a concentration of 200 nM, and accordingly, a pentanol solution including the analysis sample was injected into the capillary tube at 10% of the total volume of the capillary tube. Next, the samples were stacked by applying a reverse voltage of -22 kV in the same manner as in Example 1, and after completion of the stacking, the same CE-ESI-MS operating conditions as in Example 1 were applied.

비교예 2(SDME-CE-ESI-MS): LVSEP를 적용하지 않는 것과 분석 시료의 농도가 상이한 것을 제외하고는, 기본적으로 실시예 1에서와 동일한 방법이 적용되었다. 분석 시료는 실시예 1의 경우와 동일한 물질이다. 런버퍼 역시 실시예 1의 경우와 동일하게 메탄올을 가지고 pH 8.0으로 맞춘 25 mM 포름산암모늄(ammonium formate)이다. 분석 시료는 100 nM의 농도로 도우너 용액(0.1 M HCl 산성수용액)에 용해되었으며, 분석 시료를 추출할 유기 억셉터로는 실시예 1의 경우와 동일하게 펜탄올이 사용되었다. 다음으로 실시예 1의 경우와 동일하게 모세관의 인렛부분의 끝에 형성된 펜탄올 유기 방울로 도우너 용액으로부터 분석 시료를 10분간 추출하였으며, 추출된 시료를 모세관에 주입한 후의 CE-ESI-MS 작동 조건은 실시예 1의 경우와 동일하였다. Comparative Example 2 (SDME-CE-ESI-MS) : Basically the same method as in Example 1 was applied, except that LVSEP was not applied and the concentration of the assay sample was different. The analysis sample was the same material as in Example 1. Run buffer is also 25 mM ammonium formate adjusted to pH 8.0 with methanol in the same manner as in Example 1. The analysis sample was dissolved in a donor solution (0.1 M HCl acidic aqueous solution) at a concentration of 100 nM, and pentanol was used as in Example 1 as an organic acceptor to extract the analysis sample. Next, in the same manner as in Example 1, an analysis sample was extracted from the donor solution with pentanol organic droplets formed at the end of the inlet portion of the capillary tube for 10 minutes, and the CE-ESI-MS operating conditions after injecting the extracted sample into the capillary tube were It was the same as in Example 1.

종래의 CE-ESI-MS의 적용 경우와 대비하여 상기 실시예 1 및 비교예들의 각각의 방법의 적용에 따른 시료의 농축계수를 하기 [표 2](농축계수들의 비교(n=4))에 기재하였다.In contrast to the application of the conventional CE-ESI-MS, the concentration coefficient of the sample according to the application of each method of Example 1 and Comparative Examples is shown in the following [Table 2] (comparison of concentration coefficients ( n = 4)). Described.

Figure 112019075734695-pct00002
Figure 112019075734695-pct00002

일단 상기 [표 2]의 기재에 의하면, 본 발명의 실시예 1의 방법의 적용 시 수백 내지 천 배(several hundred to- thousand-fold)의 농축계수가 확인된다. 하지만 비교예들의 방법의 적용시에는, 수십 배(scores-fold)의 농축계수가 확인될 뿐이다. 따라서 상기 [표 2]의 대비에서와 같이, 본 발명의 실시예 1에서의 분석 시료를 구성하는 각각의 개별물질들에 대한 농축계수 값은 비교예들의 경우에 비하여 10배 이상으로 향상된 것으로 확인된다. 이 때 본 발명의 실시예 1에서의 분석 시료의 농도는 저농도인 10 nM임을 감안하면, 상기와 같이 향상된 농축계수는 본 발명의 현저성을 더욱 뒷받침한다. 즉 SDME와 LVSEP를 모두 연동하는 본 발명의 방법의 적용 시, 이중 농축(double concentration)에 따른 시너지 효과가 확인되는 것이다. 특히 분석 시료는 토양에 포함될 수 있는 오염물질인 이상, 본 발명의 방법에 의하여 저농도의 토양 오염물질 시료를 고농축계수에 따라 고감도로 분석할 수 있다.First, according to the description of [Table 2], when the method of Example 1 of the present invention is applied, a concentration factor of several hundred to thousand-fold is confirmed. However, when the method of the comparative examples is applied, a concentration factor of scores-fold is only confirmed. Therefore, as in the comparison of [Table 2], it was confirmed that the concentration coefficient value for each individual substance constituting the analysis sample in Example 1 of the present invention was improved by 10 times or more compared to the case of the comparative examples. . In this case, considering that the concentration of the assay sample in Example 1 of the present invention is 10 nM, which is a low concentration, the improved concentration factor as described above further supports the remarkability of the present invention. That is, when applying the method of the present invention in which both SDME and LVSEP are interlocked, a synergy effect due to double concentration is confirmed. In particular, as long as the analysis sample is a contaminant that may be included in the soil, a low-concentration soil contaminant sample can be analyzed with high sensitivity according to a high concentration factor by the method of the present invention.

<오염물질 시료를 포함하는 실제 토양 샘플에 대하여 본 발명의 SDME-LVSEP-CE-ESI-MS를 적용: 실시예 2><Applying SDME-LVSEP-CE-ESI-MS of the present invention to an actual soil sample containing a pollutant sample: Example 2>

0.5 g의 토양 샘플에 포함되는 분석 시료는 MCPA, 2,4,5-트리플루오로벤조산, 2,3,4,5-테트라플루오로벤조산, 4,6-DNOC 및 2,4-DNP으로 이루어진 혼합물이다. 분석 시료를 포함하는 상기 토양 샘플을 표준 용액(standard solution)으로 스파이킹(spiked)한 후, 상온에서 밤새 완전히 건조시켰다. 다음으로 물 10 mL를 토양 샘플에 첨가하고, 이에 따른 혼합물을 30분 동안 초음파처리(ultrasonicated)하였다. 초음파처리에 따른 상부 용액(upper solution) 1 mL를 0.2 M HCl로 희석하여 2 mL로 조정하였으며, 이에 따른 스파이킹(spiked)된 토양 샘플(농도 수준: 50 nM)에 바로 SDME-LVSEP-CE-ESI-MS를 적용하였다(SDME-LVSEP-CE-ESI-MS를 적용하기 직전에, 시료에 포함된 각각의 분석물질의 스파이킹된 농도(spiked concentration)는 20 μg/L). SDME-LVSEP-CE-ESI-MS의 적용에 있어, LVSEP에 따른 시료 스태킹 시간은 20분이었으며, 이에 따라 Mass electropherogram(도 4)에서의 각각의 분석 물질에 대한 피크의 이동 시간(migration time)이 CE-ESI-MS의 경우(도 3(a))에 비하여 20분 정도 더 길은 것으로 관찰되었다. 실시예 2에 있어서는 도우너 용액과 시료 스태킹 시간을 제외하고는 기본적으로 실시예 1에서와 동일한 방법이 적용된 것이며, Mass electropherogram(도 4)으로도 확인되듯이 실제 토양 샘플에 포함되는 저농도의 분석 시료에 대하여도 고감도 분석이 가능하였다.Analytical samples contained in 0.5 g of soil sample consisted of MCPA, 2,4,5-trifluorobenzoic acid, 2,3,4,5-tetrafluorobenzoic acid, 4,6-DNOC and 2,4-DNP. It is a mixture. The soil sample including the analysis sample was spiked with a standard solution and then completely dried at room temperature overnight. Next, 10 mL of water was added to the soil sample, and the resulting mixture was sonicated for 30 minutes. 1 mL of the upper solution according to the sonication was diluted with 0.2 M HCl and adjusted to 2 mL, and the resulting spiked soil sample (concentration level: 50 nM) was directly added to SDME-LVSEP-CE- ESI-MS was applied (just before SDME-LVSEP-CE-ESI-MS was applied, the spiked concentration of each analyte contained in the sample was 20 μg/L). In the application of SDME-LVSEP-CE-ESI-MS, the sample stacking time according to LVSEP was 20 minutes, and accordingly, the migration time of the peak for each analyte in the mass electropherogram (FIG. 4) was It was observed that it was about 20 minutes longer than in the case of CE-ESI-MS (Fig. 3(a)). In Example 2, except for the donor solution and sample stacking time, basically the same method as in Example 1 was applied, and as confirmed by mass electropherogram (FIG. 4), the analysis sample of low concentration contained in the actual soil sample High sensitivity analysis was also possible.

Claims (11)

a) 모세관에 런버퍼를 주입하여 채우는 단계;
b) 질량분석기(MS)의 오리피스(orifice) 쪽의 모세관 아웃렛(outlet)에 런버퍼(run buffer)가 담겨진 아웃렛 저장용기를 두어 모세관 아웃렛이 잠기도록 하는 단계;
c) 유기 억셉터인 펜탄올을 모세관에 모세관 전체 부피 대비 5 내지 20%로 주입 후, 모세관의 인렛(inlet)부분을 도우너 용액(시료용액)에 담그는 단계;
d) 모세관에 주입된 펜탄올을 모세관의 인렛부분쪽으로 끌어당겨 모세관의 인렛부분의 끝에 유기 방울을 형성하는 단계;
e) 상기 도우너 용액으로부터 상기 방울내로 시료를 적어도 5분 이상 동안 추출하는 단계;
f) 시료가 농축된 방울내의 억셉터 용액을 모세관에 모세관 전체 부피 대비 5 내지 15%로 주입하고, 모세관의 인렛부분을 런버퍼에 담그는 단계;
g) 모세관의 인렛부분에 역전압을 걸어주어 추출된 시료를 스태킹하고, 모세관 전기영동의 전류변화를 관찰하여 전류의 변화가 급격히 일어날 때 상기 아웃렛 저장용기를 제거하는 단계; 및
h) 질량분석기에서 시이쓰 용액(sheath liquid)을 흘려주고 전기분무 이온화 전압(electrospray ionization voltage: ESI voltage)을 가하여 스태킹된 농축시료가 질량분석기로 이동하도록 하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 c) 단계에 있어서, 상기 도우너 용액에 적용되는 시료는 토양 오염물질이고, 상기 도우너 용액의 pH는 0.5 내지 2이고, 상기 토양 오염물질은 상기 도우너 용액에 1 내지 70 nM의 농도로 포함되고,
상기 e) 단계의 추출 과정에 있어서, 상기 방울 표면의 표면력(surface force)을 상쇄(counteract)하기 위하여 5 내지 20분 동안 0.5 내지 1.0 psi의 압력 조건이 적용되고,
상기 f) 단계에 있어서, 시료가 농축된 방울내의 억셉터 용액에 0.5 내지 1분 동안 2 내지 6 psi의 유압을 가하여 추출된 시료를 모세관에 주입하고,
메탄올을 버퍼로 사용하는 상기 런버퍼는 포름산암모늄(ammonium formate)을 포함하고,
상기 g) 단계에 있어서, 전류가 급격히 변화함에 있어서, 전류값의 급격한 증가 정도는 3.0 내지 8.0 μA인,
단일 방울 미세추출법(SDME)과 전기삼투흐름펌프를 이용한 큰 부피 스태킹방법(LVSEP)을 CE-ESI-MS(모세관 전기영동-전기분무 이온화-질량분석기)와 연동함으로서 유기 방울로 추출된 시료의 스태킹, 분리 및 분석을 연속적으로 하는 방법.
a) filling the capillary tube by injecting a run buffer;
b) placing an outlet storage container containing a run buffer in the capillary outlet on the orifice side of the mass spectrometer (MS) so that the capillary outlet is immersed;
c) injecting pentanol, an organic acceptor, into the capillary at 5 to 20% of the total volume of the capillary tube, and then dipping the inlet portion of the capillary tube into a donor solution (sample solution);
d) pulling pentanol injected into the capillary tube toward the inlet portion of the capillary tube to form an organic droplet at the end of the inlet portion of the capillary tube;
e) extracting a sample from the donor solution into the droplet for at least 5 minutes;
f) injecting the acceptor solution in the drop in which the sample is concentrated into the capillary tube at 5 to 15% of the total volume of the capillary tube, and immersing the inlet portion of the capillary tube in the run buffer;
g) stacking the extracted sample by applying a reverse voltage to the inlet portion of the capillary tube, observing the current change in capillary electrophoresis, and removing the outlet storage container when the current change occurs rapidly; And
h) flowing a sheath liquid from a mass spectrometer and applying an electrospray ionization voltage (ESI voltage) to move the stacked concentrated sample to the mass spectrometer;
It characterized in that it comprises a,
In step c), the sample applied to the donor solution is a soil contaminant, the donor solution has a pH of 0.5 to 2, and the soil contaminant is contained in the donor solution at a concentration of 1 to 70 nM,
In the extraction process of step e), a pressure condition of 0.5 to 1.0 psi is applied for 5 to 20 minutes to counteract the surface force of the droplet surface,
In the step f), the extracted sample is injected into the capillary tube by applying a hydraulic pressure of 2 to 6 psi for 0.5 to 1 minute to the acceptor solution in the drop in which the sample is concentrated,
The run buffer using methanol as a buffer contains ammonium formate,
In the step g), when the current rapidly changes, the degree of rapid increase in the current value is 3.0 to 8.0 μA
Stacking of samples extracted as organic droplets by interlocking single droplet micro-extraction (SDME) and large-volume stacking method (LVSEP) using an electroosmotic flow pump with CE-ESI-MS (capillary electrophoresis-electrospray ionization-mass spectrometry) , How to separate and analyze continuously.
제 1항에 있어서,
상기 모세관은 280 μm의 외경(OD)을 가지며, 상기 모세관의 인렛부분은 소수성 지지체인 테프론 슬리브(Teflon sleeve)로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The method, characterized in that the capillary tube has an outer diameter (OD) of 280 μm, and the inlet portion of the capillary tube is coated with a Teflon sleeve, which is a hydrophobic support.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 g) 단계에 있어서, 전기삼투흐름(EOF)이 시료의 전기 영동속도보다 작도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The method in step g), wherein the electroosmotic flow (EOF) is less than the electrophoretic rate of the sample.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 g) 단계에 있어서, 역전압을 걸어주어 시료를 스태킹하는 동안, 시료의 매트릭스인 펜탄올이 전기삼투흐름에 의해 모세관의 인렛부분쪽으로 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
In step g), while the sample is stacked by applying a reverse voltage, pentanol, which is a matrix of the sample, is removed toward the inlet portion of the capillary tube by electroosmotic flow.
제 10항에 있어서,
상기 펜탄올이 전기삼투흐름에 의해 모세관의 인렛부분쪽으로 제거되는 동안에, 모세관 아웃렛 쪽의 컬럼의 비어가는 공간을 런버퍼가 보충하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 10,
While the pentanol is removed toward the inlet portion of the capillary tube by electroosmotic flow, the run buffer supplements the empty space of the column on the capillary outlet side.
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