KR20190088662A - Standard Sample and Method for Analysis of Exhaled Breath Gas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스 크로마토그래피를 사용한 날숨 가스의 분석에 효과적인 표준 시료와 이를 이용한 날숨 가스의 분석 방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a standard sample which is effective in analyzing the pungent gas using gas chromatography and a method of analyzing pungent gas using the same.
최근 호흡 가스에 포함되어 있는 다양한 가스를 측정하여 생체 정보를 획득하는 기술에 많은 관심이 쏟아지고 있다. 인체의 호흡 작용 중, 발생하는 날숨 가스는 구강 뿐만 아니라 비강을 통하여 체외로 배출된다. 날숨 가스가 구강을 통하여 배출되는 경우, 날숨 가스에는 인체의 구강 내에서 발생하는 가스를 포함한다. 치아질환이나 잇몸질환, 혀의 설태 등이 있는 경우, 구강 가스에는 황화수소(Hydrogen Sulfide)와 메틸멜캅탄(Methyl mercaptan) 그리고 디메틸설파이드(Dimethyl sulfide)와 같은 휘발성 황화합물이 주를 이루는데, 황화수소는 혀 뒤쪽의 설태에 의한 생리적인 현상이나, 메틸멜캅탄은 잇몸질환에 의한 병리적인 현상이다. 날숨 가스에는 인체의 신진대사 및 호흡 작용과 관련된 수백여 종에 이르는 가스 성분들을 함유하고 있으며, 그 중 특정 가스들은 생명체의 건강 정보를 포함하는 바이오마커(biomarker)로 사용될 수 있음이 알려져 있다. 예를 들면, 아세톤은 당뇨병, 암모니아는 신장질환과 연관되어 있다. 또한, 날숨 가스 중, 일산화탄소의 농도 측정은 흡연 상태를 객관적으로 평가할 수 있는 방법으로 인정받고 있다. 더 나아가 특히 날숨과 연관이 많을 것으로 생각되는 폐렴, 천식, 폐암, 폐쇄성 폐질환 환자의 날숨을 분석하여 질환을 조기에 진단하고자 하는 노력들이 최근에 시도되고 있다. Recently, much attention has been paid to the technique of acquiring biometric information by measuring various gases contained in breathing gas. During the respiratory action of the human body, the exhaled gas generated is discharged to the outside of the body through the nasal cavity as well as the oral cavity. When the breathing gas is discharged through the mouth, the breathing gas includes gas generated in the oral cavity of the human body. In the case of tooth diseases, gum disease, and tongue impaction, oral gas is predominantly composed of volatile sulfur compounds such as hydrogen sulfide, methyl mercaptan, and dimethyl sulfide, Methylmercaptan is a physiological phenomenon caused by the back of the stomach, which is a pathological phenomenon caused by gum disease. It is known that the exhalation gas contains several hundred kinds of gas components related to the metabolism and respiration of the human body, and specific gases can be used as a biomarker including health information of living organisms. For example, acetone is associated with diabetes and ammonia is associated with kidney disease. In addition, the measurement of carbon monoxide concentration in exhaled gas is recognized as a method of objectively evaluating the smoking status. Furthermore, efforts to diagnose the disease early by analyzing the exhalation of patients with pneumonia, asthma, lung cancer, or obstructive pulmonary disease, which are considered to be particularly related to exhalation, have recently been attempted.
이와 같이 날숨 가스에 포함된 구강 가스나 호흡 가스로부터 특정한 가스들의 각각의 성분 및 그 농도를 측정하면, 인체의 구강질환 및 내과질환에 대한 개략적인 추정이 가능하게 된다. 날숨 가스의 분석은 만성호흡기질환(만성 폐색성 폐질환, 천식, 폐렴 등) 또는 폐암수술 예후 등의 이유로 인하여 지속적인 호흡기체에 대한 모니터링이 필요한 경우 컴퓨터 단층촬영이나 엑스레이 촬영과는 달리 방사선 피폭의 우려가 없으며, 비침습적인 방법으로 환자들에게 심리적, 육체적 부담을 주지 않는 장점이 있다. 아울러, 이러한 진단 방법은 환자와 의사소통이 곤란한 영유아나 중환자들의 일차적인 병증 진단에도 활용될 수 있다.As described above, by measuring the respective components and their concentrations of specific gases from oral gas or respiratory gas contained in the exhaled breath gas, it is possible to roughly estimate the oral diseases and medical diseases of the human body. Analysis of exhaled gas requires continuous monitoring of respiratory gases due to reasons such as chronic respiratory diseases (chronic obstructive pulmonary disease, asthma, pneumonia, etc.) or prognosis of lung cancer. Unlike computed tomography or x-ray photography, And non-invasive methods have the advantage of not imposing psychological and physical burden on patients. In addition, these diagnostic methods can be used to diagnose primary pathologies in infants and children who have difficulty communicating with patients.
한편, 날숨 가스를 분석하기 위해서는 매우 정밀한 고감도의 측정장치가 필요하다. 종래의 가스센서들이 특정의 단일 가스를 감지하는 것에 반해, 여러 가지 가스에 대한 센서들을 어레이 형태로 구성하여 복수개의 가스를 검출하고 정량하는 전자코(electronic nose) 기술이 발전하기는 하였으나, 한번에 분석할 수 있는 가스의 수나 종류가 제한적이고 비용이 높은 단점이 있다. 기체 크로마토그래피는 날숨 가스 분석을 위해 사용할 수 있는 가장 보편화되고 정밀한 장비로, 미량의 시료에 대해 분석이 가능하며 분석 조건에 따라 단일 장비로도 원하는 성분을 분리하여 정성 및 정량 분석할 수 있다.On the other hand, in order to analyze the exhaled gas, a very precise high-sensitivity measuring device is required. Whereas conventional gas sensors sense a specific single gas, electronic nose technology for detecting and quantifying a plurality of gases has been developed by constructing sensors for various gases in an array form, The number and kinds of gases that can be used are limited and the cost is high. Gas chromatography is the most common and precise instrument that can be used for expiratory gas analysis. It can be analyzed for trace amounts of sample. Depending on the analysis conditions, the desired components can be separated and analyzed qualitatively and quantitatively.
기체 크로마토그래피에 의해 날숨 가스를 분석하기 위해서는 날숨 시료를 채취하여 분석에 적합하게 가공하여야 한다. 종래의 선행기술들은 전자코와 같은 복합가스센서를 이용한 날숨 분석이 주를 이루는데, 휴대가 가능한 장비로써 날숨 시료를 직접적으로 분석장치에 공급할 수 있는 복합가스센서를 이용한 날숨 분석장치와는 달리 기체 크로마토그래피의 경우 장비 자체가 이동성이 없기 때문에 시료를 채취하고 보관하며 분석에 사용하기 위한 방법의 제시가 필요하다. 또한, 날숨 가스에는 수십~수백 종의 미량 가스들이 혼합되어 있기 때문에 이들을 분석하기 위해서는 각 성분들이 효율적으로 분리되어야 할 뿐 아니라 베이스라인 역시 안정된 조건이 필요하다.In order to analyze the expired gas by gas chromatography, the expired sample should be sampled and processed for analysis. Conventional prior arts mainly focus on expiration analysis using a composite gas sensor such as an electronic nose. Unlike an expiratory flow analyzer using a complex gas sensor capable of directly supplying an expiratory sample to an analyzer as a portable device, In the case of chromatography, since the equipment itself is not portable, it is necessary to present a method for sampling and storing samples and for use in analysis. In addition, several tens to several hundreds of trace gases are mixed in the exhalation gas. Therefore, in order to analyze them, not only the respective components must be efficiently separated but also the baseline is required to be stable.
본 발명은 가스 크로마토그래피를 사용한 날숨 가스의 분석에 효과적인 표준 시료 및 이를 이용한 분석 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a standard sample which is effective for the analysis of an expired gas using gas chromatography and an analysis method using the same.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 (A) 시료 용기에 날숨 시료를 채취하는 단계; (B) 상기 용기를 열처리하여 시료를 기화시키는 단계; 및 (C) 기화된 시료를 취하여 가스 크로마토그래피(GC)로 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 날숨 가스의 분석 방법에 관한 것이다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a sample container, comprising the steps of: (A) (B) heat treating the vessel to vaporize the sample; And (C) analyzing the vaporized sample by gas chromatography (GC).
이때 상기 (A) 단계에서 음압 상태의 정적 희석 용기에 날숨 시료를 채취하도록 하면, 날숨 가스의 성분을 보다 효율적으로 채취하는 것이 가능하다.At this time, if the sample of the expiration is collected in the static dilution container under the negative pressure state in the step (A), it is possible to collect the component of the expired gas more efficiently.
가스 크로마토그래피는 이동성이 낮은 장비이기 때문에, 전자코와 같이 검체로부터 날숨 가스의 채취와 함께 그 자리에서 성분의 분석이 이루어지는 것이 아니라 시료 채취와 분석 시간 사이에 지연이 발생한다. 이에 날숨 가스의 성분에 따라 부분적인 액화가 이루어질 수 있다. 따라서, 가스 크로마토그래피에 의한 분석 전에 (B) 단계에서 상기 날숨 가스가 들어있는 용기를 열처리하여 시료가 완전히 기화되도록 하는 것을 특징으로 한다. 상기 방법에 의하면 간단한 처리만으로도 성분의 왜곡없이 날숨 가스를 분석할 수 있다. 하기 실시예에서는 표준 시료의 준비를 위하여 2L 부피의 정적 희석 용기를 사용하였으나, 실제 검체로부터 날숨 시료를 채취하는 경우에는 시료 채취량이나 이동/저장의 용이성을 위하여 더 작은 부피의 용기를 사용할 수 있음은 당연하다. Since gas chromatography is a device with low mobility, there is a delay between sample collection and analysis time, rather than analysis of components on the spot along with sampling of expired gas from the sample like electronic nose. Therefore, partial liquefaction can be performed depending on the component of the exhaled gas. Therefore, in the step (B) before the analysis by the gas chromatography, the container containing the exhaled gas is heat-treated so that the sample is completely vaporized. According to the above method, it is possible to analyze the exhaled gas without distortion of the component by a simple process. In the following examples, a 2 L volumetric static dilution vessel was used for the preparation of the standard sample. However, in case of taking the sample from the actual sample, a smaller volume vessel can be used for the sample amount and ease of movement / storage. Of course.
이상과 같이 본 발명의 날숨 가스 분석 방법에 의하면 시료 채취가 간단하면서도 정확한 분석이 가능하여 날숨 가스의 분석에 유용하게 사용될 수 있다. As described above, according to the pungent gas analyzing method of the present invention, sampling is simple and accurate analysis can be performed, and thus it can be usefully used for analysis of pungent gas.
또한 본 발명의 날숨 가스의 분석 방법에 사용되는 표준 시료는 날숨 가스의 분석에 효과적인 시료로서, 날숨 가스의 정량에 효율적으로 이용될 수 있다. In addition, the standard sample used in the method for analyzing the exhaled gas of the present invention is effective for analyzing the exhaled gas, and can be effectively used for quantifying the exhaled gas.
도 1은 날숨 가스의 분석을 위한 시간에 따른 GC 컬럼의 오븐 온도 변화를 보여주는 그래프.
도 2는 날숨 가스 표준시료에 대한 가스 크로마토그램.FIG. 1 is a graph showing oven temperature changes of a GC column over time for the analysis of exhaled gas. FIG.
FIG. 2 is a gas chromatogram for an exhaled gas standard sample. FIG.
이하 첨부된 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, these embodiments are merely examples for explaining the content and scope of the technical idea of the present invention, and thus the technical scope of the present invention is not limited or changed. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention based on these examples.
[실시예][Example]
실시예 1 : 표준시료의 제조Example 1: Preparation of standard samples
2L 정적 희석 용기(Sigma)를 에탄올로 세척한 후, 60℃ 오븐에서 1시간 건조하였다. 건조된 정적 희석병의 마개를 달고 시료 주입을 위한 밸브를 장착하였다.The 2L static dilution container (Sigma) was washed with ethanol and then dried in an oven at 60 ° C for 1 hour. The dried static dilution bottle was attached with a stopper and a valve for injecting the sample.
표준시료로서 Hexanal, 2-Butanone, Heptanal, Decane, Pentanal, Acetone, Undecane, Pentane, Benzaldehyde, 1-Propanol을 각각 10 ㎕씩 혼합한 후, 상기 혼합액 10 ㎕를 취하여 상기 정적 희석병에 밸브를 통하여 주입하였다. 시료를 주입한 후 정적 희석병은 60℃ 오븐에 넣고 주입된 시료가 완전히 기화되도록 하였다.10 μl each of Hexanal, 2-Butanone, Heptanal, Decane, Pentanal, Acetone, Undecane, Pentane, Benzaldehyde and 1-Propanol were mixed as standard samples. 10 μl of the mixture was injected into the static dilution bottle through a valve Respectively. After the sample was injected, the static dilution bottle was placed in an oven at 60 ° C to completely vaporize the injected sample.
실시예 2 : 표준시료를 사용한 날숨 가스의 분석Example 2: Analysis of pungent gas using a standard sample
실시예 1에서 제조한 표준시료를 사용하여 날숨 가스의 분석을 실시하였다. 분석은 기체 크로마토그래피-질량 스펙트로미터(GCMS 2010/GCMS QP2010_Shmadzu)로 실시하였으며, GC 컬럼으로는 SH-RtxTM-1(30m)을 사용하였다.Analysis of the pungent gas was carried out using the standard sample prepared in Example 1. The analysis was carried out with gas chromatography-mass spectrometer (GCMS 2010 / GCMS QP2010_Shmadzu) and SH-Rtx TM -1 (30m) was used as the GC column.
실시예 1에서 기화시킨 표준시료 10 ㎕를 취하여 GC-MS 기기의 주입구에 주입하였다. GC-MS를 위하여 시료 주입구의 온도는 250℃를 유지하였고, 분할비는 20:1이었으며, 이동상 기체인 헬륨의 유속은 분당 1.02 mL를 유지하였다. GC 컬럼 오븐 온도는 30 ℃에서 5분 동안 유지시키고, 140 ℃까지 분당 5 ℃의 속도로 증가시킨 후, 140 ℃에서 5분 동안 유지시켰다. 도 1은 시간에 따른 GC 컬럼의 오븐 온도 변화를 보여주는 그래프이다.10 μl of the reference sample vaporized in Example 1 was taken and injected into the inlet of the GC-MS instrument. For the GC-MS, the temperature of the sample inlet was maintained at 250 ° C, the split ratio was 20: 1, and the flow rate of the mobile phase gas helium was maintained at 1.02 mL per minute. The GC column oven temperature was maintained at 30 캜 for 5 minutes, increased to 140 캜 at a rate of 5 캜 per minute, and then maintained at 140 캜 for 5 minutes. 1 is a graph showing the change in oven temperature of a GC column with time.
질량 분석을 위하여서는 질량-대-전하비 (m/z) 34에서 300까지 측정하였다. 크로마토그램은 30분 동안 얻었으며, 크로마토그램에서 관찰되는 피크에 대하여 라이브러리(WILEY7, NIST21, NIST7)를 이용한 데이터베이스 검색을 하여 피크를 동정하였다. 도 2는 표준시료에 대한 가스 크로마토그램이며, 하기 표 1에 각 피크에 대한 동정 결과와 머무름 시간을 기재하였다.Mass-to-charge ratio (m / z) was measured from 34 to 300 for mass spectrometry. The chromatograms were obtained for 30 minutes. Peaks were identified by searching the database using the library (WILEY7, NIST21, NIST7) for the peaks observed in the chromatogram. FIG. 2 is a gas chromatogram for a standard sample. Table 1 below shows the results of identification and retention time for each peak.
Claims (5)
(B) 상기 용기를 열처리하여 시료를 기화시키는 단계; 및
(C) 기화된 시료를 취하여 가스 크로마토그래피(GC)로 분석하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 날숨 가스의 분석 방법.
(A) collecting an expiration sample in a static dilution vessel;
(B) heat treating the vessel to vaporize the sample; And
(C) taking a vaporized sample and analyzing it by gas chromatography (GC);
And analyzing the atmospheric gas.
상기 (A) 단계에서 음압 상태의 정적 희석 용기에 날숨 시료를 채취하는 것을 특징으로 하는 날숨 가스의 분석 방법.
The method according to claim 1,
The method of analyzing an insoluble gas according to claim 1, wherein in the step (A), a sample of an expiration gas is collected in a static dilution container under a negative pressure state.
상기 (B) 단계에서의 열처리 온도는 50~70℃인 것을 특징으로 하는 날숨 가스의 분석 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment temperature in step (B) is 50 to 70 占 폚.
상기 날숨 가스 분석을 위한 표준 시료로서 Hexanal, 2-Butanone, Heptanal, Decane, Pentanal, Acetone, Undecane, Pentane, Benzaldehyde 및 1-Propanol로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 시료를 사용하는 것을 특징으로 하는 날숨 가스의 분석 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein at least one sample selected from the group consisting of Hexanal, 2-Butanone, Heptanal, Decane, Pentanal, Acetone, Undecane, Pentane, Benzaldehyde and 1-Propanol is used as a standard sample for analyzing the exhaled gas. Analysis method.
상기 (C) 단계는 GC/MS로 분석하는 것을 특징으로 하는 날숨 가스의 분석 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the step (C) is performed by GC / MS.
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