KR102468586B1 - 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법 - Google Patents

알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알데히드류 또는 케톤류의 유도체화 및 TLC 분리를 통합할 수 있는 회전식 마이크로 디바이스를 이용하여 알데히드 또는 케톤류를 포함하는 복수개의 시료를 동시에 간단하고 신속하게 분리하여 검출하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 회전력에 의해 상기 TLC 플레이트에 시료 및 용리제를 순차적으로 유입시킨 후, 흡수패드를 거쳐 용리제를 이동시킴으로써 용리제의 균일 확산에 의해 TLC 상에서 시료를 안정적으로 분리할 수 있으며, 상기 회전력의 세기를 제어함으로써 상기 용매가 TLC 상으로 이동되는 속도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 시료를 한번 분리한 후, 회전에 의해 TLC 상에 잔류하는 용매를 건조시키고, 다시 회전력을 가하여 용리제의 유입 및 TLC 분리를 반복함으로써 TLC의 분리능(resolution)을 향상시킬 수 있다.

Description

알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법{METHOD OF DETECTING ALDEHYDES OR KETONES}
본 발명은 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 회전력을 이용하는 간단한 TLC 분리 방식으로 알데히드 또는 케톤 화합물을 신속하게 분리하여 검출하는 방법에 관한 것이다.
알데히드 및 케톤과 같은 카보닐(carbonyl) 화합물은 살균 작용 및 강력한 환원 작용을 가지기 때문에 다양한 분야에서 널리 이용되고 있지만, 독성이 강하고 인간과 동물에서 발암성이 있는 유해물질로 알려져 있다. 따라서, 카보닐 화합물의 규제가 강화되고 있으며, 이로 인해 유해성 카보닐 화합물에 대한 검출 및 분석 방법의 정립이 요구되고 있다.
한편, 카보닐 화합물은 발색단(chromophore)을 갖고 있지 않아 UV 검출기로는 검출할 수 없다. 따라서, 공기 및 물속에 존재하는 저분자량의 알데히드 및 케톤과 같은 카보닐 화합물은 2,4-디니트로페닐하이드라진(2,4-dinitrophenylhydrazine, DNPH)과 반응시켜 하이드라존 유도체를 수득한 후, 유도체화된 화합물을 고성능 액체 크로마토그래피(high performance liquid chromatography, HPLC)로 검출하는 방법이 주로 이용되고 있다(JP 2010-008311A 참조).
이러한 HPLC 방법은 대표적인 카보닐 화합물의 측정방법으로서 감도가 뛰어나며 선택적인 검출이 가능하다는 장점이 있지만, 유도체화를 위해 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용해야 하고 조작이 복잡한 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 한 목적은 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용하고 조작이 복잡한 HPLC를 대체할 수 있는, 보다 경제적이면서도 간단한 방식으로 알데히드 또는 케톤을 분리하여 검출하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법으로서,
(S1) 알데히드류 또는 케톤류용 유도체화 화합물이 충전된 시료 저장부, 용리제 저장부, 흡수 패드가 구비된 박막 크로마토그래피(thin layer chromatography, TLC) 플레이트, 상기 시료 저장부와 상기 TLC 플레이트를 연결하며 굴곡부를 구비한 제1 미세 유로, 및 상기 용리제 저장부와 상기 TLC 플레이트를 연결하며 굴곡부를 구비한 제2 미세 유로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 미세유로는 각각 굴곡부를 구비하며, 상기 제2 미세 유로의 굴곡부 개수가 상기 제1 미세 유로의 굴곡부 개수 보다 많은 하나 이상의 구조물이 회전식 플랫폼에 배치된 회전식 마이크로 디바이스를 준비하고, 상기 시료 저장부 및 상기 용리제 저장부에 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료 및 상기 시료를 전개시키기 위한 용리제를 각각 공급하는 단계;
(S2) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 1차 회전시켜 상기 유체 시료를 상기 시료 저장부에 충전되어 있는 유도체화 화합물과 반응시켜 알데히드류 또는 케톤류의 유도체화를 수행하는 단계;
(S3) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 2차 회전시켜 상기 유도체화된 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료를 상기 TLC 플레이트에 유입시키는 단계;
(S4) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 3차 회전시켜 상기 용리제를 상기 TLC 플레이트의 흡수 패드에 유입시키고, 상기 흡수 패드에 흡수된 용리제의 이동에 의해 상기 시료의 TLC 분리를 수행하는 단계;
(S5) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 4차 회전시켜 상기 TLC 플레이트를 건조시키는 단계; 및
(S6) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 5차 회전시켜 상기 용리제를 다시 상기 TLC 플레이트의 흡수 패드로 유입시키고, 상기 흡수 패드에 재흡수된 용리제의 이동에 의해 상기 시료의 TLC 분리를 반복 수행하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
상기 TLC 플레이트는 용리제 도입부, 시료 도입부 및 전개부를 포함하고, 상기 용리제 도입부에 흡수 패드가 구비되어 있으며, 상기 TLC 플레이트의 용리제 도입부는 상기 제2 미세 유로에 의해 상기 용리제 저장부와 연결되고, 상기 TLC 플레이트의 시료 도입부는 상기 제1 미세 유로에 의해 상기 시료 저장부와 연결될 수 있다.
상기 회전식 마이크로 디바이스에서, 상기 제1 미세 유로와 상기 제2 미세 유로는 공기 순환 채널에 의해 연결될 수 있고, 또한 상기 제1 미세 유로는 굴곡부와 TLC 플레이트의 시료 도입부 사이에 시료의 과량 도입을 방지하기 위한 페시료 채널(waste channel)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 (S2) 단계의 1차 회전 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스가 정지하는 동안 상기 유체화된 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료는 모세관력에 의해 상기 시료 저장부로부터 상기 제1 미세 유로 내로 이동하여 체류하고, 상기 용리제는 모세관력에 의해 이동하여 상기 용리제 저장부로부터 상기 제2 미세 유로 내로 이동하여 체류할 수 있다.
또한, 상기 (S3) 단계의 2차 회전 시에, 상기 유체화된 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료는 회전력에 의해 상기 제1 미세 유로로부터 이동하여 상기 TLC 플레이트로 유입되는 동안, 굴곡부의 개수가 많은 제2 미세 유로 내에 계속 체류할 수 있다.
상기 (S2) 단계의 1차 회전은 2,500 내지 5,000 rpm의 속도로 5 내지 20초 동안 수행되고, 상기 (S3) 단계의 2차 회전은 2,000 내지 4,000 rpm의 속도로 0.5 내지 2초 동안 수행될 수 있다.
상기 (S4) 단계의 3차 회전 및 상기 (S6) 단계의 5차 회전은 다른 단계들에 비해 상대적으로 가장 느린 속도 및 긴 시간 동안 수행함으로써 상기 용리제의 유입 및 상기 TLC 분리를 수행할 수 있으며, 상기 (S4) 단계의 3차 회전 및 상기 (S6) 단계의 5차 회전은 회전은 500 내지 1,000 rpm의 속도로 1 내지 5분 동안 수행될 수 있다. 상기 용리제가 유입되는 유량은 0.5 내지 1.5 ㎕/s일 수 있다.
또한, 상기 (S5) 단계에서 상기 TLC 플레이트를 건조시키기 위한 4차 회전은 2,000 내지 5,000 rpm의 속도로 3 내지 5분 동안 수행될 수 있다.
한편, 상기 TLC 플레이트의 전개부는 상기 회전식 마이크로 디바이스에서 회전 중심부의 반대쪽을 향하도록 배치될 수 있고, 상기 TLC 플레이트의 용리제 도입부에 구비된 흡수패드는 상기 TLC 플레이트 전체 길이의 5 내지 10%를 차지할 수 있다. 또한, 상기 흡수 패드는 OH 작용기를 갖는 섬유로부터 제조된 것, 예컨대 셀룰로오스 섬유, 젤라틴 섬유, 전분 섬유 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 제조된 것일 수 있다.
상기 유도체화 화합물은 2,4-디니트로페닐하이드라진(2,4-dinitrophenylhydrazine, 2,4-DNPH일 수 있으며, 상기 2,4-DNPH은 다공성 비드 형태인 실리카의 표면에 코팅되어 시료 저장부에 충전될 수 있다.
상기 알데히드류 또는 케톤류 시료는 포름알데히드(formaldehyde), 아세트알데히드(acetaldehyde), 아크롤레인(acrolein), 아세톤(acetone), 프로피온알데히드(propionaldehyde), 부티르알데히드(butyraldehyde), 벤즈알데히드(benzaldehyde), 크로톤알데히드(crotonaldehyde), 이소-발레르알데히드(iso-valeraldehyde), n-발레르알데히드, o-톨루알데히드(o-tolualdehyde), m-톨루알데히드, p- 톨루알데히드, 헥스알데히드(hexaldehyde), 2,5-디메틸벤즈알데히드(2,5-dimethylbenzaldehyde), 헥산알(hexanal) 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 용리제는 아세토니트릴 및 물의 혼합용매, 또는 에틸 아세테이트 및 헥산의 혼합용매일 수 있다.
본 발명에 따르면, 알데히드류 또는 케톤류의 유도체화 및 TLC 분리를 통합할 수 있는 회전식 마이크로 디바이스를 이용하여 알데히드 또는 케톤류를 포함하는 복수개의 시료를 동시에 간단하고 신속하게 분리하여 검출함으로써, 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용하고 조작이 복잡한 HPLC에 비해 경제적이고 효율적으로 알데히드류 또는 케톤의 정성 및 정량 분석을 수행할 수 있다.
특히, 본 발명의 방법에서는 회전력에 의해 상기 TLC 플레이트에 시료 및 용리제를 순차적으로 유입시킨 후, 흡수패드를 거쳐 용리제를 이동시킴으로써 용리제의 균일 확산에 의해 TLC 상에서 시료를 안정적으로 분리할 수 있으며, 상기 회전력의 세기를 제어함으로써 상기 용매가 TLC 상으로 이동되는 속도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 시료를 한번 분리한 후, 회전에 의해 TLC 상에 잔류하는 용매를 건조시키고, 다시 회전력을 가하여 용리제의 유입 및 TLC 분리를 반복함으로써 TLC의 분리능(resolution)을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 회전식 마이크로 디바이스를 이용하여 알데히드류 또는 케톤류를 분리하여 검출하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법에 사용될 수 있는 회전식 마이크로 디바이스를 개략적으로 예시한 것이다.
도 3은 도 2의 회전식 마이크로 디바이스에 포함된 구조물을 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 회전식 마이크로 디바이스에서 구조물을 포함하는 회전식 플랫폼의 각 층을 나타낸 것이다.
도 5는 회전식 마이크로 디바이스에 포함된 TLC 플레이트(plate)를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 알데히드류 또는 케톤류의 분리 결과를 보여주는 것이다.
도 7은 비교예에 따른 알데히드류 또는 케톤류의 분리 결과를 보여주는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 구체예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
본 발명의 일 실시형태는 회전식 마이크로 디바이스를 이용하여 알데히드 또는 케톤류 시료를 검출하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 회전식 마이크로 디바이스를 이용하여 알데히드류 또는 케톤류를 검출하는 과정을 나타낸 흐름도이며, 도 2 내지 4에는 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법에 사용될 수 있는 회전식 마이크로 디바이스가 예시되어 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법을 도면을 참조하여 단계별로 설명한다.
먼저, 회전식 마이크로 디바이스를 준비하고, 상기 장치에 알데히드류 또는 케톤류 시료 및 상기 시료를 전개시키기 위한 용리제를 공급한다(S1).
도 2를 참조할 때, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)는 회전식 플랫폼(10) 및 상기 회전식 플랫폼에 배치되는 하나 이상의 구조물(20)을 포함한다.
상기 회전식 플랫폼(10)은 예를 들면, 원형 디스크일 수 있고, 크기는 예를 들면 직경이 14 cm 내지 17 cm 일 수 있다.
상기 회전식 플랫폼(10)에는 크기가 동일한 하나 이상의 구조물(20)이 방사상으로 배치될 수 있으며, 상기 구조물(20)의 개수는 본 발명이 구현되는 다양한 환경에 따라, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 그 이상이 가능하다. 또한, 각 구조물 자체의 크기 및 형태도 본 발명이 구현되는 다양한 환경에 따라 적절히 변형가능하다.
이와 같이, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)는 크기가 동일한 복수의 구조물(20)을 포함하고, 회전력에 상기 복수의 구조물을 동시에 구동시킴으로써 여러 개의 시료를 동시에 분석할 수 있다.
도 3을 참조할 때, 상기 구조물(20)은 각각 알데히드류 또는 케톤류용 유도체화 화합물이 충전되어 있는 시료 저장부(100); 용리제 저장부(200); 흡수 패드가 구비된 박막 크로마토그래피(thin layer chromatography, TLC) 플레이트(300); 상기 시료 저장부와 상기 TLC 플레이트를 연결하는 제1 미세 유로(410), 및 상기 용리제 저장부와 상기 TLC 플레이트를 연결하는 제2 미세 유로(420)을 포함한다. 상기 제1 미세 유로 및 제2 미세 유로는 각각 굴곡부(예컨대, ∩자 형태의 시폰(siphon) 채널)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 미세 유로와 상기 제2 미세 유로를 연결하는 공기 순환 채널(430, 440)이 포함될 수 있다. 추가로, 상기 제1 미세 유로는 굴곡부와 TLC 플레이트의 시료 도입부 사이에 시료의 과량 도입을 방지하기 위한 페시료 채널(waste channel)(450)을 포함할 수 있다.
도 3에 예시된 바와 같이, 상기 TLC 플레이트는 일측에 용리제 도입부(330), 시료 도입부(320) 및 전개부(310)을 포함하며, 상기 용리제 도입부(330)에 흡수 패드가 구비되어 있다. 상기 TLC 플레이트의 용리제 도입부(330)은 상기 제2 미세 유로(420)에 의해 상기 용리제 저장부(200)와 연결되며, 상기 TLC 플레이트의 시료 도입부(320)은 상기 제1 미세 유로(410)에 의해 상기 시료 저장부(100)와 연결된다.
한편, 도 4를 참조할 때, 회전식 마이크로 디바이스(1)에 포함된 회전식 플랫폼(10)은 상층부, 중층부 및 하층부를 조립함으로써 제작되며(도 4a), 상기 상층부(도 4b), 중층부(도 4c), 하층부(도 4d)에 상기 구조물(20)의 구성요소들이 마이크로 밀링(micro milling)을 이용한 패터닝 공정을 통해 형성될 수 있다. 한편, 상기 구조물(20)의 구성요소 중에서 흡수패드가 구비된 TLC 플레이트는 하층부(도 4d)의 위치에 장착된다.
구체적으로, 제 1 미세 유로(410) 중 제 1 부분(410a)은 중층부에 배치되어 있고, 상기 제 1 부분(410a)은 시료 저정부(100)와 연결된 부분과 굴곡부를 포함한다. 제 1 미세 유로(410) 중 제 2 부분(410b)은 상층부에 배치되어 있고, 상기 제 2 부분(410b)은 TLC 플레이트(300)와 연결된 부분을 포함한다. 이는, 중층부에 배치된 시료 저장부(100)로부터 시료가 제 1 미세 유로(410)의 제 1 부분(410a)에 수용된 이후, 시료가 제 1 미세 유로(410)로부터 TLC 플레이트(300)로 유입될 때 TLC 플레이트(300)의 위에서 아래 방향으로 즉, TLC 플레이트(300) 상으로 떨어지는 방식으로 제공되기 위함이다. 그에 따라, TLC 플레이트(300) 상에서 보다 균일하게 시료가 전개될 수 있다.
상기한 바와 같은 회전식 마이크로 디바이스(1)에서, 상기 알데히드류 또는 케톤류 시료는 상기 시료 저장부(100)로 공급되며, 상기 시료를 전개시키기 위한 용리제는 상기 용리제 저장부(200)로 공급된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 알데히드류 또는 케톤류 유체 시료는 포름알데히드(formaldehyde), 아세트알데히드(acetaldehyde), 아크롤레인(acrolein), 아세톤(acetone), 프로피온알데히드(propionaldehyde), 부티르알데히드(butyraldehyde), 벤즈알데히드(benzaldehyde), 크로톤알데히드(crotonaldehyde), 이소-발레르알데히드(iso-valeraldehyde), n-발레르알데히드, o-톨루알데히드(o-tolualdehyde), m-톨루알데히드, p- 톨루알데히드, 헥스알데히드(hexaldehyde), 2,5-디메틸벤즈알데히드(2,5-dimethylbenzaldehyde), 헥산알(hexanal) 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 유도체화 화합물은 발색단이 존재하지 않아 그 자체로는 UV 검출이 어려운 상기 알데히드류 또는 케톤류를 화학적으로 유도체화하는데 사용되는 물질이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 유도체화 화합물은 2,4-디니트로페닐하이드라진(2,4-dinitrophenylhydrazine, 2,4-DNPH)일 수 있으며, 다공성 비드 형태인 실리카의 표면에 코팅되어 사용될 수 있다. 예컨대, 2,4-DNPH-코팅된 실리카가 비드 형태로 상기 시료 저장부(100)에 충전될 수 있다. 상기와 같은 다공성 소재는 표면적이 크기 때문에 2,4-DNPH 성분의 코팅을 최대화할 수 있어 알데히드/케톤류의 유도체화에 유리하다.
그 다음, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)를 1차 회전시켜, 상기 시료 저장부(100)에서 상기 알데히드류 또는 케톤류 시료 및 유도체화 화합물을 반응시켜 알데히드류 또는 케톤의 유도체화를 수행한다(S2).
예컨대, 상기 알데히드류 또는 케톤류 시료가 3-프로피온알데히드이고, 상기 유도체화 화합물이 2,4-DNPH인 경우, 상기 시료 저장부(100)에서는 하기와 같은 반응이 수행되어, 프로피오닐-2,4-디니트로페닐하이드라존 유도체가 수득될 수 있다.
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통상적인 알데히드류 또는 케톤의 검출 방법에서는 상기와 같은 유도체화 반응을 위해 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용해야 한다. 이에 반해, 본 발명에서는 회전식 마이크로 디바이스의 시료 저장부(100)에 알데히드류 또는 케톤류용 유도체화 화합물을 미리 충전시킨 상태에서 알데히드류 또는 케톤류 시료를 공급하여 반응을 유도함으로써, 고가의 상용 DNPH 카트리지 없이도 유도체화를 수행할 수 있다.
구체적인 설명을 위해 다시 도3을 참조하면, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)가 1차 회전하는 동안, 제1 미세 유로(410) 및 제2 미세 유로(420)에 의해 유체는 상기 유로들이 ∩자 형태의 굴곡부를 가짐에 따라 원심력에 의해 회전 중심의 바깥 방향으로 이동하지 못하고 순간 정지하게 된다. 이러한 정지 현상을 이용하여 시료 내의 알데히드류 또는 케톤 성분이 시료 저장부(100)에 충전된 DNPH 코팅 비드와 유도체 반응을 할 수 있다.
상기 디바이스(1)가 1차 회전을 하다가 순간적으로 회전이 멈추어 정지하는 동안(예컨대, 5 내지 10초 정도), 상기 유체화된 알데히드류 또는 케톤류 시료는 모세관력에 의해 상기 시료 저장부(100)로부터 상기 제1 미세 유로(410) 내로 이동하여 체류하고, 상기 용리제는 모세관력에 의해 이동하여 상기 용리제 저장부(200)로부터 상기 제2 미세 유로(420) 내로 이동하여 체류할 수 있다.
한편, 상기 시료 저장부(100) 및 상기 용리제 저장부(200)는 각각에 공급된 유체 시료 및 용리제가 곧바로 미세 유로(410, 420)로 흘러가는 것을 방지하기 위한 막음부(미도시됨)를 포함할 수 있으며, 상기 막음부는 단차를 채널의 단차를 이용해 각 부재의 전단부에서 후단부로 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 시료 저장부(100) 및 상기 용리제 저장부(200)에서 미세 유로(410, 420)가 연결되는 지점의 부근은 유선형과 같은 형상일 수 있으며, 이에 따라 유체 시료 및 용리제가 미세 유로로 이동할 때 저항을 최대한 적게 받으면서 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)의 1차 회전은 2,500 내지 5,000 rpm, 상세하게는 2,500 내지 3,000 rpm, 예컨대 2,500 rpm으로 수행될 수 있으며, 이때 1차 회전 시간은 5 내지 20초, 상세하게는 5 내지 10초일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 유도체화 반응을 위한 최적의 속도 및 시간을 실험적으로 판단하여 조절될 수 있다.
상기 1차 회전을 통한 유도체화 반응 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)를 2차 회전시켜 상기 유도체화된 유체 시료를 TLC 플레이트(300)의 시료 도입부(320)에 유입시킨다(S3).
도 3에 예시된 바와 같이, 상기 제1 미세 유로(410) 및 제2 미세 유로(420)는 각각 굴곡부를 포함할 수 있으며, 이때 상기 제2 미세 유로의 굴곡부 개수가 상기 제1 미세 유로의 굴곡부 개수 보다 많다. 이러한 구조에 따라, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)의 2차 회전 시에, 상기 유체화된 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료는 회전력에 의해 상기 제1 미세 유로(410)로부터 이동하여 상기 TLC 플레이트로 유입되는 동안, 상기 용리제는 제1 미세 유로(410)에 비해 굴곡부가 많은 제2 미세 유로(420) 내에 계속 체류할 수 있다.
한편, 도 3의 구조물(20)은 폐시료 채널(450)을 추가로 포함함으로써, 시료 저장부(100)으로부터 제1 미세 유로(410)을 통해 이송된 시료 중 페시료 채널 만큼의 부피를 제외한 함량의 시료가 TLC 플레이트 상의 시료 도입부(320)에 로딩될 수 있다. 예컨대, 시료가 5㎕의 함량으로 시료 저장부(100)에 주입될 경우, 폐시료 채널의 부피를 4.5㎕로 설계함으로써 0.5㎕의 유도체화된 시료만이 TLC 상에 로딩될 수 있도록 조절할 수 있다. 이는 시료가 TLC 상에 과량 로딩되어 분리가 제대로 되지 않고 잘못된 결과가 도출될 수 있는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 TLC 플레이트는 도 5에 예시한 바와 같은 RP-18 F254s TLC 플레이트(실리카겔 코팅, 알루미늄 지지체)일 수 있으며, C18 코팅 두께 0.2mm, 플레이트 크기 10cm × 1cm의 사양을 가지며, 물을 40%까지 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)의 2차 회전시의 속도 및 시간은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 2차 회전은 2,000 내지 4,000 rpm의 속도로 0.5 내지 2 초 동안 수행될 수 있다.
상기 시료가 TLC 플레이트(300)에 유입된 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 3차 회전시켜 상기 용리제를 상기 TLC 플레이트(300)의 일측 단부에 위치하는 용리제 도입부(330)에 구비된 흡수 패드에 유입시키고, 상기 흡수 패드에 흡수된 용리제의 이동에 의해 상기 시료의 TLC 분리를 수행한다(S3).
상기 흡수 패드는 상기 용리제 도입부(330)으로 유입된 용리제를 흡수한 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스가 3차 회전하는 동안 회전력에 의해 용리제를 일정한 속도로 방출하는 역할을 한다. 이로써, 상기 TLC 플레이트(300)의 시료 도입부(320)에 먼저 유입되었던 시료를 안정적으로 분리할 수 있다. 또한, 상기 흡수 패드는 용리제가 TLC 플레이트(300)에 유입될 때 발생되는 용리제의 습윤성(wettability)에 의한 불균일한 확산을 억제하여 용리제가 TLC 플레이트(300)에서 균일하게 전개될 수 있게 한다. 만약, 용리제가 흡수 패드에 흡수되는 과정 없이 바로 TLC 상에 도입되는 경우, TLC가 삽입되는 영역 부근에서 용리제가 습윤성에 의해 주위 외벽으로 이동할 가능성이 있어 TLC 분리가 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 흡수 패드는 OH 작용기를 갖는 섬유, 에컨대 셀룰로오스 섬유, 젤라틴 섬유, 전분 섬유 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 제조된 것일 수 있다.
또한, 상기 흡수 패드는 TLC 플레이트의 일단부에 구비되므로, 상기 흡수 패드의 크기는 상기 TLC 플레이트의 크기에 따라 적절히 선택가능하며, 예를 들어 TLC 플레이트 크기의 5 내지 10 %의 범위를 차지할 수 있다. 일예로서, 상기 TLC 플레이트의 크기가 10cm×1cm(L×W)인 경우, 상기 TLC 플레이트의 일단부에 구비되는 흡수패드의 크기는 1cm×1cm(L×W) 또는 0.7cm×1cm(L×W) 일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)의 3차 회전은 용리제가 TLC 상으로 이동되는 속도를 제어하기 위해서,다른 단계들에 비해 상대적으로 가장 느린 속도 및 긴 시간 동안 수행될 수 있다. TLC는 시료가 고정상 및 이동상 사이의 친화력 정도에 따른 분리되는 것이므로, 시료가 고정상과 상호작용하는 시간이 짧아져 적절히 분리되지 않을 가능성을 방지하기 위해서는 상대적으로 느린 속도로 제어하는 것이 유리하다. 만약, 3차 회전이 높아지는 경우 흡수 패드를 통해 TLC 플레이트 상으로 용리제가 이동하는 속도가 빨라짐에 따라 TLC 상에서 시료가 제대로 분리되지 않을 수 있다.
따라서, 3차 회전은 500 내지 1,000 rpm, 상세하게는 600 내지 800 rpm의 속도로 1 내지 5 분, 상세하게는 2.5 내지 5분 동안 수행될 수 있다.
상기 범위로 3차 회전속도 및 회전시간, 즉 회전력의 세기를 제어함에 따라, 용리제가 TLC 플레이트로 유입되는 유량은 0.5 내지 1.5 ㎕/s 일 수 있다.
그 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)를 4차 회전시켜 상기 TLC 플레이트(300)를 건조시킨다(S5).
상기 TLC 플레이트 상에서 시료를 분리시키기 위해 이동상으로 사용되는 용리제는 전술한 바와 같이 아세토니트릴 및 물의 혼합용매, 또는 에틸 아세테이트 및 헥산의 혼합용매일 수 있으며, 이러한 혼합 용매는 그대로 방치시에 일부는 휘발되기는 하나, 대부분은 TLC 플레이트 상에 남아있을 수 있다.
따라서, TLC 분리 후 회전 단계를 추가하여 상기 TLC 플레이트(300)를 건조시키는 경우, 이전 단계(S3)에서 시료의 분리가 한번 이루어진 TLC 플레이트(300) 상의 잔류 용리제를 제거함으로써, 이후 단계에서 또 한번의 TLC 분리를 반복할 때 분리능(resolution)을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 TLC 플레이트를 건조시키기 위한 회전식 마이크로 디바이스(1)의 4차 회전은 잔여 용리제를 제거 효율을 고려할 때 2,000 내지 5,000 rpm, 상세하게는 2,000 내지 3,000 rpm의 속도 및 3 내지 5 분, 상세하게는 4 내지 5 분 동안 수행될 수 있다.
한편, 상기 TLC 플레이트(300)를 보다 효과적으로 건조시키기 위해서는 회전식 마이크로 디바이스(1)에서 상기 TLC 플레이트(300)의 전개부(310)이 회전 중심부의 반대쪽을 향하도록 배치되는 것이 유리할 수 있다. 상기 TLC 플레이트에 도입된 유체, 즉 용리제는 회전력에 의해 움직이기 때문에, 용리제의 이동방향과 건조방향을 동일하게 하는 것이 유리하다. 만약, 용리제의 이동방향이 회전 중심의 밖에서 안으로 이루어지는 형태라면, 회전력에 의해 건조되는 용리제의 방향과 서로 반대가 되므로 용리제에 의해 분리된 TLC 분리의 결과에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 도 2에 예시된 바와 같이, 회전식 마이크로 디바이스(1)에서 디스크 형상의 회전식 플랫폼(10) 상의 복수의 구조물(20)은 회전 중심부쪽으로 용리제 저장부, 그리고 그 외측으로 시료 저장부 및 TLC 플레이트가 배치되어 있으며, 상기 TLC 플레이트는 전개부의 측부가 회전식 원심력이 가해지는 회전 중심부의 반대쪽을 향하는 구조를 가질 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 상기 TLC 플레이트의 길이를 짧게 설계할 수 있고, 추가 회전단계를 부여했을 때 짧은 TLC 상에서 잔여 용리제의 건조 및 이후 반복된 TLC 분리 과정을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.
상기 TLC 플레이트의 건조 공정 후에, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 5차 회전시켜 상기 용리제를 다시 상기 TLC 플레이트의 흡수 패드로 유입시키고, 상기 흡수 패드에 재흡수된 용리제의 이동에 의해 상기 시료의 TLC 분리를 반복 수행한다(S6).
상기 (S6) 단계에서의 5차 회전속도 및 회전시간은 전술한 바와 같은 3차 회전시와 동일할 수 있다.
추가로, TLC 반복 분리가 수행된 상기 TLC 플레이트는 별도의 검출 장치, 예컨대 UV 램프 등을 이용하여 관찰함으로써, 상기 TLC 플레이트 상에서 시료가 전개되어 분리된 결과를 육안으로 확인할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 알데히드류 또는 케톤류의 유도체화 및 TLC 분리를 통합할 수 있는 회전식 마이크로 디바이스를 이용하여 알데히드 또는 케톤류를 포함하는 복수개의 시료를 동시에 간단하고 신속하게 검출함으로써, 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용하고 조작이 복잡한 HPLC에 비해 경제적이고 효율적으로 알데히드류 또는 케톤의 정성 및 정량 분석을 수행할 수 있다.
특히, 본 발명의 방법에서는 회전력에 의해 상기 TLC 플레이트에 시료 및 용리제를 순차적으로 유입시킨 후, 흡수패드를 거쳐 용리제를 이동시킴으로써 용리제의 균일 확산에 의해 TLC 상에서 시료를 안정적으로 분리할 수 있으며, 상기 회전력의 세기를 제어함으로써 상기 용매가 TLC 상으로 이동되는 속도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 시료를 한번 분리한 후, 회전에 의해 TLC 상에 잔류하는 용매를 건조시키고, 다시 회전력을 가하여 용리제의 유입 및 TLC 분리를 반복함으로써 TLC의 분리능(resolution)을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예: 회전식 마이크로 디바이스를 이용한 알데히드류 또는 케톤류의 검출
먼저, 도 2에 예시된 바와 같은 회전식 마이크로 디바이스를 준비하였다. 상기 회전식 마이크로 디바이스에서, 시료 저장부에는 2,4-DNPH가 표면에 코팅된 다공성 실리카 비드를 충전되어 있으며, TLC 플레이트로는 일측 단부에 흡수부재로서 셀룰로오스 파이버 0.7cm×1cm(L×W)가 구비된 RP-18 F254s TLC 플레이트(실리카겔 코팅, 알루미늄 지지체)(C18 코팅 두께 0.2mm, 플레이트 크기 10cm×1cm, L×W)를 사용하였다.
상기 회전식 마이크로 디바이스의 시료 저장부에는 1-포름알데히드, 2-아세트알데히드, 3-아세톤, 4-프로피온알데히드, 5-부티르알데히드 및 6-헥산알을 포함하는 유체 시료를 3㎕의 양으로 공급하고, 용리제 저장부에는 용리제로서 아세토니트릴(AN)/물(H2O)의 7:3 혼합 용매를 100㎕의 양으로 공급하였다(S1).
그 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 2,500rpm으로 5초 동안 1차 회전시켜 상기 시료 저장부에서 유체 시료와 2,4-DNPH의 반응을 유도하여 상기 유체 시료의 유도체화를 수행하였다(S2).
이어서, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 3000rpm으로 1초 동안 2차 회전시켜 상기 유체 시료를 상기 TLC 플레이트의 시료 도입부에 유입시켰다(S3).
그 다음, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 600rpm으로 5분 동안 3차 회전시켜 상기 AN/H2O의 혼합 용매를 TLC 플레이트의 용리제 도입부에 구비된 흡수 패드에 유입시켰다. 이때, 상기 흡수 패드에 순간적으로 흡수된 AN/H2O의 혼합 용매가 TLC 플레이트의 전개부로 0.5㎕/s의 유량으로 방출되면서 상기 시료의 TLC 분리를 수행하였다(S4).
그 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 2000rpm으로 5분 동안 4차 회전시켜 상기 TLC 플레이트를 건조시켰다(S5).
이어서, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 다시 600rpm으로 5분간 추가 회전(5차 회전)시켜 상기 AN/H2O의 혼합 용매를 TLC 플레이트의 흡수 패드에 유입시킴으로써 TLC 분리를 반복하였다(S6).
비교예:
상기 (S5)의 건조 단계 및 (S6)의 TLC 분리 반복 단계를 수행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 수행하였다.
도 6 및 7은 각각 실시예 및 비교예에 따른 시료의 TLC 분리 결과를 보여주는 것이다. 구체적으로, 상기 회전식 마이크로 디바이스에서 시료 분리가 이루어진 TLC 플레이트를 UV 램프(253nm)를 이용하여 육안으로 확인하였다.
도 6(실시예) 및 도 7(비교예)을 비교할 때, 실시예에서와 같이 회전단계를 추가로 수행함으로써, TLC 플레이트의 건조 및 TLC 분리를 반복하는 경우 유체 시료에 포함되었던 화합물 2, 3, 5 및 6의 분리능(resolution)이 향상되었음을 확인할 수 있다.

Claims (19)

  1. 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법으로서,
    (S1) 알데히드류 또는 케톤류용 유도체화 화합물이 충전된 시료 저장부, 용리제 저장부, 흡수 패드가 구비된 박막 크로마토그래피(thin layer chromatography, TLC) 플레이트, 상기 시료 저장부와 상기 TLC 플레이트를 연결하며 굴곡부를 구비한 제1 미세 유로, 및 상기 용리제 저장부와 상기 TLC 플레이트를 연결하며 굴곡부를 구비한 제2 미세 유로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 미세유로는 각각 굴곡부를 구비하며, 상기 제2 미세 유로의 굴곡부 개수가 상기 제1 미세 유로의 굴곡부 개수 보다 많은 하나 이상의 구조물이 회전식 플랫폼에 배치된 회전식 마이크로 디바이스를 준비하고, 상기 시료 저장부 및 상기 용리제 저장부에 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료 및 상기 시료를 전개시키기 위한 용리제를 각각 공급하는 단계;
    (S2) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 1차 회전시켜 상기 유체 시료를 상기 시료 저장부에 충전되어 있는 유도체화 화합물과 반응시켜 알데히드류 또는 케톤류의 유도체화를 수행하는 단계;
    (S3) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 2차 회전시켜 상기 유도체화된 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료를 상기 TLC 플레이트에 유입시키는 단계;
    (S4) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 3차 회전시켜 상기 용리제를 상기 TLC 플레이트의 흡수 패드에 유입시키고, 상기 흡수 패드에 흡수된 용리제의 이동에 의해 상기 시료의 TLC 분리를 수행하는 단계;
    (S5) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 4차 회전시켜 상기 TLC 플레이트를 건조시키는 단계; 및
    (S6) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 5차 회전시켜 상기 용리제를 다시 상기 TLC 플레이트의 흡수 패드로 유입시키고, 상기 흡수 패드에 재흡수된 용리제의 이동에 의해 상기 시료의 TLC 분리를 반복 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 TLC 플레이트는 용리제 도입부, 시료 도입부 및 전개부를 포함하고, 상기 용리제 도입부에 흡수 패드가 구비되어 있으며,
    상기 TLC 플레이트의 용리제 도입부는 상기 제2 미세 유로에 의해 상기 용리제 저장부와 연결되고,
    상기 TLC 플레이트의 시료 도입부는 상기 제1 미세 유로에 의해 상기 시료 저장부와 연결되는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전식 마이크로 디바이스에서, 상기 제1 미세 유로와 상기 제2 미세 유로는 공기 순환 채널에 의해 연결되는 것인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전식 마이크로 디바이스에서, 상기 제1 미세 유로는 굴곡부와 TLC 플레이트의 시료 도입부 사이에 시료의 과량 도입을 방지하기 위한 페시료 채널(waste channel)을 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (S2) 단계의 1차 회전 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스가 정지하는 동안 상기 유도체화된 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료는 모세관력에 의해 상기 시료 저장부로부터 상기 제1 미세 유로 내로 이동하여 체류하고, 상기 용리제는 모세관력에 의해 이동하여 상기 용리제 저장부로부터 상기 제2 미세 유로 내로 이동하여 체류하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (S3) 단계의 2차 회전 시에, 상기 유도체화된 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료는 회전력에 의해 상기 제1 미세 유로로부터 이동하여 상기 TLC 플레이트로 유입되는 동안, 굴곡부의 개수가 많은 제2 미세 유로 내에 계속 체류하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (S2) 단계의 1차 회전은 2,500 내지 5,000 rpm의 속도로 5 내지 20초 동안 수행되고,
    상기 (S3) 단계의 2차 회전은 2,000 내지 4,000 rpm의 속도로 0.5 내지 2초 동안 수행되는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (S4) 단계의 3차 회전 및 상기 (S6) 단계의 5차 회전은 1차, 2차 및 4차 회전에 비해 상대적으로 느린 속도로, 1차 및 2차 회전 시간에 비해 상대적으로 긴 시간 동안 수행함으로써 상기 용리제의 유입 및 상기 TLC 분리를 수행하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (S4) 단계의 3차 회전 및 상기 (S6) 단계의 5차 회전은 회전은 500 내지 1,000 rpm의 속도로 1 내지 5분 동안수행되는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 용리제가 유입되는 유량은 0.5 내지 1.5 ㎕/s인 방법
  11. 제1항에 있어서,
    상기 (S5) 단계에서 상기 TLC 플레이트를 건조시키기 위한 4차 회전은 2,000 내지 5,000 rpm의 속도로 3 내지 5분 동안 수행되는 방법.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 TLC 플레이트의 전개부가 상기 회전식 마이크로 디바이스에서 회전 중심부의 반대쪽을 향하도록 배치되는 것인 방법.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 TLC 플레이트의 용리제 도입부에 구비된 흡수패드는 상기 TLC 플레이트 전체 길이의 5 내지 10%를 차지하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유도체화 화합물은 2,4-디니트로페닐하이드라진(2,4-dinitrophenylhydrazine, 2,4-DNPH)인 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 2,4-DNPH은 다공성 비드 형태인 실리카의 표면에 코팅되어 시료 저장부에 충전되는 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 흡수 패드는 OH 작용기를 갖는 섬유로부터 제조된 것인 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 흡수 패드는 셀룰로오스 섬유, 젤라틴 섬유, 전분 섬유 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 제조된 것인 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 알데히드류 또는 케톤류 시료가 포름알데히드(formaldehyde), 아세트알데히드(acetaldehyde), 아크롤레인(acrolein), 아세톤(acetone), 프로피온알데히드(propionaldehyde), 부티르알데히드(butyraldehyde), 벤즈알데히드(benzaldehyde), 크로톤알데히드(crotonaldehyde), 이소-발레르알데히드(iso-valeraldehyde), n-발레르알데히드, o-톨루알데히드(o-tolualdehyde), m-톨루알데히드, p- 톨루알데히드, 헥스알데히드(hexaldehyde), 2,5-디메틸벤즈알데히드(2,5-dimethylbenzaldehyde), 헥산알(hexanal) 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 포함하는 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 용리제가 아세토니트릴 및 물의 혼합용매, 또는 에틸 아세테이트 및 헥산의 혼합용매인 방법.
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