KR20050009295A

KR20050009295A - 미량 원소들의 다중-원소 스크리닝

Info

Publication number: KR20050009295A
Application number: KR10-2004-7016619A
Authority: KR
Inventors: 로저 존 와틀링; 휴 케이스 허버트
Original assignee: 디아킨 피티와이 리미티드
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2005-01-24
Also published as: JP2008268221A; CA2484102A1; JP2005523448A; EP1499868A4; AUPS177202A0; AU2003218530B2; NZ536562A; AU2003218530A1; US20060057554A1; BR0309350A; IL164567A0; US20110121165A1; WO2003089908A1; NZ547731A; CN1662802A; EP1499868A1

Abstract

유체 시료용 불활성 흡수성 매트릭스를 지지하는 지지체를 포함하는 시료 수집 장치가 설명된다. 이 장치는 피침을 가질 수도 가지지 않을 수도 있다. 또한, 시료 장치에서 실험실용 질량분석기를 사용하는 방법이 설명되며, 질량분석기는 매트릭스 내의 시료를 이온화하고 복수의 원소를 검출한다. 결과는 원래 시료에 관하여 정량될 수도 그렇지 않을 수도 있으며, 이온화된 내부기준 시료가 사용될 수도 있다.

Description

시료 수집 장치 및 장치에 의한 질량 분광분석법{SAMPLE COLLECTING DEVICE AND MASS SPECTROMETRY OF DEVICE}

광범위한 미량 금속 및 다른 원소들은 사람 및 다른 동물에서 양호한 건강상태 및 신체적인 안녕에 필수적이며, 필수 원소의 결핍은 일반적인 불쾌감을 일으키고, 통상 사망을 부르는 특정한 질환을 유발하는 것으로 알려져 있다. 많은 필수 미량 원소에 대해서, 단순히 절대 농도 뿐만 아니라 원소간 균형도 건강에 지대한 영향을 미친다. 예를 들어, 셀레늄 결핍은 사람들에서 요오드 결핍 장애의 병인에 관련되며, 한편 구리 결핍은 높은 망간 수준과 연관되어, 소에서는 광우병(BSE)의 유발에, 관련하여 사람에서는 새로운 변이형 크로이펠츠 야콥병(CJD)의 유발에 소인이나 원인이 되는 요인으로서 관련될 수 있다.

그 조직 내부에 금속 콜로이드로서 이용가능한 미량 원소들을 고정시키고 있는 식이용 사료작물, 야채, 곡물 및 과일이 필수 미량 원소의 공급원으로서 오랫 동안 간주되어 왔다. 그러한 식물-기제 금속 콜로이드는 약 98% 흡수되고, 식사의 필수 성분으로서 균형 잡힌 범위의 식물 제품들을 섭취하는 공동체 및 동물은 우량품 사료작물이나 규칙적인 야채, 과일 및 곡물 섭취가 부족한 다른 그룹과 비교했을 때 특정한 미량 원소 결핍-관련 질환의 유발이 현저하게 감소될 것이라고 합리적으로 기대될 수 있다.

식물성 재료의 미량 원소 함량은 식물의 성장을 지원하는 토양에 있는 필수 영양소의 생체이용율과 직접적으로 관련된다. 토양의 미량 원소 함량은 그 지역의 지질, 토양 분해 그리고 영양소 고갈 상태에 따라서 그리고 전 세계에 만연된 부적합한 재배 습관의 작용에 따라서 풍부한 상태에서 고갈된 상태까지 변한다. 게다가, 전 세계의 토양은 많은 식물 및 동물의 생활을 위협하는 인류발생적 화학적 손상이 지속적으로 증가하고 있다. 결국은 사람의 건강이 먹이사슬을 통해 위협되고 있다.

토양의 생산성은 N-P-K 비료의 적용을 통해 유지될 수 있지만, 이들 토양에서 성장하는 식용작물은 생물학적으로 이용할 수 있는 "균형 잡힌" 미량 원소의 규칙적인 적용 없이는 필수 미량 원소 및 미네랄이 점진적으로 고갈되게 된다. 바로잡지 않는다면, 이것은 미네랄 결핍-관련 질환의 유발을 급격히 증가시킬 수 있다.

원소들은 사람 및 동물의 건강에 필수적인지 또는 유독한지에 따라서 분류될 수 있다. 동물의 경우 미량 금속 결핍 및/또는 독성은 환경적인 요인에 의해 제어되는 농도 수준에 크게 기인하는 반면, 사람의 경우에는 환경적인 요인과 직업적인 요인이 모두 중요하며, 독성 반응은 자연적 및/또는 인류발생적 영향의 작용일 수 있다.

탄소, 수소 및 산소를 무시하고, 생물학적으로 필수인 주요 원소는 칼슘, 염소, 마그네슘, 인, 칼륨, 나트륨, 질소 및 황이다. 필수 미량 원소는 브롬, 크롬, 코발트, 구리, 불소, 요오드, 철, 망간, 몰리브덴, 셀레늄, 규소 및 아연을 포함한다. 상승된 수준에서 생체-이용되는 경우나, 또는 상승작용적 및/또는 길항작용적 원소들과의 균형을 벗어나는 경우, 필수 미량 원소들의 대부분은 독성 반응을 포함한다. 몇 가지 다른 원소들(리튬, 스칸듐, 루비듐, 란탄)이 이차적인 필수 원소이다.

식이용 미량 금속 결핍-유발된 질환에 더하여, 다른 일단의 개체들은 직업적으로 또는 환경적으로 독성 원소 오염물질의 범위에 노출되며, 이것은 유사하게 일반적인 불쾌감 및/또는 통상 합병증 및 사망을 부르는 특정한 임상적 증상을 유발한다. 이들 중에서 주목할 만한 것이 비소, 납 및 수은인데, 이들이 미국 환경보호국 유독물질 및 질환 등록 우선 리스트에서 상위 세 가지 가장 위험한 물질을 구성한다. 수상 환경으로의 중금속의 유출과 먹이사슬 중의 야생생물에 의한 흡수는 사람의 건강에 지대한 영향을 미칠 수 있다. 카드뮴과 수은이 특히 어류 및 갑각류에 강하게 생체-축적된다.

모든 미량 원소들에 관련된 위험하고 해롭운 효과를 정량하는 것은 불가능하지만, 일부 원소들은 분명히 다른 원소들에 비해 더 심각한 문제를 나타낸다. NPL에 각각 1, 2, 3, 및 7위에 랭크되어 있는 원소 오염물질인 비소, 납, 수은 및 카드뮴이 극히 유독하다고 생각되며, 이들 원소의 건강 효과는 연구원들로부터 많은 주목을 받고 있다. 이 리스트에 올라 있는 다른 원소들은 알파벳순으로 알루미늄, 안티몬, 바륨, 베릴륨, 크롬, 코발트, 구리, 망간, 니켈, 플루토늄, 라듐, 셀레늄,은, 탈륨, 토륨, 주석, 우라늄, 바나듐 및 아연이다.

많은 필수 미량 원소들과는 달리 치료적 지표의 개념은 납, 카드뮴, 수은 및 비소와 같은 독성 원소에 적용될 수 없다. 이들 독성 원소는 대사과정에서 알려지지 않은 역할을 하고 있으며, 그들 중의 어느 것을 보조인자로서 특별히 필요로 하는 효소는 아직 확인되지 않았다. 그들은 생명에 극히 해로우며, 그 섭취의 결과로서 사람 및 동물 집단의 역사적인 중독 사건에 연루되었다. 그들은 인류발생적 투입으로 인해 수상 및 육상 환경 모두에서 농도가 증가하고 있으며, 따라서 독물학자와 임상학자들의 관심도 계속될 것이다.

따라서, 사전-행동적으로 개입하여 일반 집단 내에서 미량 금속 및 원소 이상을 확인하고, 이로써 목표한 치료 전략의 초기 이행을 가능하게 하여 그 결과 미량 금속-유발된 질환으로 인한 거대한 사회적 충격을 최소화하는 것이 필수적이다. 그러나, 연령, 성별, 사회-경제적인 위치 및 자연지리학과 관련하여 미량 금속 결핍 및/또는 독성 금속 과잉에 대해 일반 집단을 집단 스크리닝하는 것은 예방의학에 관하여 매우 바람직하다고 알려져 있지만 현재로서는 비현실적이다. 도살용 동물과 같은 사람 먹이사슬의 구성요소를 그들이 먹이사슬로 진입하기 전에 집단 스크리닝하는 것도 역시 마찬가지다.

현재의 시험 방법은 비교적 큰 부피의 유체 시료(예를 들어, 혈액 5-10mL)를 요하며, 통상은 미량 원소 특이적이어서 잠재적으로 존재하는 다른 미량 원소들의 동시 측정이 불가능하다. 이 때문에, 다른 관련 미량 원소들은 못 보고 지나치게 되거나, 또는 그들을 측정하기 위한 추가의 유체 시료가 필요하기도 하다. 혈액의경우에는, 특히 아동, 유아 및 노인층에 대해서, 피하 주사기를 사용한 침습적, 주로 외상성 추출이 포함된다. 유도된 체액 생성물은 안정화 및 보존을 요하며, HIV 같은 전염성 질환, 적합한 생물학적 위험 취급 그리고 폐기에 대해 주의해야 한다. 더 나아가, 필요한 큰 부피는 취급 및 저장 문제를 일으킨다.

많은 수의 혈액 및 다른 체액 시료의 미량 원소 함량의 수집 및 광범위한 분석에 편리하게 사용될 수 있는 이용가능한 과학기술은 현재 존재하지 않는다. 현재 이용할 수 있는 시험 방법은 성가시고 비용이 많이 들며, 특히 흔히 가장 심각한 문제들이 생기는 저개발 지역에서 일반 집단의 연구를 벗어난 서비스를 제공하고 있다. 더 나아가, 물 또는 윤활제와 같은 유체 중의 오염물질이나 오염균을 검출하기 위한 편리하고 민감한 질량 분광분석법도 존재하지 않는다.

따라서, 유체 시료 중의 미량 원소에 대한 더 효과적이고 비용효과적인 스크리닝을 가능하게 하는 개선된 방법에 대한 필요성이 있다.

본 발명의 목적은 선행 기술의 방법의 불리점을 적어도 일부를 완화하고, 유용한 대안을 제공하는 것이다.

본 발명은 유체 시료에서 복수의 미량 원소의 시료를 수집하는 동시에 분석 및/또는 정량하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

발명의 개요

제 1 양태에 따라서, 유체 시료를 흡착 또는 흡수할 수 있는 불활성 수집 매트릭스, 및 고체 지지체를 포함하는 시료 수집 장치가 제공되며, 여기서 불활성 매트릭스는 고체 지지체 영역에 고정된다.

특히 유용한 매트릭스는 아라고나이트, 수산화 알루미늄, 티타니아, 글루코스, "A"형 전분, "B"형 전분, 글루코딘, 셀룰로스 분말/과립, 섬유질 셀룰로스, 히드록시 부틸 메틸 셀룰로스, 식물성 가루 등이나 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 특히 바람직한 것은 섬유질 셀룰로스이다. 섬유질 셀룰로스 매트릭스는 산화 및/또는 산 가수분해에 의해 변형되어 그 특성을 개선하고 그로써 증대된 재현성 및 감응성을 제공할 수 있다.

식물성 가루는 쌀, 옥수수(maize), 밀, 콩, 호밀 또는 콘(corn) 가루나 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 특히 바람직한 것은 쌀가루이다.

또한, 불활성 매트릭스는 그 위나 내부에 내부기준으로써 하나 이상의 예비-검정된 선택된 분석대상물질(analyte)를 함유할 수 있으며, 이로써 수집 장치에 적용된 시료에서 미량 원소를 정량하는 것을 도울 수 있다.

또한, 본 발명의 장치는, 예를 들어 피부 또는 조직을 꿰뚫을 수 있는 일체형 피침 부재를 포함할 수 있으며, 이로써 혈액이나 체액 시료의 수집과 불활성 매트릭스로의 적용을 도울 수 있다. 피침 부재는 불활성 매트릭스의 영역에 인접하여, 그 내부에 또는 그 아래에 장착될 수 있다. 불활성 매트릭스 영역 아래에 피침이 배치되어야 할 때 그것을 안내하는 안내 채널이 불활성 매트릭스에 포함될 수 있다.

또한, 본 장치는 환자 정보나 시료, 시료의 성질 및 공급원에 관한 기타 정보를 함유할 수 있는 레이저-스캔형 바코드와 함께 장치될 수 있다. 또한, 본 장치는 분석 장비 및 직원에 의한 시료의 오염을 방지할 수 있는 항생제 장벽을 포함할 수 있다.

바람직하게, 불활성 매트릭스는 지지체의 단 한쪽에만 적용된다. 또한, 매트릭스가 적용되는 영역은, 고체 지지체의 영역보다 적고, 작은 정제 크기의 원반 모양인 것이 바람직하다.

불활성 매트릭스는 시료의 성질 및 수행될 분석에 따라서 소수성 및/또는 친수성 성분을 포함할 수 있다.

바람직하게, 고체 지지체는 운송 및 취급을 견딜 만큼의 충분한 내구성을 갖는 유연한 재료로 만들어진다. 물론, 적용의 성질에 따라서는 지지체가 강성 재료로 만들어질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 본 장치는 우편을 통한 장치의 운송 및 용이한 보관을 허용할 수 있는 충분히 작은 크기를 갖는 것이 바람직하다. 본 장치는 불활성 매트릭스를 보호하고 수집 후의 가능한 오염을 방지하기 위한 일체형 또는 분리형 덮개를 가질 수 있다. 덮개는 또 운송 및 취급 동안 장치를 보호한다.

제 2 양태에 따라서, 다-층 구성을 갖는 시료 수집 장치가 제공되며, 여기서 수집 매트릭스층은 두 지지층 사이에 샌드위치식으로 끼워져 있고, 상기 지지층 중의 하나는 수집 매트릭스 영역을 노출하고 있는 개구부를 가진다.

다른 식으로, 시료 수집 장치는 지지체 내부의 수집 매트릭스 정제를 캡슐화할 수 있으며, 이 때 매트릭스는 지지체의 한 표면과 같은 높이로 노출된다.

본 발명의 수집 장치 및 방법은 체액, 오일 및 기타 윤활제, 음용수원으로부터의 물 뿐만 아니라 폐기수 등을 포함하는 어떤 유체 시료의 분석에 사용될 수 있다. 전혈과 같은 체액이 특히 바람직하지만, 분리혈(예를 들어, 혈장 또는 혈청)및 소변이나 땀과 같은 다른 체액들도 동일한 장치와 함께 사용될 수 있다.

분석용 체액, 특히 혈액 시료가, 종래 수단에 의해, 또는 예를 들어 바코드가 박히거나 고정된 지지체, 정제, 웨이퍼, 스트립 등의 시료 흡수/흡착 매트릭스, 밀봉된 알콜-포화 와이프, 그리고 피부를 꿰뚫어서 혈액을 채혈하는 용도의 분리식 리트랙터블형 1회용 스프링-장착 피침을 포함하고 있는, 재밀봉형 멸균 시료 수집 장치를 포함하는 시료 수집 키트를 사용하여 수집될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 물론, 수집될 시료가, 예를 들어 소변이나 땀이라면 키트에서 피침은 생략될 수 있다.

상기 나타낸 대로, 분석 시료가 반드시 체액일 필요는 없다. 따라서, 본 발명의 장치 및 방법은 수집 장치 또는 분석 과정 및 장비의 유의한 개조 없이도 물 또는 오일 시료의 수집 및 분석에 동등하게 적용할 수 있다.

시료 수집 장치의 매트릭스는 시료 수집 매트릭스 위로/안으로 흡착/흡수된, 또는 달리 불침투성 기판 상에 지지된 하나 이상의 매트릭스-매치된 표준을 포함할 수 있다. 여기서, 매트릭스는 Be, In 및 Hf 등의 원소로 스파이크될 수 있고, 이들 원소는 어블레이션 동안 시료와 동시 방출되는 내부기준으로서 작용할 것이며, 이것은 매트릭스 매칭을 용이하게 할 것이다.

제 3 양태에 따라서, 불활성 수집 매트릭스 위에 또는 그 안에 흡착된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 검출하는 방법이 제공되며, 이 방법은

(i) 시료를 적어도 시료의 일부를 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계, 및

(ii) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 복수의 원소를 검출하는 단계

를 포함한다.

제 4 양태에 따라서, 불활성 수집 매트릭스 위에 또는 그 안에 흡착된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 정량하는 방법이 제공되며, 이 방법은

(i) 시료를 적어도 시료의 일부를 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계,

(ii) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 복수의 원소의 양을 측정하는 단계,

(iii) 이온화된 시료 부분의 양을 측정하는 단계, 및

(iv) 시료 중의 복수의 원소의 양을 결정하는 단계

를 포함한다.

제 5 양태에 따라서, 내부기준이 적용된 불활성 수집 매트릭스 위에 또는 그 안에 흡착된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 정량하는 방법이 제공되며, 이 방법은

(i) 시료를 적어도 시료의 일부와 상기 내부기준의 일부를 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계,

(iii) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 이온화된 내부기준의 양을 측정하는 단계, 및

(iv) 이온화된 내부기준의 양에 관하여 시료 중의 복수의 원소의 양을 결정하는 단계

를 포함한다.

제 6 양태에 따라서, 불활성 수집 매트릭스 위에 흡착된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 정량하는 방법이 제공되며, 이 방법은

(i) 기지량의 측정가능한 내부기준을 유체 시료에 도입하는 단계,

(ii) 시료를 적어도 시료의 일부와 내부기준을 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계,

(iii) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 복수의 원소의 양을 측정하는 단계,

(iv) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 이온화된 내부기준의 양을 측정하는 단계, 및

(v) 이온화된 내부기준의 양에 관하여 시료 중의 복수의 원소의 양을 결정하는 단계

를 포함한다.

제 7 양태에 따라서, 불활성 수집 매트릭스 위에 또는 그 안에 흡착/흡수된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 정량하는 방법이 제공되며, 이 방법은

(iii) 매트릭스-매치된 검증된 기준물질(CRM)을 적어도 CRM의 일부를 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계,

(iv) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 이온화된 CRM의 양을 측정하는 단계, 및

(v) CRM에 관하여 시료 중의 복수의 원소의 양을 결정하는 단계

를 포함한다.

제 8 양태에 따라서, 불침투성 기판 상에 지지된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 정량하는 방법이 제공되며, 이 방법은

를 포함한다.

어떤 유용한 CRM, 예를 들어 SARM 1, 3 및 46(남아프리카 사무국 표준), 그리고 SY-2(캐나다의 검증된 기준물질 프로젝트(CCRMP))가 표 1에 제공된다. 다른 표준 원소 칵테일은 집단 검정 범위를 커버하는 Be, In, Hf, Bi, Th와 같은 원소들을 포함할 수 있지만, 분석될 수 없는 어떤 원소는 표준으로써 포함될 수 없다.

바람직하게, 시료는 전혈이고, 시료 크기는 대략 50㎕ 내지 100㎕이며, 더욱 바람직한 시료 크기는 50㎕ 미만이다. 물론, 혈장이나 혈청 등의 분리혈도 사용될 수 있다.

또한, 고 에너지선은 UV 레이저 선이고, 시료는 그러한 선에 약 30초간 노출되는 것이 바람직하지만, 노출 시간은 10초에서 120초 사이일 수도 있다. 본 발명의 장치 및 방법은 어떤 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS) 시스템과 함께 사용될 수 있다. 특히 바람직한 것은 사중극자 및 비행시간(TOF) ICP- MS 시스템이다.

검출 및/또는 정량되는 바람직한 원소들은 식이용 미량 원소, 독성 원소 및 오염이나 마모 및 인열의 표지이다. 혈액 및 다른 체액에서, 이들 원소는 Li, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, La, Ce, Eu, Dy, Yb, Hg, Ti, Pb, Th, 그리고 Pb를 포함할 수 있다. 오일과 같은 윤활제 중의 마모 금속에서, 원소들은 Li, B, Mg, Al, Sl, P, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Sr, Y, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, La, Ce, Hf, Hg, Pb, 그리고 U을 포함할 수 있다.

바람직한 구체예에서, 매트릭스 또는 지지체는 유체 시료를 수용할 수 있는하나 이상의 우물이나 톱니 모양을 포함한다.

제 9 양태에 따라서, 낮은 바탕 원소 함량을 갖는 불활성 매트릭스에 시료를 적용하는 단계를 포함하는, 복수 원소 함량의 질량 분광분석용 유체 시료를 수집하는 방법이 제공되며, 이 때 매트릭스는 아라고나이트, 수산화 알루미늄, 티타니아, 글루코스, "A"형 전분, "B"형 전분, 글루코딘, 셀룰로스 분말/과립, 섬유질 셀룰로스, 히드록시 부틸 메틸 셀룰로스, 식물성 가루 또는 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다.

바람직한 구체예의 설명

본 발명은 레이저 어블레이션-유도결합 플라즈마 질량분석 기술에 일부 기초하며, 일반 집단, 순혈종, 동물원 동물, 애완동물 그리고 도살용 동물에서 체액 중의 미량 원소 이상을 확인하기 위한 빠르고 자동화된 비용효과적인 집단 스크리닝을 허용한다. 이 기술은 필수 미량 원소 불균형 및/또는 독성 중금속 과잉을 목표로 잡아 바로잡기 위한 사전-행동적 치료적 개입을 용이하게 하고, 사람이 소비하도록 계획된 중금속-오염된 도살용 동물을 확인하여 거부하는 것을 가능하게 한다. 또한, 본 발명의 방법 및 장치는, 예를 들어 물의 오염이나 기계의 마모 및 인열에 대한 표지로서, 물 및 윤활제와 같은 유체에서 미량 원소, 금속 등을 검출 및 정량하는데 유용하다.

다양한 구체예에서 본 발명은 일차 분석 작업 동안 50개 이하의 미량 원소의 광범위한 동시 분석 및/또는 정량을 허용한다. 스크린 토치를 사용하는 이차 작업에서는 Ca, Mg, Na, K 및 Fe를 포함할 수 있다. 시료 분석 비용은 불활성 수집 매트릭스 위에 흡착된 화학적으로 변형되지 않은 50-100㎕ 부피의 체액 시료 또는 다른 유체 시료(한 방울)에 대해 현재 수행되고 있는 다수의 단일 원소 분석 비용보다 저렴하다. 혈액의 경우, 본 시료 수집 장치, 및 수집 프로토콜은 피하 주사기의 사용을 없앨 정도로 형성됨으로써 주사기에 의한 상처의 가능성이 없어질 수 있고, 비침습적이어서 비-외상성이며, 많은 부피의 혈액 및 소변의 보존, 이동 및 보관을 수반하지 않거나, 또는 커다란 생물학적 위험이 있는 폐기시설을 수반하지 않는다. 실제로, 사람의 경우에 시료는 일반적으로, 여기 설명된 경량의 수집 장치 안에/위에 바늘로 콕 찔러서 한 방울의 생물학적 유체, 예컨대 혈액을 흡수/흡착시킴으로써 어떤 지리학적 장소에서도 스스로 획득될 수 있으며, 우편이나 급사에 의해 가장 가까운 분석시설로 보내질 수 있다. 약 8000℃의 아르곤 플라즈마가 시료의 이온화에 수반되므로, 체액 시료는 분석하는 동안 대부분 멸균될 것으로 예상된다.

자외선 레이저와 사중극자 유도결합 플라즈마 질량분석기(LA-ICP-MS)를 사용하며 수동으로 시료를 취급하는 본 발명의 어떤 구체예가 개발되었다. 그러나, 본 방법은 비행시간(TOF) 및 고분해능 질량분석 기술과 동등하게 적용할 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 방법은 그들이 사중극자, TOF 또는 고분해능 질량분석기를 사용하든 아니든 자동화 될 수 있으며, 이로써 신속하며 많은 부피를 처리하는 시료 스크리닝을 허용한다.

본 발명의 방법 및 장치는, 불활성 수집 매트릭스 위에 흡수된 ㎕ 부피의 시험 유체를 사용하여, 광범위한 필수 및 독성 미량 원소에 대한, 혈액 및 다른 체액의 비용효과적인 동시 자동화 집단 스크리닝을 허락한다. 어떤 바람직한 구체예에서, 분석 시스템의 중심은 사중극자 레이저 어블레이션-유도결합 플라즈마 질량분석기를 포함하고 있다. 이 질량분석기는 관련된 자동 시료 삽입 시스템과 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 수집 장치, 또는 키트의 부품은 다음의 구성요소들로 구성되도록 계획된다:

* 실제 수집 매트릭스의 주변부를 형성하고 이 매트릭스의 지지체로서 작용하며 또한 전체 장치의 강도를 증가시켜 전체 시스템의 운반을 허용하는 하우징 마운트;

* 흡수 펠릿으로 구성된 수집 매트릭스;

* 피부를 꿰뚫어서 한 방울의 혈액의 수집을 용이하게 하는 메카니즘; 및

* 궁극적으로 시료 및 시료와 고객과의 관련성의 인식을 용이하게 하는 바코드 또는 동등물.

그러나, 수집 장치, 또는 키트의 부품은 어떤 특징을 배제하고 추가 특징을 포함할 수 있다.

이제, 본 발명은 비제한적인 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명된다.

실시예 1

시료 수집 및 적용

시료가 수집되고 본 분야에 잘 알려진 종래의 방식으로 본 발명의 선정된 수집 매트릭스에 적용될 수 있다.

예를 들어, 피험자의 혈액이 시료 키트의 일부로서 차폐된 리트랙터블형 스프링-장착 "바늘"을 포함하며, 또 불필요한 시료 오염을 피하도록 바늘로 찌를 피부 영역을 미리 세정하기 위한 밀봉된 알콜-포화 와이프, 또는 면봉을 포함하는 키트를 사용하여 수집될 수 있다.

그러나, 소변 및 땀과 같은 다른 체액, 또는 물이나 기름 및 기타 윤활제와 같은 다른 유체의 시료 수집은 혈액 수집에 대해서 상기 규정된 구성요소들을 대부분을 필요로 하지 않는다는 것이 이해될 것이지만, 그럼에도 불구하고 오염을 배제하는 것은 중요할 것이다. 이를 위한 종래 기술들이 당업자에게 잘 알려져 있다.

계속 관심의 대상인 유체 시료는 어떤 공지된 수단에 의해 분석용 수집 매트릭스에 적용될 수 있다. 예를 들어, 특정한 양이 피펫, 모세관, 계심봉 또는 유사 장치에 의해 수집 매트릭스에 적용될 수 있다. 적용된 정확한 양은 중요하지 않지만 원한다면 조절될 수 있다.

다른 식으로는, 특히 혈액 시료 수집에서는 아래 실시예 2에 설명된 것과 같은 수집 장치가 사용될 수 있다.

실시예 2

시료 수집 장치

특히 혈액 시료의 수집에 적합한, 본 발명의 시료 수집 장치의 한 종류의 예는 전형적으로 작은 정제 크기의 원반형 모양을 한 불활성 유체 흡수 매트릭스, 가장 바람직하게는 섬유질 셀룰로스 매트릭스(Whatman 540, 또 541, 542 및 다른 셀룰로스 필터 페이퍼, Whatman International Ltd, 영국 메이드스톤)와 결합한다. 매트릭스는 작은 경량의 일회용 또는 재활용할 수 있는 홀더(원반식 홀더 또는 고체 지지체 재료)에 고정되거나 그 안에 넣어진다. 이상적으로, 홀더는 비교적 강성의 재료로 만들어진다(예를 들어, 플라스틱, 카드보드 또는 유사 재료). 장치는 한 방울의 혈액 또는 체액이 흡수 매트릭스 위에 놓일 수 있도록 설계되며, 장치는 수집 부위에서 밀봉된다. 따라서, 고정된 시료는 우편 또는 급사에 의해 시료 분석센터로 쉽게 운반되거나 및/또는 보관된다.

물론, 이 장치는 물이나 윤활제 등의 체액이 아닌 다른 시료에 사용될 수도 있다.

하기 설명된 다수의 특징과 결합되어 있는 본 발명의 이 구체예의 수집 장치는 도 1에 묘사된다. 평면도(A)를 보면 장치는 전형적으로 직사각형 모양이고, 표면에 배치된 흡수성 수집 매트릭스(1)의 영역을 가지고 있으며, 또한 시료 및/또는 피험자에 대한 관련 정보를 함유하는 바코드(2)를 가질 수도 있다. 수집 매트릭스는 바람직하게 섬유질 셀룰로스지만, 이후 설명된 다른 매트릭스가 사용될 수도 있다. 나타낸 수집 영역은 원형 모양이지만, 다른 적합한 모양일 수도 있다. 시료가 수집된 후 수집 매트릭스 영역을 덮기 위해서 덮개(B)가 제공될 수 있다. 도 2 및 3은 수집 장치의 폐쇄 및 개방 위치에서의 단면도를 각각 나타낸다. 이 장치의 캐리어 또는 받침(지지체) 부분(A)은 플라스틱이나 어떤 형태의 카드(뻣뻣한 종이, 카드보드 등) 재료로 적합하게 만들어질 수 있다. 덮개(B)는 유사한 재료로 만들어질 수 있다. 받침 부분과 덮개는 모두 받침과 덮개 사이의 확실한 맞물림을 위한 맞물림 릿지(3)를 포함할 수 있고, 또 이것이 사용된다면 덮개가 전체적으로 미끄러져 벗어나는 것을 방지한다.

또, 도 2 및 3은 수집 매트릭스(1)의 영역 및 수집 매트릭스 아래와 캐리어 또는 받침 재료 안에 배치된 바늘 또는 피침을 나타내고 있다. 피침은 수집 매트릭스에 있는 채널(4)에 의해 안내될 수 있으며, 이로써 장치가 엄지손가락과 다른 손가락 사이에서 압박될 때 피침이 채널을 통해 손가락으로 강제로 나아가서 손가락을 꿰뚫어 수집 매트릭스에 혈액 시료를 수집할 수 있게 된다. 일단 시료가 취해졌다면, 덮개가 수집 매트릭스 위로 미끄려저 들어갈 수 있으며, 이로써 시료가 보호될 뿐만 아니라 사용된 장치를 개별 취급할 수 있다.

도 4는 도 2 및 3의 일부의 확대도로서, 피침, 수집 매트릭스 및 안내 채널의 바람직한 배열을 더욱 상세하게 나타내고 있다.

전형적으로, 본원에 고찰된 수집 장치는 특히 바람직한 형상으로 약 40x20mm의 치수와 약 2mm의 두께를 가질 것이다. 그러나, 상이한 용도들에서는 더 크거나 더 작은 수집 장치도 유용할 수 있으며, 대응 변수들에 따라서 설계될 수 있다.

수집 장치는 주로 미량 원소 함량의 분석 전에 혈액 및 다른 체액을 수집하도록 설계된다. 그러나, 일체형 피침을 생략한 다른 유체의 시료 수집에도 유사한 설계 원리는 사용될 수 있다. 물론, 혈액 시료 수집에서 조차도, 상기 설명된 장치는 분리형 피침과 함께 제공될 수 있으며, 원한다면 별도 구성요소로 키트에 함께 포장된다.

시료 수집 장치의 설계는 제조비용을 낮추고, 튼튼한 구조, 운반의 용이성및 보관의 용이성을 제공하고, 원거리 위치로부터의 시험 시료 한 방울을 미경험 수집자에 의하여 수집하도록 사용될 수 있다.

장치의 필수적 부분을 형성하는 매트릭스는 전형적으로 분석 전에 유체 상호작용에 관하여 불활성 재료이고, 뒤이은 시료 분석을 방해하지 않는다. 매트릭스 상 또는 내로 흡착되는 시료는, 시료에 오염물을 첨가시킬 수 있는 보조제의 첨가 없이도 무한정 보관될 수 있다.

매트릭스로서 적당한 바람직한 재료는 과립 또는 섬유질이고 형성 또는 사전형성된 셀룰로스이다. 전형적으로, 혈액 수집장치로 운반되는 혈액 시료는 비부피를 갖지 않는다. 그러므로, 매트릭스는 분석에 있어서의 분석적 데이터를 표준화하기 위하여 내부기준으로 암호화될 수 있다.

매트릭스는 또한 세라믹 형의 매트릭스에 적당한 무기 재료, 예를 들어 리튬, 붕소, 탄소, 마그네슘, 알루미늄 및 실리콘으로 구성될 수 있다. 이 목록은 완전한 것은 아니지만, 그것은 적당한 견고한 내열세라믹 용도의 주성분을 포괄한다.

전형적으로, 혈액 시료는 매트릭스 또는 보강/지지 물질 내로 통합된 작은 피침 또는 관통 바늘을 갖는 수집장치로 운반된다. 환자가 장치를 잡으면 투여되기 위한 한번 콕 찌르기가 유발된다. 수집된 혈액은, 분석에 있어서의 분석적 데이터를 표준화하는 내부기준으로 암호화될 수 있으므로, 비부피를 가질 필요는 없다.

장치는, 환자 인식을 위한 또는 다른 추가 정보를 시료 상 및 그 공급원에포함하기 위하여, 레이저스켄 가능한 바코드를 가질 수 있다. 요구되는 혈액의 양은 통상 50 ㎕ 미만이다. 장치는 또한, 장치와 시료가 운반될 수 있고 오염되지 않는 것을 보장하기 위하여, 밀봉 기작을 가진다.

매트릭스는 어떤 알려진 수단에 의하여 지지 물질 또는 홀더에 고정되거나 그 내부에 캡슐화되어 넣어지고 접착제를 사용할 수 있다. 게다가, 시료 또는 분석 설비 및 작업자의 오염을 막기 위하여 항생제 장벽이 사용될 수 있다.

본 발명은 또한 고정된 수집 매트릭스를 갖지 않는 수집 장치를 사용한다. 단순히, 수집 매트릭스가 없고 시료는 직접 지지(보강) 물질로 적용된다. 이는 특정 체액 수집 장치에서 특히 유용하다. 이같은 장치에서 그것은, 지지물질 내에서 다수 오목부(웰) 내로의 적용에 의하여 시료 고정화 또는 다수 시료 및/또는 표준을 동일한 지지물질 (장치)에 적용하도록 하기 위하여 오목부(웰)를 지지 물질 내로 도입하는데 유리하다.

여기에 기재된 어떤 수집 장치에 적용되는 액상 시료도 분석 전에 건조된다.

실시예 3: 시료 분석 시스템

전통적으로, LA-ICP-MS 에서의 정량은 레이저를 시료에 커플링 시키는 전원을 제어하여 일정한 어블레이션 특성 및 일정량의 고체를 분석 플라즈마로 운반하는 것을 보장함으로써 접근되어 왔다. 매트릭스의 성질이 보장되는 경우에는 (예를 들어 유리나 유사한 물질), 이것이 매우 권장할 만한 것이지만, 매트릭스가 일정하지 않은 경우에는 커플링의 표준화와 운반 효율에 있어서 유의한 문제점이 있다. 더구나, 시료의 표면 특성이 변화가 심한 경우에는 일정한 어블레이션이 극히어렵다.

본 발명 이전에는 레이저 어블레이션 ICP-MS 기술은 기껏해야 반정량적 기술이었고 보통은 어떤 고체 재료에서의 미량원소 농도의 측정용 비교 기술이었다. 본 발명의 이 구체예에서, LA-ICP-MS 에서의 정량은 레이저 셀로부터 분석 플라즈마로의 실제 운반인, 파편(어블레이션되거나 이온화된 재료)의 양의 정량에 의하여 접근되어 왔다.

어블레이션된 재료의 입자 크기가 상대적으로 큰 적외선 레이저를 사용할 경우, 플라즈마로 들어오는 입자의 양(어블레이션 효율)을 정량하기 위하여 자외선 스펙트럼 간섭이 사용될 수 있다. 그러나, 대부분의 경우에서, 현재 이용되는 기술은 UV 또는 엑시머 레이저이다. 이들 레이저는 감지 가능한 UV 산란을 갖기에는 너무 작은 입자를 만들어내고 결과적으로 저비용으로 입자 정량은 불가능하다. 그러나, 어블레이션된 재료의 양, 따라서 UV 레이저의 효율을 정량하기 위한 적당한 대안의 기술로서 레이저 간섭계가 사용될 수 있다. 일단 운반효율이 정량되면, 그 후에는 분석 플라즈마로 들어오는 입자의 양을 정량하는 것이 가능하고, 따라서 결과의 신호(즉 어떤 한 성분의 양)를 정량할 수 있다.

상기된 수집/운반 장치의 지지 매트릭스에서 내부기준을 사용함으로써, 또는 분석될 시료에 하나 이상의 표준을 추가함으로써 정량 방법은 더 개선될 수 있다. 적당한 내부기준은 특정 시료에서 보통 존재하지 않거나 검출 농도 이하로 존재하는 원소로부터 선택될 수 있다. 그러므로, 혈액 시료에 대하여는, Hf, Ir, Ru, Rh, Ta 및 중희토류 원소 같은 원소가 내부기준으로 사용될 수 있고, 매트릭스를제작하기 위하여 사용되는 입자의 표면에 결합시킴으로써 불활성 매트릭스 내로 통합될 수 있거나, 시료 자체의 천연 성분으로서 존재할 수 있다.

매트릭스 내로 표준이 통합되는 경우에는, 시료가 어블레이션될 때, 매트릭스의 입자가 시료를 따라 분석 플라즈마 내로 운반된다. 모든 파편의 운반 효율의 정량은 레이저 간섭계 또는 적당한 대안 기술을 사용하여 달성되고 내부기준으로부터의 신호에 대한 표준화에 의하여 지지된다. 운반 효율이 그런것과 마찬 가지로, 내부기준의 결합 특성 및 매트릭스의 흡착의 효율이 알려져 있으므로, 매트릭스 상에 흡착된 시료, 이경우에는 혈액 내의 원소의 농도를 계산하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 구체예에서, LA-ICP-MS에 의한 정량은 매트릭스-매치된 표준에 대한 정량에 의하여 접근되었다.

정량은, 수집 매트릭스 내의 내부기준을 사용하거나, 분석될 시료에 하나 이상의 표준을 첨가함으로써 달성된다. 적당한 내부기준은 특정 시료에서 보통 존재하지 않거나 검출 농도 이하로 존재하는 원소로부터 선택될 수 있다. 그러므로, 혈액 시료에 대하여는 내부기준은 용액 도핑을 통하여 불활성 매트릭스 내로 통합되거나 매트릭스 자체의 천연 구성성분으로서 존재할 수도 있다. 수집 매트릭스는 질량 조정 표준으로서 작용하기 위한 적당한 표준으로 도프된다. 이들은 필요한 분석에 의존한 Be, In 및 Bi, 또는 다른 적당한 조합이다. 또한, 어떤 다른 분석체도 매트릭스 패드 내로 스파이크될 수 있고 패드가 분석될 수 있다. 매트릭스 패드 상에 조정 표준을 스파이크 하는 것은 그 분석을 "블랭크"로서 작용하도록 한다. 표준-스파이크된 매트릭스 패드에 혈액, 땀, 소변 또는 어떤 다른 체액 시료를 뒤이어 첨가할 수 있다. 시료는 2 시간 동안 105 ℃에서 건조되지만, 어떤 다른 적당한 온도나 시간이 될 수 있고 그 후 어블레이션된다. 시료과 "하부" 매트릭스는 어블레이션되고 뒤이어 플라즈마 내로 운반된다. 둘 모두의 구성성분에 대하여 이온화가 달성되고, 이런 방법으로 시료를 조정한다. 그러므로, 이 때문에, 시료과 내부기준을 함유하는 매트릭스가 동시에 플라즈마로 도입되므로, 시료의 성질은 중요하지 않다. 이 프로토콜은, 스파이크가 이미 시료가 수집된 매트릭스 패드에 있기 때문에, 스파이크의 필요성을 제거한다. 그러므로, 시료가 무엇이든 상관없이, 그것은 표준과 함께 플라즈마 내로 도입됨으로써 어떤 매트릭스 간섭도 극복할 것이다. 이 구체예에서, 한 범위의 분석물을 매트릭스에 첨가하는 것이 필수적인데, 그 이유는 Be, In 및 Bi가 조정제로서 작용하고 시료가 분석되기 전에 대량 반응을 고려하여 모든 다른 원소에 대하여 조정될 수 있기 때문이다. 물론, (이미 상세하게 설명된 바와 같이) 조정 곡선이 확립됨으로써 혈액 또는 다른 체액에 함유된 미량원소의 정량을 용이하게 할 표준으로 스파이크되는 일련의 매트릭스가 있다.

그러므로, 섬유질 셀룰로스 매트릭스 패드가 제조되고 세트의 질량 조정 원소로 도프되고 건조된다. 혈액, 또는 다른 체액이 첨가되고, 건조되고 10x10 매트릭스 래스터를 사용하여 어블레이션된다. 데이터가 수집되고, 동일한 방법으로 제조되고 측정된 다원소 표준의 농도 범위 (100, 200, 500ppb 등)로부터 얻어진 결과에 대하여 판독된다. 그러므로, 표준과 시료가 잠재적인 매트릭스 문제가 제거된 동일한 방법으로 도입되므로 어떤 매트릭스에 대한 정량도 성취된다. 표준 및 시료를 포함하는 매트릭스 및 각 표준화 그것의 상대값에서 데이터가 Be, In 및 Bi에 대하여 교차-참조된다.

이 구체예의 시료 분석 시스템의 핵심 구성성분은 시료의 에어로졸을 생산하기 위한 레이저(레이저 어블레이션), 안에서 에어로졸이 이온화하는 7,000℃ 가 넘는 온도에서 작동되는 아르곤 플라즈마 또는 '전기화염' (전기유도적으로 커플링된 플라즈마), 이온을 그것의 질량 내지 전하 비에 따라 '패킷'으로 나누기 위한 질량 필터 (질량 분광계), 및 각 '패킷'에서 이온을 검출하기 위한 이온 검출기를 포함한다. 시스템은 10억 검출 한계 당 부분을 달성할 수 있는 통상 감도를 가지고 작동한다. 모든 데이터는 장래의 참조를 위하여 전자적으로 보관될 수 있다.

적당한 ICP-MS 시스템은 사중극자 중의 RF 및 DC 장을 변화시킴으로써 제어되는 사중극자 분석 필터를 사용하여 한 선택된 질량 대 이온비로 이온이 어떤 특정 시간에 전도 되도록 한다. 사중극자의 순환은 어떤 선택된 이온이 특정 시간에 순환 프로그램 동안 < 250 amu 의 질량 대 전하 비로 전달되는 것도 허용한다. 각 천연발생 원소는 그것의 안정한 동위원소에 대응하는, 고유의 그리고 단순한 패턴의 거의 정수의 질량 대 전하비를 가짐으로써 분석되는 시료의 원소 조성물의 확인을 용이하게 한다. 특정 시료로부터 등록된 원소 이온의 수는 시료 내의 원소 동위원소의 농도에 비례한다.

다원소 분석에 대하여, 사중극자는 1 Hz (일분에 한 번)에서 스캔하도록 일반적으로 배열된다. 이같은 환경에서, 예를 들어 만약, 100 동위원소 질량이 분석되면 각 동위원소 질량은 전체 스캔 시간의 100분의 1만 수집된다.

여기에 제공되는 프로토콜의 과도한 변형 없이도 다른 배열 및 타입의 기계도 본 발명의 장치와 방법과 함께 사용될 수 있다.

한 대표적 작동에서, 시료는 전형적으로 30초를 넘지 않는 기간 동안 레이저 어블레이션 셀내로 도입되어, Excimer 또는 Frequency Quadrupled Nd-YAG 레이저를 사용하여 어블레이션된다. 어블레이션된 시료로부터의 파편은, 다른 재료 또한 사용될 수 있지만 적당한 가소성 재료로서 Nalgene에서 제조된, 전기유도로 커플링된 플라즈마(ICP)의 토치에 부착된 경계면 튜브 밑으로 통과한다. 독립적인 레이저 방사가 안으로 통과되는 토치에 인접된 이 튜브 내의 구역을 통하여 시료 파편이 통과한다. 동심의 일련의 다이노드 검출기는 시료 파편 입자로부터 반사되는 광자 플럭스를 측정하여 입자 산란의 정량을 용이하게 한다. 산란되는 양을 알게되면 산란을 일으키는 입자의 양과의 선형 상관관계를 만들 수 있다. 레이저 산란 장체가 전통적 스모크 셀을 사용하여 조정된다.

산란 수준은 튜브 밑으로 통과하는 파편의 양의 정량적 지표이다. 이 파편은 (내부기준을 가지고) 미리암호화된 담체 매트릭스 시료의 입자에 추가하여 재료 (혈액)를 함유한다. 입자는 이제 전기유도로 커플링된 플라즈마(ICP) 내로 위로 통과하는데, 여기에서 그것들은 이온화되고 비행시간(TOF) 분리를 사용하여 분리된다. 각 분석물 동위원소로부터 얻어진 신호에 대하여 참조하여 시료에 대한 원소 조성이 확립되고 정량된다. 시료 즉 혈액에 존재하는 원소의 농도의 정량은 레이저 간섭계로부터의 산란 신호를 참고하여 계산된다. 분석되는 시료의 양은 미리코드화된 매트릭스에서의 성분의 이온화에 의한 신호생성에 대하여 표준화된다. 이런 방법으로, 운반된 재료의 질량성분을 얻기 위하여 어블레이션된 재료의 양이 사용되고, 미리 코드화된 매트릭스의 원소 신호표시는 이온화 효율의 상호 비교를 참고하여 반응의 표준화를 용이하게 한다.

시료 내에 있는 원소의 정량은 또한, 시료내로 또는 수집 매트릭스/지지체 내로/위로, 또는 둘 모두로 표준을 통합시킴으로써 성취될 수 있다. 미리암호화된 수집 매트릭스는 혈액 또는 다른 체액 같은 시료에 기술적 검출한계 이상의 농도로 천연적으로 존재하지 않는 원소의 혼합물을 함유할 수 있다. 이들 원소는 전형적으로 베릴륨, 스칸디움, 지르코늄, 니오븀, 로듐, 루테늄, 인듐, 하프늄, 탄탈룸, 레늄, 오스뮴 및 이리듐의 하나 이상(즉, 혼합물)을 포함한다. 이것은 매트릭스 또는 지지체에 대하여 1 내지 10,000 ng/ml 수준에서의 적당한 분석물로의 도핑을 필요로 한다. 원소는 분석학적으로 유의한 분석물에 존재하는 질량 및 이온화 전위 둘다의 범위를 포괄하도록 선택된다.

다른 전형적 작동에서, 시료는 레이저 어블레이션 셀내로 도입되고, 포착된 분석물의 수에 의하여 전형적으로 결정되는 미리결정된 시간간격 동안, 266 nm 에서 작동되는 Frequency Quadrupled Nd-YAG 레이저를 사용하여 어블레이션된다. 어블레이션된 시료로부터의 파편은, Nalgene 에서 제조된, 또는 다른 적당한 가소성인, 전기유도로 커플링된 플라즈마(ICP)의 토치에 부착된 경계면 튜브 밑으로 통과한다. 미리 암호화된 매트릭스는 혈액에 기술적 검출한계 이상의 농도로 천연적으로 존재하지 않는 원소의 혼합물을 함유할 수 있다. 이들 원소는 전형적으로 베릴륨, 스칸디움, 지르코늄, 니오븀, 로듐, 루테늄, 인듐, 하프늄, 탄탈룸, 레늄, 오스뮴 및 이리듐의 하나 이상(즉, 혼합물)을 포함한다. 이것은 매트릭스 또는 지지체에 대하여 1 내지 10,000 ng/ml 수준에서의 적당한 분석물로의 도핑을 필요로 한다. 원소는 분석학적으로 유의한 분석물에 존재하는 질량 및 이온화 전위 둘다의 범위를 포괄하도록 선택된다.

보고 목적으로 분광계로부터의 판독정보는 임상적으로 허용되는 프로토콜에 적당한 농도 단위로 표현된다. 또한, 판독정보는 정상의 건강한 개인의 분석물의 허용범위에 관한 정보를 함유하고, 관찰중인 시료가 허용가능한 범위 밑인지 위인지 범위 안에 있는지를 나타낸다.

본 발명의 방법과 장치는, 광범위한 필수 및 독성 미량원소에 대하여 다양한 혈액 또는 다른 채액 시료, 또는 오염 또는 낡음의 지표가 되는 오염원에 대하여 물이나 윤활유 같은 다른 유체 시료의 질량 스크리닝을 가능케한다. 아주 작은 부피의 (한 방울 내지 두 방울) 시료 액이 다중 원소 분석에 필요하다. 채액의 시료 수집은 피하주사의 사용을 필요로 하지 않으며, 결과적으로 본질적으로 비침습적이고 기존 방법에 비하여 상당히 안전하다. 시료는 수집되어 보존제의 첨가의 필요 없이 불활성 매트릭스 안에서 보관된다. 시료는 안전하고 용이하게 취급되고 운반된다. 분석의 바람직한 방법인 사중극자 레이저 어블레이션-유도결합 플라즈마 질량분석기는 매우 감도가 양호하고 미량/극미량의 원소를 검출하고 측정할 수 있다. 여기에 기재된 방법은 완전 자동화 및 시료의 고 트로풋 스크리닝 및 분석에 적당하다. 게다가, 본 발명의 방법과 장치는 현재의 단일 원소 시험보다 유의하게 저비용으로 다원소 시험을 가능케하고, 따라서, 표적 집단의 경제적 대량-스크리닝을가능하게 한다.

본 발명의 장치와 방법과 관련하여, 원소의 정량에 사용될 수 있는 적당한 내부기준의 예가 아래 표 1에 상세하게 기재된다.

수집 매트릭스는, 사용되는 경우, 목적에 따라 제조된 수용액 표준을 사용하여 기지 농도의 미량 금속 혼합물로 주입시킬 수 있다. 어떤 바람직한 구체예에서, 매트릭스는 혈액 분석에서의 시스템에 대한 대량 반응을 조정하기 위하여 2 ppm의 Be, In, Hf를 내부기준으로서 함유한다. 오일의 마모 금속 분석을 기재하는 다른 구체예에서, 2 ppm의 Be, In, 및 Th가 사용된다. 또 다른 구체예에서 다른 적당한 원소가 사용될 수 있다.

감도를 조정하기 위하여 별개의 표준 매트릭스 패드가 사용될 수 있고 이들은 혈액 및 체액에 대하여 다음과 같을 수 있다: Li, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba,La, Ce, Eu, Dy, Yb, Hg, Tl, Pb, Bi, Th 및 U를 1 ppb로 포함하지만 이에 제한되지 않는 단일 패드, 이들 모두를 2 ppb으로 포함하는 제 2 패드, 이들 모두를 5 ppb으로 포함하는 제 3 패드, 이들 모두를 10 ppb으로 포함하는 제 4 패드, 이들 모두를 20 ppb으로 포함하는 제 5 패드, 이들 모두를 50 ppb으로 포함하는 제 6 패드, 이들 모두를 100 ppb으로 포함하는 제 7 패드, 이들 모두를 200 ppb으로 포함하는 제 8 패드, 이들 모두를 500 ppb으로 포함하는 제 9 패드, 이들 모두를 1000 ppb으로 포함하는 제 10 패드. 그 후, 특정 채액 시료에서 결정되는 한 세트의 원소에 대하여 적당한 농도가 사용될 수 있다. 다른 구체예에서, 오일에서의 마모금속 분석에 적당한 한벌의 원소, 예를 들어, Li, B, Mg, Al, Si, P, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Sr, Y, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, La, Ce, Hf, Hg, Pb 및 U가 매트릭스 내로 위와 같이 1 ppb 내지 1000ppb로 도프되어, 어블레이션될 때, 질량 분광계를 통한 한 범위의 원소가 시스템을 표준화하기 위하여 내부기준으로서 사용될 수 있다. 그러므로 수집 매트릭스는, 사용될 때, 미리조정된 농도의 선택된 분석물을 함유할 수 있다. 광범위한 일반적 수집 매트릭스/장치와 시험 특이적 매트릭스/장치 둘다가 특이적 원소 또는 원소 한벌에 대하여 사용될 수 있다. 게다가, 내부기준 분석물의 어떤 하나 또는 조합 또는 범위가 수집 장치 내로 스파이크되어 그것의 광범위한 또는 특이적 용도를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 광범위한 용도를 위하여 바람직한 조합은 Li, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, La, Ce, Eu, Dy, Yb, Hg, Tl, Pb, Bi, Th 및 U이고 특이적 적용을 위하여는 예를 들어 오일을 분석하는데 바람직한 것은 Li, B, Mg, Al, Si, P, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Sr, Y, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, La, Ce, Hf, Hg, Pb 및 U이고 혈액을 위하여 바람직한 조합은 Li, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, La, Ce, Eu, Dy, Yb, Hg, Tl, Pb, Bi, Th 및 U이다.

시료의 수집 및 분석의 전형적 방법은 도 5에 요약된다. 물론, 수동적 방법 또한 사용될 수 있고 제안된 대표적 전략의 변형이 가능하다.

실시예 4: 수집 매트릭스의 분석

아래에 기재되는 실험의 목적은 레이저 어블레이션-유도결합 플라즈마 질량분석기(LA-ICP-MS)에 의한 마이크로리터 유체 시료의 수집과 정량적 분석을 용이하게 하기 위하여, 화학적으로 및 기계적으로 견고한 유체 흡착/흡수 매트릭스/매트릭스들을 정의 및/또는 정제하는 것이다. 이들 실시예의 목적을 위하여 고려되는 유체는 혈액, 소변 및 오일이다. 그러나, 생물학적 또는 그외의 다른 유체도 유사한 재료 및 기술을 사용하여 분석될 수 있다.

바람직한 시료 수집 매트릭스는 견고한 운반이능한 시료 수집 장치 내로 통합하기에 적당하여야 한다. 장치는 다음과 같은 특이적 성질을 가져야 하지만 이에 제한되지 않는다:

- 가격이 싸고 정확한 대량 생산이 가능하고;

- 작고 레이저 셀에서 분석 전 어블레이션이 용이하게 이루어져야 하고;

- 자동화된 사전분석 판독 및 시료의 데이터로의 회부 및 데이터의 고객에로의 회부를 위하여 암호화될 수 있고;

- 혈액 수집을 위하여, 각 개별 환자의 피부의 통과를 위한 기작을 함유함으로써 주사바늘 감염의 위험을 최소화 시킨다. 최초의 혈액 수집에 뒤이은 다른 사람의 피부를 통과할 수 없도록 천공 기작을 막아내는 일정 형태의 방어 장치 또는 기작이 있을 것이고;

- 분석 전 및 폐기 후 물질에 의한 생물학적 위험을 최소화하여 생산한다. 이것은 작은 수집 장치 및 작은 혈액 시료 (100 ㎕ 미만) 및 궁극적으로는 소각하여야할 시료채취 장치를 포함하는 재료의 매우 적은 양을 의미하고;

- 수집장소로 부터 및 전통적 우편 방법에 의하여 용이하게 운반할 수 있다. 장치는 잠재적으로 생물학적 유해성 물질의 오염 및 배출의 가능성 없이 전통적 우편 방법이 사용될 수 있도록 되어야 하고; 그리고

- 비의료업 종사자에 의하여 사용될 수 있다.

매트릭스 재료

처리 시험용으로 사용되는 원래 바람직한 매트릭스 재료는 섬유질 셀룰로스이었다. 이 재료를 사용하여, 셀룰로스 흡수성 매질을 함유하는 보강된 카드보드 '펀치아웃'을 쉽게 형성하는 것이 가능하였다. 이 재료에 첨가된 혈액의 마이크로리터 시료를 LA-ICP-MS에 의하여 정성적으로 분석하였다. 정성적 스펙트럼과 미처리 계산 데이터가 생성되는데, 이들의 다량은 흡수된 혈액 내의 미량 금속을 반영하였다. 그러나, 천연적 유기 산물인 셀룰로스가 기록된 일정 범위의 원소의 분석물 신호에 기여할 수 있다고 추론되었다. 그러므로, 화학적 및 물리학적 관점 둘다의 관점에서 일련의 다른 잠재적 매트릭스 물질과 함께 셀룰로스를 더 관찰하기로 결정하였다.

적당한 시료 수집 매트릭스의 몇몇 성질은 다음의 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는다:

- 화학적으로 "깨끗"한, 즉, 관심의 분석물의 농도가 낮아야 하고;

- 견고, 즉, 파편화됨 없이 종종 장거리를 통하여 운반이 가능하고;

- 수성 및 비수성 시료 둘다 (혈액 및 오일)에 의하여 유의하게 젖음이 가능하면서도 본래상태를 계속 유지하고;

- 시료의 레이저 어블레이션 제거를 잘 견디며; 그리고

- 분석 동안 분석물 분리에 기여하지 않는다.

매트릭스 선택

상기에 상세히 기술된 요인들은 매트릭스의 선택을 좌우하고, 그렇게 하여 특정 재료를 제외한다. 관찰된 재료의 목록이 그것의 잠재적 적합성에 관한 지표와 함께 도출되고, 이는 뒤이어 시험될 잠재적으로 유용한 재료의 최종 짧은 목록을 결과하였다. 백색 금속 산화물을 잠재적 매트릭스로서 선택한 것은 여기에서 상세하게 설명하는 이 두 가지가 지역적으로 대량으로 제조되며, 극히 가격이 저렴하고, 그리고 (IR 레이저와는 달리) 현 세대의 UV 레이저를 사용하여 밝은 및 어두운 매트릭스 사이에서의 커플링 효율의 차이를 갖지 않는 것으로 관습적으로 생각되고 있다는 사실에 기초한다.

관찰된 잠재적 유기 및 무기 매트릭스 재료는:

- 돼지발가락 머슬조개껍질 (아라고나이트) - WA 진주 공업으로부터 공급됨

- 수산화 알루미늄 - Alcoa (WA)

- 티탄 - New Millenium (WA)

- 박테리아 등급 포도당 - Watling 교수에 의하여 공급됨

- 녹말 "A" - BDH Analar 분석 시약

- 녹말 "B" - Ajax Chemicals Univar 분석

- 글루코딘 - Boots Healthcare Australia

- 셀룰로스 - 고순도 분말 - Sigma Chemicals Microgranular

- 셀룰로스 - 고순도 섬유질 셀룰로스 - Sigma Chemicals Medium Fibrous

- 히드록시 부틸 메틸 셀룰로스 - Sigma Chemicals

- 곡물가루 - 식료품점에서 시중구입가능한 쌀, 옥수수, 밀, 콩, 호밀 및 옥수수가루이다.

상기된 모든 매트릭스는 금속의 농도가 훨신 높은 경우 윤활제로서 사용될 수 있다. 그러나, 다음의 것이 혈액 및 다른 체액 분석을 위한 매트릭스의 특히 유용한 선택이 될 것이며, 이것들은 또한 윤활제나 물 시료의 분석에 유용할 수 있다.

수산화 알루미늄 [Al(OH) ₃ ]: 매우 양질의 수산화 알루미늄이 서 호주에서 생산된다. 그것은 분석학적으로 상대적으로 깨끗하고 가격이 저렴하여 매트릭스로서 고려되고 있다.

셀룰로스:셀룰로스는, 그것이 전형적으로 중금속 농도가 낮다는 점에서 우수한 이론적 매트릭스 선택이다. 다양한 초고순도 셀룰로스가 압축성, 젖음성 및 금속함량에 대하여 시험되었다. 이 같은 (원래 매트릭스 였던) 셀룰로스의 물리적 특징이 잠재적 매트릭스로서 그것을 중요한 재료가 되게 하였다. 셀룰로스 필터 종이 형태인 섬유질 셀룰로스 (Whatman 540, 그러나, 541, 542 및 다른 셀룰로스 필터 종이 또한, Whatman International Ltd, Maldstone, England)가 특히 유용하다.

곡물가루:새로 수확한 쌀은 습윤 또는 건조 하에서 대단히 견고한 것이고 또한 매트릭스로 유리하게 사용될 수 있다.

단순히 공급되는 그대로 매트릭스 재료를 사용하는 것 외에도, 적당한 매트릭스를 걸러내고 그 걸러낸 잔여물을 유의한 금속이 걸러질 수 있고 그럼으로써 매트릭스의 금속함량을 감소시켜 오염 금속의 농도를 저하시켜 더 유용하게 하거나 실제로 금속농도를 저하시켜 전에는 부적당하였던 재료를 이제는 적당한 농도로 할 수 있는지 여부에 대하여 시험하였다.

실험

(i) 화학적 특성

용액 ICP-MS: 각각의 잠재적 매트릭스의 '순도'를 평가하기 위하여, 수용성 재료의 적당한 서브시료를 Milli-Q (mQ) 물에 용해하여 부피를 재었다. (주로 유기재료인) 수불용성 시료를 냉 및/또는 온 (또는 둘다)의 염산, 질산, 왕수 및 질-플루오르화수소산 여과를 시켰다. 여과물을 수집하여 부피를 재고 적당하게 희석하여 용액 도입 ICP-MS에 의하여 분석하였다. 여과된 잔여물을 수거하였고 선택의 서브시료를 전체 용해시킨 후, VG Elemental, Ion Path Road 3, Winsford, Cheshire CW7 3BX, United Kingdom 에 의하여 제조된 VG PlasmaQuad 3ICP-MS를 사용하여 용액 ICP-MS 분석을 받도록 하였다. 더 선택된 자여 서브시료는, 비여과된 동등물과 함께 전체 산 용해를 받게 한 후, 부피를 재고, 희석하고 다시 용액 도입 ICP-MS에 의하여 분석하였다.

용액 실험은 미처리 재료에서 관심의 분석물을 허용되지 않는 농도로 분석물을 갖는 및 산여과에 의하여 거의 감소되지 않거나 적당하지 않게 감소되는 잠재적 매트릭스 후보의 몇몇을 제거하는 것을 용이하게 하였다. '용액' 평가는 셀룰로스 및 수산화 알루미늄이 가장 양호한 후보이었지만 이들 둘다는 관심의 일정 분석물을 포함할 수 있는 것으로 나타났다. ICP-MS 분석용으로 용액을 희석하는 것이 필요하므로, 용액에서 매우 낮은 겉보기 농도도 종종, 질량 및 희석에 대하여 보정하였을 때, 시료에서 유의한 농도로 해석되었다: 많은 경우에, 이들 분석물은 존재하지 않을 수도 있고, 만일 존재한다고 해도 매우 낮은 농도로 존재할 수 있다. 이 문제를 시험하기 위하여, '미처리' 서브시료, 및 만일 가능하다면 대응하는 여과된 잔여물을 '조개탄' (하기 참조) 내로 압축하여 비교정성 UV LA-ICP-MS 분석을 받도록 하였다.

레이저 어블레이션 ICP-MS : 시료 매트릭스가 혈액 또는 다른 체액으로서 분석 시료에 대하여 동등한 양의 재료로 기여할 필요는 없다.

매트릭스의 통합 및 그것의 이온화는 그 안에 함유된 혈액에 대한 것과는 동일하지 않을 것이다. 이 때문에, 분석 신호에 대한 매트릭스의 기여는 반드시 그것의 상대적인 매트릭스/혈액 비율에 비례할 필요는 없다. 따라서, 실제의 분석동안 분석 신호에 대해서 매트릭스가 어느 정도로 기여하는지를 결정하는 것이 필요하다. 따라서, 매트릭스의 레이러 어블레이션 분석이 또한 수행되었다. 담체 가스로서 아르곤의 사용은 혈장으로 어블레이션 파편을 수송하는 전통적인 방법이기 때문에, 아르곤은 모든 실험 목적에 사용된 제1의 가스였다. 그러나, 헬륨이 과학 사회에서 수송 가스로서 연구대상으로 부상하였는데, 헬륨이 때때로 증가된 감도를 나타내고, 동종 간섭을 감소시켰기 때문이다. 결과적으로, 이 가스가 또한 조사되었다 .

(II) 물리적 특징결정

가능한 매트릭스 물질의 물리적 특징 결정은 500 및 1000 kg/sq in 모두에서의 압축 완전성, 혈액 및 수용액에 대한 습윤성, 시료 첨가후의 완전성, 1성분 및 다성분 매트릭스 거동의 대조, 및 내부기준 도입의 평가를 포함하였다. 이러한 조사 중 일부의 결과가 아래에 상세히 기술된다.

시료간의 어블레이션 효율에 있어서의 다양성은 내부기준의 사용을 필요로한다. 시료마다의 '영향력' 가변성을(커플링 효험에서 가변성 및 따라서 시료로의 레이저 에너지의 동력 수송) 조절할 방법이 없다. 이 때문에, 다양한 양의 분석물은 시료간의 상대적인 영향력에 의존적인 혈장이 될 것이다. 결과적으로, 각 시료마다 혈장으로 수송되는 물질의 양을 측정하기 위한 메카니즘이 존재한다는 것을 확실하게 하는 것이 필요하다. 적외선 레이저에 대하여 사용된 방법은 운반된 입자에 의한 빛의 산란을 측정하는 것이였다. 그러나, 이 메카니즘은 UV 레이저가 사용될 때 가능하지 않다(실험에서 사용된 레이저는 펄스된 Q-스위치 모드의 266nm 에서 시스템작동하는 주파수 4중 Nd-YAG UV 마이크로프로브 레이저였다). 이 레이저 시스템은 영국, 체셔, VG Elemental 사에서 제조되었다.

그러나, 표본추출전에 또는 이와 동시에 메트릭스에 1 성분 칵테일을 스파이크하는 것은 정량 실험을 위한 유용하고 경제적인 내부기준을 제공한다.

결과 및 논의

2002년 10월-12월에 행해진 18개 실험들의 상세한 내용이 아래에 제시된다. 16개의 실험은 특히 매트릭스의 물리적 및 화학적 특징, 흡수된 수성 표준, 미네랄 CRM 및 혈액 시료의 분석에 관한 것이다. 나머지 2개의 실험, 실험 13 및 15는 오일 시료의 분석에 관한 것이다. 이것들은 본 단락의 말단에서 함께 보고된다.

결과의 분석 데이터는 예를 들어, '부속 실험 12'와 같이 실험 번호로 확인되는 일련의 부속들에 제시된다. 부속물들은 본원에 포함된 각각의 실험상의 관련 주석과 함께 읽혀져야만 한다. 빈번하게, 데이터의 평균과 % 표준편차(변화량 계수)가 계산되었다.

대부분의 부록에서, 동위원소 데이터는 천연 동위원소 존재비 관계를 사용하여 100 퍼센트 성분 농도로 계산되었다. 몇몇 경우에, 데이터는 측정된 동위원소 질량에서 동위원소 농도로서만 제시된다. 이것은 각각의 부록에서 분명하게 표시된다.

신호 반응을 최적화하기 위한 시도로서, 일반적인 스캐닝 포착 대신에 피크호핑을 사용하였다. 이러한 분석 상황하에서, 각각의 동위원소 질량에서의 데이터 획득은 3개의 채널에서만 발생하였다. 일반적으로, 일시적인 전자 스파이크는 3개의 채널 중 하나에서 기록될 수 있다. 실행중인 컴퓨터는 3개의 모든 채널로부터 데이터를 처리하고 미처리 수치 '농도'로서 결과를 나타낸다. 측정이 일시적인 스파이크를 포함하는 경우에, 분석물에 대한 결과의 미처리 수치는 동일한 시료에서 등가의 분석물의 2중 분석에 비하여 상당히 증가될 수 있다. 이것은 이들 시료에서 특정 분석물에 대해 종종 현저한 농도 대비를 초래한다. 이러한 문제는 각각의 동위원소 질량 데이터가 수집된 채널 수를 7개까지 증가시킴으로써 해결될 수 있다. 이러한 상황에서, 통상의 '다듬어진' 알고리즘이 7개의 채널을 통해 자동적으로 적용될 수 있어서 2중 분석에 대한 정확한 결과를 얻을 수 있다. 분석물 가변성에 대한 주요한 원인으로서 이것이 확립되었다면, 분석 프로토콜이 적절하게 변형되어서 증가된 수의 채널에 대한 데이터가 수집되도록 하였다.

분석 가변성에 대한 다른 원인은 수집 매트릭스의 가능한 표면 '오염'때문일 수 있다. 오염을 최소화하기 위해서, 매트릭스 뭉치의 상부 패드를 어블레이션하여 분석되어질 표면상에 공기로 운반되는 오염이 없도록 하였다. 본 방법의 구체예에서, 매트릭스 패드는 무균, 먼지없는 청정한 방에서 제조되었고, 시료 수집 직전에만 열릴 수 있는 용기에 보관되었다. 이 프로토콜의 실행에 따른 개선된 분석 정확성은 시료제조에 따른 것이다.

확인된 일시적인 스파이크에 대한 데이터의 수정은 분석 재생에서 현저한 개선을 초래하였고, 따라서, '정확한' 데이터였다.

실험 5: 매트릭스 및 혈액-관련 실험

실험 1

실험의 목적은 시료 매트릭스의 물리적 특징결정에 대한 준비행위로서 3mm 직경의 시험 정제를 생산하는 것이다. 이러한 목적을 위해서, 펠릿 생성을 촉진하도록 XRF 가압된 분말 진공 프레스를 변형하였고, 새로운 다이를 제조하였다. 최초의 생산 시험에 선택된 매트릭스 물질은 글루코스, 셀룰로스 및 이 2개의 1:1 혼합물이였다; 최초의 압축 압력은 500kg/sq. in.였다. 초기의 물리적 화학적 연구는 바람직한 매트릭스가 확인될때까지 동시에 수행되었다.

글루코스의 펠릿화는 프레스 다이상의 시료과 금속간에 계량 페이퍼의 사용이 요구된다. 액체 흡수는 양호하게 나타난다.

셀룰로스는 매우 양호한 강도로, 매우 적절하게 펠릿화되었다. 그러나, 체액 흡수도는 느렸다. 글루코스 및 셀룰로스 분말의 1:1 혼합물은 펠릿과 다이간의 계량 페이퍼에 대한 요구 없이 적절히 펠릿화되었다. 펠릿 강도는 글루코스 단독에 비하여 개선되었고, 체액 흡수도는 동등한 압력에서 압축된 글루코스 및 셀룰로스 분말 펠릿에 대한 비율들간의 중간이였다.

(실험 2)

본 실험의 주요한 목적은 가능한 매트릭스 물질 범위의 화학적 순도를 평가하는 것이다. 분석을 위한 시료 제조를 펠릿화 프레스 변형과 함께 수행하였다. 돼지-발가락 근육 외피, 글루코딘, 글루코스, 셀룰로스, 히드록시 부틸 메틸 셀룰로스(HBM 셀룰로스), TiO₂및 Al(OH)₃를 포함하는 다양한 매트릭스가 용액 ICP-MS 순도 평가를 위한 조제물에서 침출, 용해되거나 분해되었다.

방법

돼지 발가락 근육(시료 A, B, C, 및 D) - 1.5g 진주를 취해서, 20mL 1:1 HCl:mQ 물중에서 용해한 다음, 건조시키고, 4mL 의 HNO₃:mQ 1:1 을 첨가하고, 가열하여 mQ 물을 가진 100mL 를 제조하였다. ICP-MS 에 대하여 mQ물(2ppb 1r, Rh)로 ×20 희석하였다.

글루코딘(시료 E 및 F) + 글루코스(시료 G) - 1.5g을 100mL 중의 mQ 물에서 용해하였고, ICP-MS 에 대하여 ×5 희석하였다.

셀룰로스(시료 H) + HBM 셀룰로스(시료 I) - 0.5g 을 36시간동안 20mL CHN0₃에서 분해하여, 10mL 로 감소시켰고, mQ 물을 가진 100mL 를 제조하였다. ICP-MS 에 대하여 ×5 희석하였다.

TiO₂(시료 001) + Al(OH)₃(시료 003) - 36시간동안 1:1 HCl:mQ 물로 침출하고, 용기를 기울여서 상청액을 따르고, mQ 물(∼20mL)로 3회 세척하였다. 상청액이 따라진 용액(삼출액)은 mQ 물을 가진 100mL 로 구성되었다. ICP-MS 에 대하여 ×10희석하였다.

Ti0₂(시료 002) + Al(OH)₃(시료 004)- 36시간동안 1:1 HCl:mQ 물로 침출하고, 용기를 기울여서 상청액을 따르고, mQ 물(∼20mL)로 3회 세척하였다. 상청액이따라진 용액(삼출액)은 mQ 물을 가진 100mL 로 구성되었다. ICP-MS 에 대하여 ×10희석되었다.

잔여물을 건조시켰고 LA-ICP-MS 용으로 보관하였다.

본 실험은 이산화티탄 및 수산화알루미늄의 삼출액의 어떤 결과에서의 관찰과 함께 혈액(및 다른 체액) 수집을 위해 기대되는 매트릭스에서 미량원소 농도의 결정에 관한 것이다.

삼출액에 대한 결과는 부속 실험 2에서 상세하게 기술된다. 알루미늄이 수산화알루미늄 매트릭스로부터 분명하게 침출되었지만, 또한 이산화티탄으로부터도 침출되었고, 반대로 티타늄은 이산화티탄 매트릭스로부터 침출된다는 것을 나타내는 것이 가능하다. 또한 수산화알루미늄 매트릭스로부터 티타늄의 침출에 관한 어떤 징후가 존재한다. 이산화티탄의 경우에, HCl은 HNO₃에 비하여 더욱 공격적이다. 그러나, 역의 경우가 수산화알루미늄에 대하여 존재한다. 망간, 구리, 스트론튬, 지르코늄의 농도가 2개의 매트릭스 삼출액으로부터 확인되었다. 반면에, 아연, 루비듐, 바륨 및 납은 이산화티탄 매트릭스로부터의 삼출액에서 매우 농축되어 있는 것으로 보인다. 수산화알루미늄에서, 주석, 갈륨, 지르코늄, 하프늄, 및 우라늄이 매트릭스로부터의 삼출액에 존재하는 것같다.

돼지 발가락 근육, 글루코딘, 글루코스, 셀룰로스 및 HBM 셀룰로스의 총 분해물 및/또는 용해물이 부속 실험 2에 제시된다. 돼지-발가락 근육은 리튬, 알루미늄, 티타늄, 망간, 구리, 아연, 루비듐, 스트론튬 및 바륨의 의미있는 농도를 함유한다. 이것은 이들 원소의 농도때문에, 매트릭스가 혈액 수집 매트릭스로서 적합하지 않다는 것을 의미한다. 반면에, 이것은 또한 이들 원소가 레이러 어블레이션에 의해서 운반되었고 총 분해물에 존재하지 않는다는 것을 보장하기 위해서 용액 상태보다는 레이러 어블레이션 상태하에서 부착된 시료를 가진 돼지 발가락 근육 물질을 분석하는 것이 필요하다. 글루코딘, 글루코스, 셀룰로스 및 HBM 셀룰로스의 경우에, 모든 것이 알루미늄, 티타늄, 크롬, 망간, 니켈, 구리, 아연, 루비듐, 스트론튬 및 바륨의 의미있는 양을 함유한다. 반면에, 셀룰로스 매트릭스는 단독으로, 이들 원소를 함유하는 것에 추가하여, 납 및 창연의 의미있는 농도를 또한 함유한다; 셀룰로스 및 HBM 셀룰로스 양자는 또한 글루코딘 및 글루코스에서는 발견되지 않는, 지르코늄, 주석, 탈륨, 및 토륨을 함유한다.

이들 매트릭스 모두는 ppb 범위로 미량원소의 의미있는 양을 함유하지만, 종래의 블랭크 수집이 블랭크 함량과 연관된 문제를 해결하기 위해서 사용될 수 있을 때, 이것이 매트릭스를 시료 수집 매트릭스로서 사용되는 것을 반드시 배제하는 것은 아니다. 이것은 원소간의 비율이, 금속간의 상호관계를 조사하고 이들을 통해 최종 분석 프로토콜을 추적함으로써 블랭크 수정을 결정하고 증대하는 것에 사용될 수 있다는 사실에 의해서 더욱 강조될 수 있다.

실험 3

실험의 목적은 셀룰로스 분말, 글루코스, 및 전분, 및 그것의 혼합물에 특징적인 펠릿화 및 흡수를 더 시험하는 것이고, SY-2(미네랄 CRM, 캐나다 증명 기준물질(CCRMP))에 의한 펠릿에 특징적인 분해/흡수를 체크하는 것이다. 표 1 용액. 실험 3 의 결과는 부속 실험 3에 제시된다.

셀룰로스 분말은 단독으로 적절하게 작동한다. 글루코스는 표면에 구멍을 형성하는 표면 용해가 일어난다. 전분은 물을 흡수하였고, 확장하여서 표면이 팽창되도록 한다. 500kg/sq in 의 펠릿화 압력하에서, 셀룰로스 분말은 기밀하게 압축되고, 체액 흡수에 10 내지 15초가 소요된다. 이것은 "오픈" 구조를 가진 더욱 섬유성 셀룰로스가 바람직할 것이라는 것을 제안한다. 이러한 목적을 위해서, 섬유성 셀룰로스를 가진 더이상의 실험이 제안된다. 추가적으로, 상이한 포장 압력하에서 분말화된 셀룰로스로의 더이상의 실험이 허용된다.

실험 4

이 실험의 목적은 상이한 압력하에서 압축된 셀룰로스 분말 펠릿의 흡수도 및 기계적 안정성을 평가하는 것이다. 제1의 양태에서, 분말화된 셀룰로스를 mQ 물에서 현탁하였고 진공 여과하였다. 수집된 여과물 케이크는 기계적으로 점착력이 없었다. 이것은 케이크가 파편화되어서 분리되되록 하였다. 그러나, 용액의 흡착은 신속하였다.

셀룰로스 분말을 100kg/sq in 의 압력하에서 압축하였다. 그러나, 기계적으로 단단하고, 여전히 느리게 흡수하였다. 약 50kg/sq. in. 으로 추정되고, 프레스상에서 죄이는 스크류를 저항이 생길때까지 가동시켜서 얻어진, 낮은 압축 압력에서, 결과의 펠릿은 빠른 흡수를 나타냈다. 더욱이, 펠릿은 함께 충분히 고정된다. 실험은 다공성의 압축 파괴성은 압력을 증가시킴으로써 증가하고, 이에 의해서 점진적으로 매트릭스는 흡수성이 낮아지게 된다는 것을 증명한다.

실험 5

이 실험의 목적은 내부기준을 사용하여 혈액 시료에서 미량 원소를 정량하는 것이다. 실험은 또한 셀룰로스 펠릿상으로의 SY-2(미네랄 CRM) 및 혈액의 흡수, LA-ICP-MS 분석시의, 도핑된 펠릿의 단단함을 시험하고, 가능한 오염원 수준을 평가하고, 도핑된 매트릭스로부터 야기된 결과를 평가하고, '습윤' 및 '건조' 매트릭스간의 비교성을 평가한다.

다음 기구 셋팅을 사용하였다: 렌즈 전압- 렌즈 1,2,3 및 4 각각에 -10.8, -22.6, 0.7 및 -13.3 볼트, 콜렉터 -4.6 볼트 및 추출, -332 볼트; 가스 흐름-냉각 가스 13.6L/분, Aux 가스 0.81 L/분 Neb gas 0.74 L/분 및 산소 가스 0.00L/분; 토치 박스 위치-X, Y 및 Z 축 각각 932, 165 및 250 단계; 배율기 전압-H. T. 펄스 수치 - 2634 볼트 및 H. T. 유사물 볼트; 혼합 셋팅-극 바이어스-2.2 볼트, R.F. 전력 1500 와트, Peri 스피드 0%; 플라스마스크린은 아웃, S-옵션 펌프는 오프.

손가락끝의 미리-세정한(무수 에탄올로 씻어냄) 영역에 적용되는 소프트터치 란셋 장치( 독일 Boehrlnger Mannhelm 사가 제조한 홈 혈액 글루코스 시험에서 사용된 장치)에 의해서 피험체로부터 혈액 시료를 얻었다. 압력을 적용함으로써 혈액의 연속적인 액적이 형성되었다. 액적은 500kg/sq. in.의 부하로 과립 셀룰로스 (Sigma Chemicals Microgranular powder)를 압축함으로써 형성된 깊이 2mm 시료 수집 매트릭스 정제에 의해서 3mm 직경에 직접적으로 '터치' 적용되었다. 매트릭스 정제는 직경 37.5mm 이고 6mm 깊이의 Perspex 디스크에 부착되었고, 3M 스카치 영구 이중 접착테이프를 사용하여 Perspex 로드로부터 제작되었다. 액적의 부피는 30내지 70㎕의 범위로 측정되었다. 어떠한 보존제 또는 항응고제도 사용되지 않았고 수집 매트릭스에 적용하기 전에, 또는 후속의 분석전에, 혈액을 저장하는 것이 요구되지 않았다. 그러나, 부하된 시료 수집 매트릭스 정제는 냉동되고, 1시간동안 60℃에서 오븐 건조한 다음 저장되는 것이 요구된다.

4개의 혈액 시료를 제조하였다; 2 개를 오븐 건조하였고, 2개를 "습기"하에서 유지하였다. 각각의 매트릭스 정제상에 표준 용액의 50μL 를 피펫팅하고 건조시킴으로써 동등한 SY-2 CRM-도핑된(Syenite, 캐나다 증명 기준 물질 프로젝트) 매트릭스 펠릿의 이중 세트를 제조하였고, 이에 의해서 매트릭스 매치된 표준물질을 얻었다. SY-2 CRM 은 칼슘, 철, 망간, 칼륨 등을 함유하고, 이것은 혈액에 기대되는 이온 유입과 아마도 동등한 높은 이온 유입을 제공한다. 따라서, 발생한 이온 효과는, 표준 수용액과 비교하였을 때, 혈액 및 SY-2 에서 필적할 만하다.

영국의 VG Elemental 에 의해 제조된, VG PlasmaQuad 3 ICP-MS 에 부착된 UV 마이크로프로브 레이저 시스템의 레이저로 어블레이션된 세포내로 혈액- 및 CRM- 도핑된 매트릭스가 부착된 시료 홀더를 위치시켰다. 레이저는 266nm 에서 작동하는 주파수 4중 Nd-YAG 이고; 60초동안 6.2밀리줄의 영향으로 펄스된 Q-스위치 모드에서 시료의 10×10 매트릭스 래스터를 어블레이션하였다.

결과 데이터를 실행중인 소프트웨어로부터 미처리 수치로서 얻었고, 엑셀에서 조작하였다. 계산을 위해 어떤 알고리즘도 사용되지 않앗다. 혈액 및 CRM 시료 모두에 대한 미처리 수치 데이터는 각각의 혈액 및 SY-2 값으로부터 평균 매트릭스 블랭크값을 뺌으로써 수정된 매트릭스 블랭크였다. 이들로부터 수정된 데이터 % 표준 편차가 정도의 치수로서 계산되었다. 최종적으로, 실험에서 조사된 11 개의 분석물에 대한 미량원소 조성을 매트릭스 매치된 SY-2 CRM 값에 관하여 계산하였다.

얻어진 데이터는 부속 실험 5A 및 5B에 제시된다.

상기에 기술된 대로, 실험 디자인의 일부는 분석전에 시료를 완전히 '건조시키는 것'이 필요한지를 결정하는 것이다. 상기에 기재된 바와 같이, 건조 단계없이 매트릭스상으로 혈액을 수집하는 것은 약간 습기찬 시료를 초래할 수 있다. 따라서, 매트릭스의 수분 함량의 가변성이 매트릭스내의 원소 농도의 해독에 영향을 미치는지를 결정하는 것이 필요하다. 결과적으로, 혈액중의 금속 농도를 정량하기 위해 '습윤성' 및 '건성' 혈액에 추가적으로, 2세트의 셀룰로스 시료를 준비하였고, SY-2 보증된 기준 물질이 도핑된 시료를 또한 준비하였다. 혈액 시료 및 SY-2 를 2중으로 셀룰로스상에 스파이크하였고, 혈액 시료의 한 세트를 분석하였다 (습윤성). 두번째 서브셋을 취하여 (상기와 같이)건조시키고, 시료를 분석하였다(건성). 이들 실험 데이터는 부속 실험 5A 에 또한 제시된다.

분석에 이어서, 습윤 시료에 대한 결과를 블랭크 수정하였고 데이터를 얻었다. '습윤' 혈액 시료에 대한 데이타의 단일 조사는 ±100% 의 변화가 기록된 납 및 아연의 경우에 특히 분석물 농도에서 상대적으로 높은 다양성을 나타낸다. SY-2 보증된 기준물질의 분석이 더욱 균일하다.

건조 시료 대한 결과가 더욱 양호하다. 재생이 개선되고 결과는 더욱 균일하다. 건조된 혈액 시료에 대한 블랭크 수정된 값으로부터, 바륨을 제외하고는, 결과가 의미있다는 것을 확인할 수 있다. 바륨 결과는 네가티브하고 이것은 아마도 바륨 신호가 블랭크(매우 높다)에 비하여 미미하기 때문이다. 그러나, 납과 아연 양방은 훨씬 개선되고, 이들이 (부속 실험 5B 에서 계산된) SY-2 농도에 기초하여 혈액중의 이들 원소의 농도를 계산하는데 사용된다면, 혈액 수치 및 연구보고서로부터 얻어진 예상되는 혈액 수치는 SY-2, 보증된 기준물질이 많은 판단에 사용되었다는 것을 고려하면, 분석물에 대하여 매우 근접하다. 첫째로, 수집 매트릭스상에서 단순 수용액의의 사용은 어블레이션에 있어서 의미있는 이온 유입을 제공하지 않을 것이다. SY-2는 칼슘, 철, 마그네슘, 칼륨 등(표 1 참조)을 함유한다. 이것은 혈액의 이온 유입에 아마도 동등한 높은 이온 유입을 제공한다. 따라서, 발생한 어떤 이온 효과는, 수용액과 비교하였을 때, 혈액 및 SY-2 에서와 필적할 만하다. 따라서, 상대적으로 높은 매트릭스 농도를 가진 통상의 CRM 이면 충분할 것이다.

기재된 바와같은 기구 셋팅 및 내표 표준화를 포함하는 상기 실험은 전혈(예를 들어, 혈청 또는 혈장), 소변, 땀, 눈물, 뇌척수액등의 성분과 같은 더욱 단순한 생물학적 체액 시료에 동등하게 적용된다. 시료 수집, 이러한 체액의 처리 및 분석은 더욱 단순화되어서 더욱 증가된 정확성을 얻을 수 있다.

실험 6

이 실험은 침출전 및 침출 후 모두에서(실험 2로부터 침출된 잔여물) 이산화티탄 및 수산화알루미늄 매트릭스를 분석하기 위해서 수행하였다. 이 실험에서 얻어진 데이터는 실험 2로부터의 심출액 데이터와 관련된다. 총 용해시에, 이산화티탄으로부터 유래된 용액은 매우 높은 농도의 티타늄을 가진다. 그러나, 수산화알루미늄의 분해물로부터 유래된 용액은 알루미늄에서 유사하게 풍부하다. 따라서, 이들 2개의 성분이 측정되지 않았다.

이 실험의 목적은 백색 산화물 매트릭스의 산 클리닝의 효험을 평가하는 것이다. 따라서, '미가공' 이산화티탄 및 수산화알루미늄의 적절한 서브-시료를, 그들의 염산 및 질산-침출된 등가물과 함께 유황/플루오르화수소산에서 분해하여, 용적을 구성하였고, 희석하였고 용액 도입 ICP-MS 에 의해서 분석하였다. 대량의 이산화티탄 및 수산화알루미늄의 HCl- 및 HNO₃-침출로부터 얻어진 삼출액을 실험 2에서 분석하였고 결과는 부속 실험 2에서 보고되었다.

'미가공' 원료와 HCl- 및 HNO₃-침출된 잔여물의 비교는, 이산화티탄의 경우에, 리튬, 망간, 구리, 아연, 갈륨, 루비듐, 스트론튬, (지르코늄), 바륨, 납 및 리튬, (토륨) 및 우라늄의 강한 침출에 약한, 그것의 HCl-침출된 잔여물 및 연관된 삼출물이 얻어졌다는 것을 나타낸다. 일반적으로, 원형에서의 농도 대 삼출액 및 침출된 잔여물에서의 농도 합계간의 양호한 질량 밸런스가 존재한다. 대조적으로, 원료로서 바나듐, 크롬, 니켈, 게르마늄, 이티륨, 지르코늄, 니오븀, 주석, 안티모니, 하프늄, 탄탈 및 텅스텐의 농도는 HCl-침출에 의해서 영향을 받지 않는다.

이산화티탄의 경우에, 그것의 HNO₃-침출된 잔여물 및 연관된 삼출액은 리튬, (크롬), 망간, 구리, 아연, 갈륨, 루비듐, 스트론튬, (지르코늄), 바륨, 납 및 (토륨)의 강한 침출에 약하다. 대조적으로, 바나듐, (크롬), 니켈, 게르마늄, 이티륨, 니오븀, 주석, 안티모니, 하프늄, 탄탈 및 텅스텐, (토륨) 및 우라늄의 농도는 HNO₃-침출에 의해서 영향을 거의 또는 전혀 받지 않는다.

수산화알루미늄 매트릭스로 돌아가서, HCl 및 HNO₃양자는 2개의 산이 수산화알루미늄 매트릭스에서 의미있는 농도로 발생하는 모든 원소를 약하게 내지는 강하게 침출하면서 유사한 침출 반응을 가진다. 포함된 원소는 리튬, 베릴륨, 크롬, 망간, 구리, 갈륨, 스트론튬, 지르코늄, 주석, 하프늄, 토륨, 및 우라늄이다. 따라서, 예비-클리닝된 메트릭스에 대해서 이들 산을 사용하는 것이 추천된다. 2개 모두 HCl 및 HNO₃모두에서 매우 용이하게 침출될 수 있다.

특히 중요한 것은 수산화알루미늄 매트릭스내의 갈륨의 존재이다. 소량이 산-침출된다. 그러나, 이것은 내부기준으로 사용되어지는 그것의 가능성에 영향을 미치지 않는다. 동일한 사실이 지르코늄에 대해서도 적용된다. 이산화티탄 매트릭스내의 지르코늄과 같이 높지는 않지만, 수산화알루미늄내의 지르코늄이 여전히 갈륨 및 지르코늄에 기초한 2중 내부기준에 대하여 사용될 수 있다. 수산화알루미늄 매트릭스를 사용하는 가능한 문제점은, 그 안에 구리가 존재하지만, 구리는 상대적으로 균일하다는 점에 있고, 만약 이전의 분석에서의 구리 결과가 고려된다면, 구리에 대한 합당한 결과는 블랭크 수정을 함으로써 얻어진다. 이들 금속이 매트릭스에 존재하지만, 이들은 혈액내의 금속의 결정에 동등한 양으로 기여하지는 않을 것이다. 왜냐하면, 이들은 혈장에 혈액만큼 운반되지 않기 때문이다. 혈액은 틈을 채우는 경향이 있고, 매트릭스의 상부에 위치한다; 따라서, 이들 원소는 분석되어진, 소위 혈액에 존재하는 농도에 의미있는 양을 부여하지는 않을 것이다.

이 실험은 이산화티탄 및 수산화알루미늄 매트릭스로부터 미량원소의 범위를가변적으로 감소 및/또는 어블레이션하는 것이 가능하다는 것을 증명한다. 이전의 실험과 조합될 때, 아마도 2개의 매트릭스, 수산화알루미늄 및 셀룰로스는 특히 적합한 매트릭스 물질을 구성할 것이다.

실험 12

이 실험의 목적은 시료 수집 매트릭스로서 섬유성 셀룰로스 매트(Whatman 540 여과지, Whatman International Ltd)의 효험을 시험하는 것이다. 이 물질은 체액의 효과적인 흡수제이다. 그러나, 그것의 '조악한' 섬유 짜임은 가변적인 어블레이션 특징을 초래할 수 있다. 셀룰로스 매트의 6개의 이중 서브-시료를 취하여 다음과 같이 미리 제조하였다: 2개의 이중 세트를 50% 왕수(王水)로 10분동안 린스하였고, 건조시켰다; 2개의 이중 세트를 왕수에서 하룻밤동안 세척하였고, 건조시켰다. 그러나, 나머지 이중 세트는 미세척으로 두었다. 각각의 하나의 세트를 2ppm 다원소 표준물질로 도핑하였고, 건조시켰다. 그러나, 각각의 두번째 세트는 블랭크로 보유하였다. 왕수로 10분동안 린스한 섬유성 셀룰로스 매트가, 건조시에 다른 2개의 (미세척 및 하룻밤동안 세척된) 매트보다 '단단한'것으로 되었다.

블랭크 및 도핑된 등가물을 LA-ICP-MS 로 분석하였고, 분석 결과를 부속 실험 12에 기록하였다. 어블레이션시에, '경화된' 린스한 매트릭스의 경우에는, 레이저가 전 매트를 통하여 침투한 반면에, 나머지 2개에 대해서는, 레이저가 침투하지 않았다는 것이 관찰되었다. 이러한 관찰은 섬유성 셀룰로스 매트의 물리적 특징을 대조하는 것이 레이저 침투에 영향을 미치고 따라서 레이저광선의 특성이라는 것을 분명하게 나타낸다. 관련 부록은 실험 12/3 및 12/4 이다. 세륨 평준화된 데이터의경우에, 완전한 레이저 침투를 나타낸, '경화된' 린스한 섬유성 셀룰로스 매트에 대한 데이터는 전체적으로 가장 정확한 데이터를 나타낸다. 더욱이, 대부분의 분석물은 10% 미만 및 빈번하게는 5% 미만의 정도를 가진다. 이 결과는 매트릭스 물질로서 섬유성 셀룰로스의 가능한 수치를 더욱 강조한다.

실험 16

이 실험의 목적은 왕수 및 불화암모늄(NH₄F) 도핑된 3:1 Al(OH)₃: 셀룰로스 매트릭스에 대한 가능한 감도 개선을 평가하는 것이다.

3:1 Al(OH)₃: 셀룰로스 혼합물로부터 가압된 펠릿의 6개의 3중 세트를 제조하였다. 이들 미세척 3중 펠릿 세트를 Perspex 디스크에 부착하였다. 1개의 세트를 '블랭크'로 하였고 또 다른 세트를 1ppm 다원소 표준물질로 도핑하였다. 양자를 모두 오븐에 구웠다. 남아있는 4개의 3중 세트 중 2개를 50% 왕수의 5μL 로 도핑하였고, 2시간동안 105℃의 오븐에 두었다; 나머지 2개의 3중 세트를 1M 불화암모늄(NH₄F)의 5μL로 도핑하였고 오븐에서 구웠다. 왕수의 각각의 한 세트 및 불화암모늄 처리된 펠릿을 1ppm 다원소 표준물질로 더욱 도핑하였고 건조시켰다.

3:1 Al(OH)₃: 셀룰로스 매트릭스의 더이상의 시료를 왕수로 세척하였고, 린스하였고, 건조하였다. 이러한 물질을 세척된 매트릭스라고 명명한다. 세척된 매트릭스로부터, 펠릿의 등가의 3중 세트를 상기에 기재된 미세척 매트릭스에 대한 것으로 제조하였다. 50% 왕수 도핑된 매트릭스는 실험에서 제조된 다른 매트릭스 만큼 기계적으로 강하지는 않았다. 모든 3중 세트를 LA-ICP-MS 에 의해서 분석하였다. 미세척 매트릭스에 대한 결과는 부속 실험 16A 에 제공되었다. 그러나, 세척된 매트릭스에 대한 결과는 부속 실험 16B 를 포함한다.

미세척 재료, 즉, 물 레지아(regla) 세척이 없는 재료에 대한 결과를 고려할때, 결과는 세척 재료에 대한 것보다 미세척 재료에 대해 상당히 더 좋다는 것이 분명하다. 세륨으로 표준화된, 블랭크 보정된 매트릭스에 대해서, 미세척 재료에 대한 정밀도는 세척 매트릭스보다 더 좋다. 이러한 결과는 3:1 Al(OH)₃:셀룰로스 매트릭스를 세척할 근본적인 필요가 없다는 것을 암시한다.

현재로서는 블랭크 보정된, 세륨 표준화 데이타를 무시하고, 오직 "미가공" 1ppm 도핑된 매트릭스 데이타만 고려하면, 미세척 및 세척 매트릭스 모두에 대한 기록된 정밀도 측정은 NH₄F 도핑 매트릭스에서 일반적인 개선을 보여준다. 이러한 민감도에서의 명백한 개선은 아마도 NH₄F의 존재하에서 더욱 휘발성 분위기의 제조를 통해 매트릭스의 개선된 어블레이션으로부터 기인할 수 있다.

실험 18

몇가지 이전의 실험은 바람직한 압밀, 흡수, 어블레이션 및 선-처리 특성을 함께 갖는 적절한 깨끗한 매트릭스 재료를 확인하기 위해 시도되었다. 최상의 테스트 시료를 위해 특히 바람직한, 그리고 혈액 및 다른 체액 시료에 대해 특히 유용한 매트릭스 및 분석 조건은 분당 900 내지 1000mL의 아르곤의 흐름과 함께 4 내지 9 밀리줄의 영향력에서 1 OHz에서 어블레이션된 Whatman 840 필터 페이퍼로서 확인되었다.

이러한 작업의 과정에서, 그것이 매트릭스 흡수되기 보다 매트릭스 지지되는 식으로 혈액 시료를 제조할 수 있는지 여부에 대한 문제에 고려사항이 주어졌다. 만일 이것이 달성될 수 있으면, 혈액 시료 없는 매트릭스를 어블레이션하는 것이 가능할 것이다. 이러한 식으로, 분석에서 존재하는 검체는 혈액으로부터 단독으로 유도될 것이다. 매트릭스 흡수된 혈액보다 오히려 지지된 것의 직접적인 분석의 고려는 실험 과정 동안에 혈청과 혈장의 분리가 일어나는 것으로 나타났다는 관찰로부터 생겼다. 관찰된 예상되는 분리는 중요한 문제로 간주되지 않았다: 레이저 어블레이션 프로토콜은 레이저가 매트릭스에서 어떠한 분산 프런트를 통해 침투할 수 있는 방식으로 설계되었고, 이로서 어떠한 분리된 혈액을 시료링하고 결과로서 검체 칵테일을 '재-조립' 또는 재조합한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 관찰은 오직 건조된 혈액만을 어블레이션함으로써 어떠한 잠재적인 매트릭스 간섭을 극복할 수 있었을 것이라는 것을 암시하였다.

만일 얕은 3mm 직경, 125 마이크론 깊이, 디프레션을 매트릭스 펠릿의 표면 안으로 주조하면, 디프레션으로 전달된 혈액의 방울은 흘러서 디프레션을 채우고 이후의 레이저에 대해 디프레션 립(메니스커스)로부터 멀리에 평평한 표면을 나타낼 것이다. 요구사항은 혈청과 혈장의 크로마토그래프 분리가 일어나지 않는다는 것이다. 이 때문에, 만일 3:1 Al(OH)₃:셀룰로스 분말이 고압하에서(적어도 1톤/sq in) 압축되면, 매트릭스는 효과적으로 불침투성으로 만들어질 수 있고 혈액이 응고하고 건조될 때 간단히 혈액을 지지할 수 있다고 더욱 판단되었다.

결과로서, 진공 프레스를 위한 새로운 다이를 제작하여 125 마이크론 깊이, 평평 바닥 원형 디프레션에 의해 3mm 직경으로 임프레싱된 6mm 직경의 펠릿을 제조하였다. 적절한 수의 새로운 펠릿을 압력이 1 톤/sq 에서 프레싱되었다.

혈액의 마이크로-리터 시료는 10개 매트릭스 펠릿의 표면위에 있는 표면 디프레션으로 운반되고, 그 안에 함유되었다; 이들 펠릿 중 5개는 주위 온도에서 공기 건조되었고 나머지 5개는 60℃에서 오븐 건조되었다. 더 나아간 두개의 혈액 방울은 Perspex 마운팅 디스크에 도포하고 건조하였다. 여기서, 건조된 혈액 방울의 표면은 평평하지 않지만, 다소 강하게 기복이 있었다.

도포시, 일부 혈장 분리 및 흡수가 일어나서, 타이트하게 압축된 셀룰로스 분말에서 부피 증가와 팽창을 초래했다는 것이 분명하였다. 그러나, 펠릿은 LA ICP- MS 분석을 허용하기에 충분한 기계적 완전성을 보유하였다. 어블레이션될때, '혈청'은 '큰 덩어리'로 단편화되는 경향이 있어서, 다소 가변적인 결과를 초래한다. 그럼에도 불구하고, 얻어진 카운트는 대부분의 원소에 대해 적당하였다.

매트릭스 없는 혈액 방울에 대해, Perspex 지지체 위에서 건조된, 어블레이션된 혈액은 우수한 아블에시션과 함께, 훨씬 더욱 응집성이었다. 그러나, 위에서 주목한 바와 같이, 표면은 강한 기복이 있어서 변하는 레이저 초점 조건을 야기하고, 따라서 최상의 결과가 아니었다.

수산화 알루미늄:셀룰로스 매트릭스가 불침투성이 아니라면, 위에서 기술한 매트릭스 없는 접근, 즉, 3mm 직경으로 125 마이크론 깊이 원형 날인에 의해 프레스되고, 몰딩되거나 머시닝될 수 있는 Perspex와 같은, 불침투성 기판의 사용이 채택될 수 있다. 각각의 시료 수집 장치는 두개의 그러한 디프레션을 함유할 수 있는데, 하나는 매트릭스-매칭된, 미량 금속-도핑된 표준 참조 혈액을 위한 것, 두번째는 미지의 혈액 시료를 함유하고 한정하는 것이다. 대안으로서는, 매트릭스-매칭된 미량 금속 도핑된 참조 혈액은 분석 실행에 삽입되어 미지의 각각은 그것에 바로 인접한 표준을 가지도록 할 수 있었다. 만일 표준 및 미지가 동일한 수집 장치에 도포되었다면 50%에 반대되는 것으로서, 이는 분석 실행에서 33% 참조 시료를 초래할 것이다.

이러한 실험으로부터의 결과는 부록 실험 18에 나타낸다. 이 실험은 수산화알루미늄:셀룰로스 분말 매트릭스 안으로 부분적으로 흡수된 열 및 공기 건조된 혈액, 및 불침투 Perspex 기판위에 건조된 매트릭스-없는 혈액을 검사하였다.

만일 보정되고 표준화된 "매트릭스 없는" 혈액을 검사하면, 숫자는 재생가능하다. 실제로, 값은 통상적으로 건조된 재료에 필적한다. "매트릭스 없는" 혈액에서, 수은과 납 모두가 기록되고 납의 재생성은 14%의 정밀도이다. 양호한 숫자들은 또한 건조된 재료위에서 우라늄에 대해서도 기록되지만, 혈액 매트릭스 단독에서는, 우라늄 백그라운드 및 혈액중의 예상된 부재와 일치하여, 숫자들은 '검출 한계 이하'로 간주된다.

실시예 6

오일 중 마모 금속 분석

실험 13

이 실험의 목적은 엔진 오일중의 마모 금속의 파일럿 분석을 수행하는 것이다. 연구되는 기술은 오일중 마모 금속의 분석에 동일하게 적용가능하고, 마모 금속 분석은 대재앙 공장 정지의 초기 발견 및 예방을 목적으로 하는 주요 세계적 산업이라고 생각된다. 그러한 초기 발견은 성분 고장(자동차, 중량 기계류, 무기 등)이 수명의 비극적인 손실 및 고가의 공장의 파괴를 초래할 수 있는 군사, 항공, 선박 및 광산 산업에 특히 중요하다.

'새로운' Ford Fairlane의 엔진으로부터의 오일은 딥 스틱을 통해, 엔진이 여전히 작동하면서, 고온으로 시료링되었다. 딥 스틱의 단일 딥으로부터의 오일은 500kg/sq in에서 프레스된 미세척 및 세척 3 : 1 Al(OH)₃: 셀룰로스 분말 매트릭스 펠릿 모두로 이동되었다. 복제 펠릿(오일 없음)을 블랭크로서 제조하였고 모든 4개의 펠릿은 UV LA-ICP-MS에 의해 분석되었다. 하루-대-하루 변동을 위해 작은 조절과 함께, 실험 5에서와 같은 기구 세팅을 사용하였다. 분석의 결과는 부록 실험 13에 나타낸다.

블랭크가 보정될때, 미세척과 세척 매트릭스에서 얻어진 결과 사이에 매우 작은 차이가 존재한다. 만일 두개의 매트릭스를 단일 매트릭스로서 처리하면, 철을 제외하고 정밀도는 뛰어나며, 보통 오일중 예상된 검체의 제한된 범위에 대해 <1이다. 따라서 데이타의 재생성은 뛰어나고 이는 챠트 실험 13/1를 포함하는 '농도' 대 원소의 X-Y 로그 도면에 그래프로 도시한다. 여기서, 정밀도/재생성 데이타와 일치하여, 철을 제외하고, 두개의 프로파일이 효과적으로 서로에 대해 첨가된다.

실험은 분석의 일반적인 재생성을 분명히 지시하고 기술에 대한 상당한 가능성을 나타낸다.

실험 15

이 실험은 나이, 엔진 용량에서 대조적인 자동차로부터 오일, 아마도 사용된 오일 중의 마모 금속 함량에서의 대조가 성립될 수 있는지 여부를 평가하기 위해서, 위에서 기술된 바와 동일한 조건하에서 3일 연속으로, 수집된, 엔진이 작동하고 있어서 고온인, 5개의 다른 자동차 엔진으로부터 오일의 분석을 주요 목적으로 하였다. 운전 사이에 자주 오일 가득채움을 필요로하는 '오래된' 차에 대해서, 새로운 가득채운 오일의 시료는 비교에 이용가능하였다. 오일은 실험 13에 대해서 수집되었지만, 압력하 100kg/sq에서 프레스된 미세척 3 : 1 Al(OH)₃: 셀룰로스 분말 펠릿위에 중복하였고; 새로운 참조 오일은 중복하여, 동일한 펠릿에 유리 봉으로 디핑하고 도포하였다. 모든 시료는 UV LA-ICP-MS에 의해 분석되었고; 검체의 확장된 범위의 결과는 부록 실험 15로 나타낸다.

분석의 과정 동안에, 11개의 유리 표준 측정이 만들어졌다. 미가공 유리 데이타에서의 정밀도는 일반적으로 10 내지 20%의 범위이다. 그러나, 미가공 데이타가 평균 세륨으로 표준화될때, 정밀도는 일반적으로 뛰어나고, 셀레늄, 카드뮴 및 수운을 제외하고 <10이다; 셀레늄과 카드뮴은 단지 근소하게 더 높고 수은은 24%에 있다. 세륨 표준화 유리 표준 데이타는 챠트 실험 15/1를 포함하는 로그 X-Y 라인 차트에 도시되었다. 여기서, 매우 양호한 정밀도와 재생성과 일관되어, 몇개의 프로파일은 본래 첨가한다는 것이 분명하다. 유리 표준에 더하여, 분석 수행을 통해 10 공기 블랭크 측정이 이루어졌다. 이들은 표류 보정되었고 평균 표류 보정된 공기 블랭크는 보고된 데이터를 보정하는데 사용되었다.

데이타의 평가는 다른 운반체로부터 엔진 오일 사이의 특정 검체에서 분명히 상당한, 종종 마크된 차이를 증명한다. 두개의 자동차 'John'과 'Scott'로부터의 오일은 이들 대조를 증명하기 위해 선택되었다. 'John' 엔진 오일은 챠트 실험 15/2 에서 로그 X-Y 선 차트로서 도시되는 반면 'Scott'오일은 챠트 실험 1513을 포함한다. 각각의 차트의 조사는 각각의 복제 오일 분석에 대해 일반적인 프로파일 첨가가 존재하는 반면, 동일한 검체들 사이에 피크 높이 대조는 물론이고 각각의 프로파일의 형태에서 일부 분명한 차이가 존재한다는 것을 증명한다. 챠트 실험 15/4 는 'John'과 'Scott' 오일의 평균 조성(n=6)을 그래프화한다. 이 후자의 차트는 두개의 오일 사이에 마크된 조성 대조를 분명히 강조한다. 따라서, 이 실험으로부터, 기술은 검사된 오일에서 검체 대조를 쉽게 확인하고 측정할 수 있다고 결론지을 수 있다. 파일럿 실험으로부터, LA-ICP-MS 기술에 의한 운전중인 공장의 오일의 마모 금속 분석이 적합하고 유용하다는 것이 분명하다. 오일 중의 마모 금속 안으로의 실험은 '딥-스틱' 시료링을 통해서, 공장 오프 라인을 취할 필요성이 없는, 가동중인 공장에서 예를 들어 잠재적인 성분 마모를 정기적으로 모니터할 수 있는 상당한 잠재적인 경제적 이점이 크다는 것을 암시한다. 이러한 식으로 공장 휴지 시간은 작동시 최소한의 충격과 함께 조심스럽게 스케줄될 수 있다.

시료 매트릭스를 어블레이션하는데 탈초점 레이저의 사용은 기술된 프로토콜의 변화이고, 이는 시료에 대한 레이저 커플링을 향상시키는데 사용될 수 있다. 만일 레이저가 시료의 표면위에 초점화되면, 그것이 만드는 첫번째 구멍은 시료의 표면위에 있는 레이저 초점에 대한 반응이다. 표면 재료가 어블레이션 되자마자, 다음 아블에이션 사건(레이저 샷)이 초점이 없는 첫번째 샷으로부터 구멍 영역안으로 들어가고, 따라서 레이저 커플링이 감소된다. 그러나, 만일, 레이저가 표면 아래에 초점화되면, 즉, 그것이 표면에서 탈초점화되면, 초점화는 표면 아래에 있기 때문에 다량의 재료가 시료의 중앙으로부터 배출될 수 있기 때문에 잠재적으로 이제 보다 활동적인 어블레이션을 발생시키는 것이 가능하다. 따라서, 이 단계에서 어블레이션 배출물은 분말/에어로졸이고 이는 혈장 토치(torch)로 보다 효과적으로 이송될 수 있기 때문에, 적어도 제 1 및 제 2 샷은 많은 어블레이션 파편을 생성할 것이고 따라서 이는 감도를 증가시킬 수 있다는 것이 예상될 수 있다. 현존하는 장비에 있어서, 레이저 탈초점화는 꽤 손쉽게 손으로 달성될 수 있다. 현대 레이저는 탈초점화의 깊이가 간단히 프로그래밍될 수 있는 자동 탈초점능력을 가진다.

이중 샷과 비교할 때, 본 프로토콜의 더 나아간 변형으로서, 삼중 샷 어블레이션은 10 포인트 래스터 그리드에 의해 10 포인트에서 각각의 포인트에서 사용될 수 있다.

실시예 7

정량화 사용 용액 도핑된 매트릭스(더 나아간 실험)

이 실시예에서 Whatman 541, 고순도 Whatman 541 및 올드 Whatman 540 필터 페이퍼(Whatman International Ltd, Maidstone, England)인 3개의 섬유질 셀룰로스매트릭스는 백킹 테이프를 사용하여 지지체 기판에 부착함으로써 블랭크 재료로서 제조되었다; 백킹 테이프의 시료(3M Scotch Permanent Double Stick Tape)을 또한 분석하였다. 미가공 카운트 데이타는 첫번째로는 지정된 원소에 대해 동위원소 농도로서 분석되었고 두번째는 천연 다량 관계를 사용하여 동위원소 데이타로부터 유도된 원소 다량 농도로서 분석되었다. 모든 원소 데이타는 공기 블랭크 보정되었다. 공기 블랭크 보정은 격리된 검체에 대해서 네거티브 값을 생산하였는데 이는 평균 공기 블랭크에서 검체 농도는 그러한 검체에 대한 매트릭스에서보다 상당히 더 높다는 것을 암시한다. 데이타의 검사는 일반적으로 높은 검체 공기 블랭크 값을 나타낸다.

모든 원소는 스파이크 보정되었고(즉, 스파이크에 대해서 평균 값으로 표준화됨) '오래된'은 '개방' 장기간 저장을 통해서 이전에 개방되었고 실험실 환경에 노출된 섬유질 셀룰로스 기판을 말한다. '새로운'은 이 실험을 위해 개방된 밀봉된 섬유질 셀룰로스 기판을 말한다. 단일 대 다중 층 기판 데이타에 대해서, 단일 층 기판의 분석이 백킹 페이프 안으로 레이저 침투를 수반할 수 있었을지도 모르는 가능성이 있어 보인다. 따라서, 단일 층 기판에 대한 데이터는 복합 데이터를 반영할 수 있는 반면, 꼭대기 층이 분석하기 직전에 벗겨진 다중 층에 있어서, 데이터는 오직 셀룰로스 매트릭스 기판만을 반영한다.

데이터는 단일층에 상대적으로, 다중층 매트릭스에서의 상당한 수의 검체에 대한 더 낮은 농도를 예증하였다. 다른 검체는 본질적으로 등가인 반면 일부는 더 높다. 많은 검체에 있어서, 예를 들어, 백킹 테이프에서의 Cu, Zn, Sn 농도는 단일 및 다중층 매트릭스 모두에서보다 훨씬 더 높지만, 여기서 단일 층 매트릭스는 등가한 다중 층 재료에서의 이들 원소들에서 훨씬 더 높다. 이것은 백킹 테이프로의 레이저 침투가 일어났고 단일 및 다중 층 사이의 차이의 많은 것이 오염 취급과는 거의 관계가 없다는 것을 강하게 암시한다.

더욱이, '새로운' 대 '오래된'에 대한 대응하는 데이터는 단일과 다중 모두에서, 새로운 매트릭스에서 상당히 더 낮은 전반적인 농도를 분명히 증명한다. 이러한 후자의 관찰은 실험실 환경에 매트릭스의 장기간 노출이, 노출된 매트릭스의 가변적이지만 상당한 주위 실험실 오염을 유발하였다는 것을 강하게 암시한다.

더 나아간 실험은 1 ppm 다중-원소 표준(자세한 사항은 표에 제공됨) 및 혈액으로 도핑된 블랙 및 화이트 Whatman 540 필터 페이퍼 셀룰로스 매트릭스(Whatman International Ltd, Maidstone, England)을 검사하였다.

데이타는 매트릭스 블랭크 보정되었다. 많은 검체에 있어서 공기 블랭크는 높고 블랙 및 화이트 셀룰로스 블랭크에서 측정된 농도와 유사하다(도포된 시료 없는 매트릭스).

얻어진 바와 같은, 동위원소 데이타는 원소 농도로 변환되었고 다중 원소 표준 및 혈액 도핑된 시료는 효과적으로 이중 보정되었다. 각각의 블랙 및 화이트 셀룰로스 매트릭스 블랭크는 먼저 두개의 공기 블랭크의 평균을 사용하여 공기 블랭크 보정되었다. 이 후에, 다중 표준 및 혈액 도핑된 블랙 및 화이트 셀룰로스에 있어서, 평균 데이타는 각각의 보정된 공기 블랭크 보정된 블랙 및 화이트 셀룰로스 매트릭스 블랭크를 사용하여 보정되었다. 블랙 및 화이트 다중 원소 표준 도핑된 매트릭스 시료과 블랙 및 화이트 혈액 도핑된 시료에 대한 평균 보정값들 사이에는 양호한 상관관계가 존재한다. 블랙 및 화이트 매트릭스에서 다중 원소 표준과 혈액 사이에는 작은 차이가 존재한다. 이 실험에서 얻어진 데이타는 또한 다중 원소와 혈액 도핑된 매트릭스 모두에서 질량 스펙트럼에 걸쳐서 광대한 다수의 분석자에 대해 뛰어난 재생성을 예증한다.

혈액중에 계산된 농도의 비교는 이제 문헌으로부터 예상된 농도 범위와 비교될 수 있다. Fe, Cu Zn, Sn, Ba 및 Pb에 대한 데이터는 매우 양호한 일치를 나타낸다.

하드웨어 최대활용

이 실험은 각각 망간, 란탄 및 납을 사용하여, 낮은, 중간 및 높은 질량에서의 하드웨어 최대활용을 평가하는 것이었다. 동위원소 데이타(동위원소 농도)는 얻어진 바와 같이, 실시예 7에서의 그것과 유사한 방식으로 재배치되고 처리되었다. 현재의 데이타에 있어서, 상대적인 질량에서 최대활용 동안에 공기 블랭크, 540 매트릭스 블랭크, 1ppm 다중 원소 표준 및 혈액 도핑된 매트릭스를 검사하였다. 다시, 각각의 540 매트릭스 블랭크는 평균 매트릭스 블랭크 값으로부터 평균 값을 뺌으로써 공기 블랭크 보정되었다. 보정된 매트릭스 블랭크를 사용하여, 540 다중 원소 및 혈액 모두 도핑된 매트릭스는 매트릭스 보정되었다. 다시, 보정된 데이타를 사용하여, 혈액중 ppb에서 농도가 계산되었다.

현재의 데이타는 낮은 질량 최대활용이 바람직할 수 있다는 것을 나타내는 것처럼 보인다. 이중 보정될 때, 표시는 다중 원소와 혈액 도핑 매트릭스에 대해모두, 더 낮은 질량에서의 최대활용, 즉 망간은 중간 질량과 높은 질량보다 더 바람직한 것으로 나타난다는 것이다. 다시 한번, 미량 원소의 정량화에 대해서, 매트릭스 매칭된 표준은 특별한 값이라는 것이 분명하다.

검출 한계 및 정밀도

실험을 용액 도핑된 셀룰로스 매트릭스에 대해 검출 한계, 정밀도 및 정량을 수립하도록 설계하였다. 일련의 표준들을 이들 실험에 사용하였다. 게다가 시약 블랭크를 또한 사용하였다.

'스톡' 다중-원소 표준 용액을 사용하여 탈이온수 시료를 도핑하여 100, 200 ; 500 ; 1000; 2000; 6000 및 10000 ppb의 원소 농도를 갖는 일련의 수성 다중-원소 표준 용액을 제조하였다. 100 μL의 각각의 이들 수성 표준 용액은 피펫을 사용하여, Whatman 540 필터 페이퍼 (Whatman Intemational Ltd, Maldstone, England)로부터 제조된 섬유질 셀룰로스 매트릭스 패드로 이동시켰고;패드는 3M Scotch Permanent Double Stick Tape를 사용하여 Perspex 지지체에 부착시켰다. 탈이온수 매트릭스 블랭크는 또한 탈이온수의 100 μL를 매트릭스 패드 위에 피펫으로 옮김으로써 제조되었다. 게다가, 3 Certified Reference Materials, SARM's 1, 3 및 46 (South African Bureau of Standards)의 용액은 250배 희석되었고, 각각의 100 μL 알리콧을 Whatman 540 매트릭스 패드위에 도핑하였다. 전부해서, 각각의 수성 표준 농도의 10 매트릭스 패드 및 CRM은 탈이온수 매트릭스 블랭크와 함께 제조되었다. 2ppm 사마륨 내부 표준 용액 스파이크를 각각의 매트릭스 패드에 첨가하여 내부 표준화를 촉진하였고; 피펫을 사용하여 스파이크를 첨가하였다. 모든 도핑된 매트릭스 패드는 어블레이션에 앞서 2시간 동안 105℃에서 건조되었다.

10 제조된 매트릭스의 각각의 세트의 5개는 연속일에 분석되었다. 매트릭스 패드가 부착된 시료 홀더는 Xi Cone System (Thermo Optek (Australia) Pty Ltd, Rydalmere, Australia)과 함께 X Series ICP-MS에 연결된 UP 266 UV Laser System을 레이저 어블레이션 셀에 놓았고 60초 동안 6 밀리줄의 영향력 및 분당 900 내지 1000 mL 사이의 아르곤 흐름에서 266 nm, 10Hx에서 작동하는 UV 레이저를 사용하여 10x10 매트릭스 래스터 위에서 어블레이션하였다.

시료는 손으로 분석되었고 결과는 공기 블랭크에 대해 보정되어, CRM과 표준 매트릭스 매칭된 시료 사이의 교차 비교를 촉진하였다. 출력 데이타가 내장 소프트웨어로부터 미가공 카운트수로서 얻어졌고 엑셀로 전달되어 조작되었다. 계산을 위해 어떠한 알고리즘도 사용하지 않았다. 이들 보정된 데이타로부터, Standard Devlatlons and Coefficients of Varlatlon는 재생성과 정밀도의 척도로서 계산되었다. 최종적으로, 실시예 실행에서 검사된 44 검체에 대한 정량 미량 원소 조성은 CRM에 대해 계산되었고; 대부분의 검체에 대해서 서브-20ppb 검출 한계가 달성되었다.

얻어진 데이타는 부록 실험 M1에 나와있다. 또한 표준에 대한 데이타는 도시하면, 뛰어난 눈금보정을 달성할 수 있다는 것을 지시한다는 것이 꽤 명백하다. CRM에 대한 데이타의 정량화는 모든 원소에 대한 원소농도가 기술의 최적 조건 분석 범위에서의 값(일단 희석된 시료에 대해)과 매우 양호한 일치를 나타내었다.

이 데이타가 나타내는 많은 포인트가 존재한다.

1)ICP-MS와 함께 개발된 분석 프로토콜을 사용하여 넓은 범위의 원소에 대해 하위 5% 정밀도를 달성하는 것이 가능하다.

2)동시에, 넓은 범위의 원소에 대해 하위 20ppb 검출 한계를 달성하는 것이 가능하다.

3) 매트릭스 매칭된 증명된 참조 재료, 또는 다른 등가한 CRM를 사용하여 정확한 정량 데이타를 달성하는 것이 가능하다.

본 발명의 방법 및 장치의 응용의 유용한 영역의 예는 :

*이례적인 수준의 범위의 독성 금속에 있어서 직업상 노출된 노동자들을 선별하는 것;

*독성 금속에 대한 일반적인 인구의 환경 노출을 모니터링하는 것;

*예방약을 위해 미량/초미량 원소 부족에 대한 인구를 스크리닝하는 것

*수의약을 위해 순혈종, 일반적인 가축, 동물원 동물(멸종위기 종 사육 프로그램에 있는 동물 포함), 및 가정용 애완동물에서 미량/초미량 원소 부족 및 독성 중질 금속 과잉을 스크리닝하고; 사람 먹이사슬에서 육류 제품 품질 제어를 위해 도살 동물에서의 중질 금속 오염물질을 모니터링하는 것

* 윤활제를 분석함으로써 공장, 기계 등의 기계적인 성분의 마모를 모니터링/검출하는 것이다.

본 발명은 특정 바람직한 구체예를 참조하여 기술되었지만, 본 발명의 폭넓은 원리와 정신을 유지하는 변형 또한 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

부속 실험 2

부속 실험 3

부속 실험 5A

부속 실험 5B

부속 실험 12

부속 실험 16A

부속 실험 16B

부속 실험 18

부속 실험 13

부속 실험 15

부속 실험 M1

Claims

유체 시료를 흡착 또는 흡수할 수 있는 불활성 수집 매트릭스, 및 고체 지지체를 포함하며, 불활성 매트릭스가 고체 지지체 영역에 고정된 시료 수집 장치.
제 1 항에 있어서, 수집 매트릭스는 아라고나이트, 수산화 알루미늄, 티타니아, 글루코스, "A"형 전분, "B"형 전분, 글루코딘, 셀룰로스 분말/과립, 섬유질 셀룰로스, 히드록시 부틸 메틸 셀룰로스, 식물성 가루 또는 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서, 식물성 가루는 쌀, 옥수수, 밀, 콩, 호밀 또는 콘 가루, 또는 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 수집 매트릭스는 섬유질 셀룰로스인 것을 특징으로 하는 장치.
제 4 항에 있어서, 섬유질 셀룰로스 매트릭스는 산화 및/또는 산 가수분해에 의해 변형되는 것을 특징으로 하는 장치.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 매트릭스 위나 내부에 내부기준으로써하나 이상의 예비-검정된 선택된 분석대상물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 예비-검정된 분석대상물질은 다음 세트들

Li, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, La, Ce, Eu, Dy, Yb, Hg, Ti, Pb, Bi, Th 및 U;

Li, B, Mg, Al, Sl, P, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Sr, Y, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, La, Ce, Hf, Hg, Pb 및 U; 또는

Li, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, La, Ce, Eu, Dy, Yb, Hg, Ti, Pb, Bi, Th 및 U

로 대표되거나 또는 이들 세트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 시험 시료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8 항에 있어서, 지지체는 시료에 대한 정보를 수록하고 있는 바코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 시료의 수집과 불활성 매트릭스로의 적용을 돕기 위한 피부 또는 조직을 꿰뚫을 수 있는 일체형 피침 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10 항에 있어서, 피침 부재는 불활성 매트릭스 영역에 인접하거나, 그 내부나 또는 그 아래에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 피침이 불활성 매트릭스 영역 아래에 배치될 때 피침을 안내하기 위한 안내 채널을 불활성 매트릭스에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 매트릭스를 덮는 일체형 또는 분리형 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
수집 매트릭스층은 두 지지층 사이에 샌드위치식으로 끼워져 있고, 상기 지지층 중의 하나가 수집 매트릭스 영역을 노출하고 있는 개구부를 갖는 다-층 구성의 시료 수집 장치.
전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 시료는 체액, 오일 및 물로부터 선택된 유체 시료인 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서, 체액은 전혈, 소변 및 땀으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
(i) 시료를 적어도 시료의 일부를 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계, 및

(ii) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 복수의 원소를 검출하는 단계

를 포함하는, 불활성 수집 매트릭스 위에 또는 그 안에 흡착된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 검출하는 방법.
(i) 시료를 적어도 시료의 일부를 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계,

(ii) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 복수의 원소의 양을 측정하는 단계,

(iii) 이온화된 시료 부분의 양을 측정하는 단계, 및

(iv) 시료 중의 복수의 원소의 양을 결정하는 단계

를 포함하는, 불활성 수집 매트릭스 위에 또는 그 안에 흡착된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 정량하는 방법.
(i) 시료를 적어도 시료의 일부와 상기 내부기준의 일부를 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계,

(ii) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 복수의 원소의 양을 측정하는 단계,

(iii) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 이온화된 내부기준의 양을 측정하는 단계, 및

(iv) 이온화된 내부기준의 양에 관하여 시료 중의 복수의 원소의 양을 결정하는 단계

를 포함하는, 내부기준이 적용된 불활성 수집 매트릭스 위에 또는 그 안에 흡착된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 정량하는 방법.
(i) 기지량의 측정가능한 내부기준을 유체 시료에 도입하는 단계,

(ii) 시료를 적어도 시료의 일부와 내부기준을 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계,

(iii) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 복수의 원소의 양을 측정하는 단계,

(iv) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 이온화된 내부기준의 양을 측정하는 단계, 및

(v) 이온화된 내부기준의 양에 관하여 시료 중의 복수의 원소의 양을 결정하는 단계

를 포함하는, 불활성 수집 매트릭스 위에 흡착된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 정량하는 방법.
(i) 시료를 적어도 시료의 일부를 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계,

(ii) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 복수의 원소의 양을 측정하는 단계,

(iii) 매트릭스-매치된 검증된 기준물질(CRM)을 적어도 CRM의 일부를 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계,

(iv) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 이온화된 CRM의 양을 측정하는 단계, 및

(v) CRM에 관하여 시료 중의 복수의 원소의 양을 결정하는 단계

를 포함하는, 불활성 수집 매트릭스 위에 또는 그 안에 흡착/흡수된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 정량하는 방법.
(i) 시료를 적어도 시료의 일부를 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계,

(ii) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 복수의 원소의 양을 측정하는 단계,

(iii) 매트릭스-매치된 검증된 기준물질(CRM)을 적어도 CRM의 일부를 이온화할 수 있는 고 에너지선에 노출하는 단계,

(iv) 질량 분광분석법으로 이온화된 시료 부분에서 이온화된 CRM의 양을 측정하는 단계, 및

(v) CRM에 관하여 시료 중의 복수의 원소의 양을 결정하는 단계

를 포함하는, 불침투성 기판 상에 지지된 유체 시료에서 복수의 원소를 동시 정량하는 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 내부기준은 Li, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, La, Ce, Eu, Dy, Yb, Hg, Ti, Pb, Bi, Th 및 U로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 내부 기준은 다음 세트들

Li, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, La, Ce, Eu, Dy, Yb, Hg, Ti, Pb, Bi, Th 및 U;

Li, B, Mg, Al, Sl, P, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Sr, Y, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, La, Ce, Hf, Hg, Pb 및 U; 또는

Li, Na, Mg, Al, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Rb, Sr, Mo, Cd, Sn, Sb, Te, Ba, La, Ce, Eu, Dy, Yb, Hg, Ti, Pb, Bi, Th 및U

로 대표되거나 또는 이들 세트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, CRM은 SARM 1, 3 및 46, 그리고 SY-2로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 17 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 불활성 수집 매트릭스는 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따르는 시료 수집 장치의 일부인 것을 특징으로 하는 방법.
제 17 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 시료는 체액, 오일 및 물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 27 항에 있어서, 체액은 전혈, 소변 및 땀으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 28 항에 있어서, 시료는 전혈이고, 시료 크기는 약 50㎕ 내지 약 100㎕인 것을 특징으로 하는 방법.
제 28 항에 있어서, 시료 크기는 약 50㎕ 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
제 17 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 고 에너지선은 UV 레이저 선인 것을 특징으로 하는 방법.
제 31 항에 있어서, 레이저 선은 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS)의 구성요소인 것을 특징으로 하는 방법.
제 32 항에 있어서, 질량분석기는 사중극자 및 비행시간(TOF)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 17 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 시료는 약 10초 내지 약 120초간 복사선에 노출되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 17 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 및/또는 정량될 원소는 식이용 미량 원소, 독성 원소 및 오염이나 마모 및 인열의 표지로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 17 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 매트릭스 또는 지지체는 유체 시료를 수용하기 위한 하나 이상의 우물 또는 톱니 모양을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
낮은 바탕 원소 함량을 갖는 불활성 매트릭스에 시료를 적용하는 단계를 포함하며, 이 때 매트릭스는 아라고나이트, 수산화 알루미늄, 티타니아, 글루코스, "A"형 전분, "B"형 전분, 글루코딘, 셀룰로스 분말/과립, 섬유질 셀룰로스, 히드록시 부틸 메틸 셀룰로스, 식물성 가루 또는 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 복수 원소 함량의 질량 분광분석용 유체 시료를 수집하는 방법.