WO2020045821A1 - Maldi 질량 분석을 이용한 고분자의 상대적 정량분석방법 - Google Patents

Maldi 질량 분석을 이용한 고분자의 상대적 정량분석방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (S1) 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액를 마스크를 통해 전기분무하여 두께 편차가 30% 이하인 고분자 시편을 상기 고분자 시료의 농도별로 복수개로 제조하는 단계; (S2) 상기 복수개의 고분자 시편 각각에 레이저를 조사하여 MALDI 질량 스펙트럼을 얻는 단계; 및 (S3) 상기 MALDI 질량 스펙트럼의 피크 결과로부터 고분자 시료의 시그널을 이용하여 정량 검정선을 작성하는 단계를 포함하는, MALDI 질량분석을 이용한 고분자의 상대적 정량분석방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 다양한 농도의 고분자 시료로 제조된 두께가 균일한 고분자 시편을 제조하여 이로부터 재현성있는 MALDI 질량 스펙트럼을 얻은 후, 상기 스펙트럼에 나타나는 고분자 시료의 피크와 함께 매트릭스 또는 내부표준물질의 피크를 이용하여 정량 검정선을 작성하는 고분자의 상대적 정량분석이 가능하다.

Description

MALDI 질량 분석을 이용한 고분자의 상대적 정량분석방법
본 출원은 2018년 8월 30일자로 출원된 한국특허출원 제10-2018-0102447호 및 2019년 4월 5일자로 출원된 한국특허출원 제10-2019-0040021에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 상기 특허에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 MALDI 질량분석을 이용한 고분자의 상대적 정량분석방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두께가 균일한 농도별 고분자 시편에 대해서 MALDI 스펙트럼을 얻고 이의 피크 시그날을 이용하여 정량 검정선을 작성함으로써 고분자의 상대적 정량분석을 수행하는 방법에 관한 것이다.
MALDI(matrix-assisted laser desorption ionization)는 매트릭스를 통해 시편을 간접적으로 이온화시켜 분석하는 기술로서, 고분자 물질의 질량 분석에는 용이하나 스펙트럼의 재현성이 결여되어 정량분석에는 사용하기가 어렵다.
그럼에도 불구하고, MALDI 질량분석을 이용한 시편의 정량분석을 위한 기술들이 개발되고 있다. 예컨대, MALDI에 있어서 레이저 펄스에 의해 시편으로부터 생성된 증기인 플룸(plume)의 온도를 일정하게 유지하여 스펙트럼을 얻게 되면 스펙트럼의 재현성을 확보할 수 있고 정량 검정선 작성을 통해 정량분석이 가능한 것으로 보고되었다.
한편, 본 발명자들은 고분자 시편의 두께가 MALDI 스펙트럼의 패턴에 영향을 미치는 인자임을 발견하고, 마스크를 적용한 전기분무(electrospray)를 통해 시편의 두께를 일정하게 조절하여 균일한 두께를 갖는 시편을 제조한 바 있다(한국특허출원 제10-2017-0130010호, 출원일: 2017.10.11, 출원인: 주식회사 엘지화학). 상기 특허문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
더 나아가, 본 발명자들은 상기 균일한 두께를 갖는 고분자 시편을 통해 고분자의 정량분석을 효율적으로 수행하기 위한 기술을 계속해서 연구하였으며, 이에 상기 균일한 두께의 고분자 시편으로 재현성있는 MALDI 질량 스펙트럼을 얻은 후 상기 스펙트럼에 나타나는 물질들의 피크를 이용하는 경우 선형의 정량 검정선을 얻을 수 있음을 밝혀내고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 다양한 농도의 고분자 시료로 제조된 두께가 균일한 고분자 시편을 제조하여 이로부터 재현성있는 MALDI 질량 스펙트럼을 얻은 후, 상기 스펙트럼에 나타나는 고분자 시료의 피크와 함께 매트릭스 또는 내부표준물질의 피크를 이용하여 정량 검정선을 작성하는 고분자의 상대적 정량분석방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
(S1) 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액를 마스크를 통해 전기분무하여 두께 편차가 30% 이하인 고분자 시편을 상기 고분자 시료의 농도별로 복수개로 제조하는 단계;
(S2) 상기 복수개의 고분자 시편 각각에 레이저를 조사하여 MALDI 질량 스펙트럼을 얻는 단계; 및
(S3) 상기 MALDI 질량 스펙트럼의 피크 결과로부터 고분자 시료의 시그널을 이용하여 정량 검정선을 작성하는 단계를 포함하는, MALDI 질량분석을 이용한 고분자의 상대적 정량분석방법이 제공된다.
상기 고분자 시료는 폴리-(N-b-히드록시에틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-히드록시피페리딜숙시네이트(Tinuvin 622), 2,2-비스(하이드록시메틸)부티르산-폴리(프로필렌 글리콜)(BHB-PPG), 알릴페놀-폴리디메틸실록산(AP-PDMS), H-폴리디메틸실록산(H-PDMS) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 정량 검정선 작성은 MALDI 질량 스펙트럼의 피크 결과로부터 고분자 시료와 매트릭스의 시그널 강도 비율을 산출하고 이를 고분자 시료의 농도별로 도시하여 수행될 수 있다.
상기 (S1) 단계에서, 상기 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액에 내부표준물질을 추가로 첨가하여 고분자 시편을 제조할 수 있다. 이 경우, 정량 검정선 작성은 고분자 시료 및 매트릭스와 함께 내부표준물질이 추가로 첨가된 고분자 시편에서 얻은 MALDI 질량 스펙트럼으로부터 고분자 시료와 내부표준물질의 시그날 강도 비율을 산출하고 이를 고분자 시료와 내부표준물질의 농도 비율로 도시하여 수행될 수 있다.
상기 내부표준물질은 폴리(에틸렌글리콜)(PEG), 폴리(프로필렌 글리콜)(PPG), 폴리스타이렌(PS) 및 이들 중 2 이상의 혼합물로부터 선택되는 고분자 화합물일 수 있다.
상기 마스크를 통한 전기분무에 의한 고분자 시편의 제조는 (i) 샘플 플레이트 및 전기분무용 메인 노즐을 포함하는 전기분무(electrospray) 장치를 준비하고, 상기 샘플 플레이트 위에 마스크를 장착하는 단계; 및 (ii) 상기 마스크가 장착된 샘플 플레이트에 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액을 상기 메인 노즐로 전기분무하는 단계를 포함하며, 상기 마스크는 상기 샘플 플레이트 위에 두께 편차가 작은 고분자 시편을 얻을 수 있도록, 상기 메인 노즐에서 전기분무되는 상기 고분자 시료 용액이 상기 샘플 플레이트로 통과될 수 있는 홀(hole)을 포함할 수 있다.
상기 (ii) 단계에서, 상기 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액에 내부표준물질을 추가로 첨가하여 전기분무를 수행할 수 있다.
상기 마스크에 포함된 홀의 직경은 1 내지 2 mm일 수 있다. 또한, 상기 마스크의 재질은 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 알루미늄(aluminium)일 수 있다.
상기 샘플 플레이트 위에 마스크를 장착하는 단계는 상기 마스크의 위치를 x축, y축 및 z축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전기분무장치는 상기 메인 노즐을 둘러싸고 상기 메인 노즐과 동축인 보조 노즐을 더 포함하고, 상기 메인 노즐로 고분자 시료 용액을 샘플 플레이트로 전기분무하는 단계는, 상기 메인 노즐 부근에 매트릭스가 석출되는 것을 방지하도록, 상기 보조 노즐로 용매를 분무하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전기분무장치는 상기 보조 노즐을 둘러싸고 상기 보조 노즐과 동축인 시스 가스(sheath gas) 공급관을 더 포함하고, 상기 메인 노즐로 고분자 시료 용액을 상기 샘플 플레이트로 전기분무하는 단계는, 상기 용액이 상기 샘플 플레이트의 일정한 위치로 분무되도록, 상기 시스 가스 공급관으로 시스 가스를 분사하여 상기 용액을 가이드하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 샘플 플레이트 상에서 고분자 시료 용액이 전기분무되는 영역은 40 내지 180 mm 2, 상세하게는 40 내지 80 mm 2일 수 있다.
상기 고분자 시편의 두께는 500nm 내지 10㎛의 범위일 수 있다.
상기 고분자 시편의 두께 편차는 동일한 시편에 대해서 3곳 이상의 지점에 대해 측정(spot-to-spot)했을 때 30% 이하일 수 있다.
상기 고분자 시편에서 측정된 MALDI 질량 스펙트럼의 결과의 오차를 나타내는 RSD(상대표준편차, relative standard deviation) 범위가 동일한 시편에서 3곳 이상의 지점을 측정(spot-to-spot)하였을 때 ±15% 이하일 수 있다.
본 발명에 따르면, 마스크를 이용한 전기분무방식으로 두께 편차가 30% 이하로 작은 균질한 고분자 시편을 제조하여 이로부터 재현성 있는 MALDI 질량 스펙트럼을 얻은 후, 상기 스펙트럼에 나타나는 고분자 시료의 피크와 함께 매트릭스 또는 내부표준물질의 피크를 이용하여 정량 검정선을 작성함으로써, 다양한 농도의 고분자 시료에 대한 상대적 정량분석이 가능하다.
도 1은 종래의 기술로 제조된 시편에 대해 시편의 분석 위치에 따른 MALDI 질량 스펙트럼 차이를 나타낸 것이다.
도 2은 시편의 두께에 따른 MALDI 질량 스펙트럼의 변화 및 플룸(plume)의 온도에 따른 이온화 효율 차이를 나타낸 것이다.
도 3은 종래 기술의 전기분무를 이용한 분사공정에서 노즐의 끝에서 매트릭스가 석출되는 현상을 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시형태에서 고분자 시편의 제조를 위한 마스크가 적용된 전기분무장치 및 이의 적용과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 마스크를 이용하여 넓게 분사되는 영역 중 시편의 중심 부분을 선택하여 두께가 1㎛인 시편을 제조하는 과정을 예시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 시편에 대해 수득된 MALDI 질량 스펙트럼으로부터 데이터 획득 과정(data acquisition process)를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 1에 따라 제조된 고분자 시편에 대해서 수득된 MALDI 질량 스펙트럼의 결과로부터, 고분자 시료와 매트릭스의 시그널 강도 비율을 고분자 시료의 농도별로 도시하여 작성한 정량 검정선을 나타낸 것이다.
도 8a 내지 c는 실시예 2에 따라 제조된 고분자 시편에 대해서 수득된 MALDI 질량 스펙트럼의 결과로부터, 고분자 시료와 내부표준물질의 시그날 강도 비율을 고분자 시료와 내부표준물질의 농도 비율로 도시하여 작성한 정량 검정선을 나타낸 것이다(n은 모노머의 반복단위를 나타낸다)
도 9는 실시예 2에 따라 마스크를 통한 전기분무로 제조된 시편, 및 비교예 1에 따라 자연건조 방식으로 제조된 시편에 대한 MALDI 질량 스펙트럼의 재현성 평가를 나타내는 결과이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시형태를 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시형태는 MALDI 질량분석을 이용한 고분자의 상대적 정량분석방법에 관한 것으로, 상기 방법은 고분자 시편의 제조 단계(S1); 상기 고분자 시편에 대한 MALDI 질량 스펙트럼을 수득하는 단계(S2); 및 상기 MALDI 질량 스펙트럼의 피크 결과로부터 고분자 시료의 시그널을 이용하여 정량 검정선을 작성하는 단계(S3)를 포함한다. 이하에서는 상기 방법의 구체적인 단계들에 대해 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
<고분자 시편의 제조>
본 발명에서는 MALDI 질량분석을 수행하기 위한 고분자 시편을 제조하기 위해, 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액을 마스크를 통해 전기분무한다. 이때, 고분자 시편은 상기 고분자 시료의 농도별로 준비하여 복수개로 제조하며, 각각의 고분자 시편에서 매트릭스의 농도는 일정하게 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고분자 시료는 분자량 1000Da 이상, 예컨대 3000 내지 4000 Da인 고분자 화합물일 수 있다. 또한, 상기 고분자 시료는 다분산성(polydispersity)을 갖는다. 본원 명세서에서, 고분자 화합물은 반복단위는 동일하나 분자량 등에 있어 동일하지 않고 상이한 분자종의 혼합물이며, 이처럼 다양한 분자량 분포를 나타내는 것을 다분산성(polydipersity)으로 정의한다. 또한, 고분자 시료의 다분산성이 동일하다는 의미는, 다분산성을 갖는 2종 이상의 고분자 시료에 있어서 그 분자량 분포 양상이 서로 동일한 것을 의미한다.
본 발명에서 적용가능한 고분자 시료는 폴리-(N-b-히드록시에틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-히드록시피페리딜숙시네이트(Tinuvin 622), 2,2-비스(하이드록시메틸)부티르산-폴리(프로필렌 글리콜)(BHB-PPG), 알릴페놀-폴리디메틸실록산(AP-PDMS), H-폴리디메틸실록산(H-PDMS) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 고분자 시편 제조시에 사용되는 매트릭스는 레이저와 같은 에너지원으로부터 에너지를 흡수하여 그 에너지를 분석대상인 고분자 시료에 전달함으로써, 상기 고분자 시료를 가열하고 이온화시키는 물질을 의미한다.
이러한 매트릭스로는 고분자 시료를 검출할 수 있는 한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 DCTB(trans-2-[3-(4-tert-Butylphenyl)-2-methyl-2-propenylidene]malononitrile), DHB(2,5-dihydroxybenzoic acid), CHCA(α-cyano-hydroxycinnamic acid), SA(sinapic acid, 3,5-dimethoxy-4-hydroxycinnamic acid) 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액에 내부표준물질을 추가로 첨가하여 고분자 시편을 제조할 수 있다
상기 내부표준물질은 고분자 시료를 상대적으로 정량분석하기 위해 사용되는 것이다. 여기서, "상대적인 정량법"이란 고분자 시편 제조시에 고분자 시료와 함께 특정의 내부표준물질을 첨가하고 시편들의 MALDI 질량 스펙트럼에서 각 시료의 피크 결과를 상기 내부표준물질의 피크 결과에 대한 상대적인 값을 측정함으로써 시료를 정량하는 것이다.
이러한 내부표준물질로는 폴리(에틸렌글리콜)(PEG), 폴리(프로필렌 글리콜)(PPG), 폴리스타이렌(PS) 및 이들 중 2 이상의 혼합물로부터 선택되는 고분자 화합물이 사용될 수 있다. 이외에도, 고분자 시료와 주쇄가 동일하고 말단이 다른 고분자를 내부표준물질로서 사용할 수 있다.
상기 고분자 시료, 매트릭스 및 내부표준물질은 각각 테트라하이드로퓨란(THF), 자일렌 또는 클로로포름과 같은 유기용매에 용해된 용액의 형태로 사용될 수 있으며, 그 농도는 적절히 선택될 수 있다. 예컨대, 상기 고분자 시료의 경우에는 0.1 내지 10 mg/ml의 범위 내에서 제조하고자 하는 시편에 농도별로 사용가능하다. 또한, 상기 매트릭스 및 내부표준물질은 각각 0.1mg/ml 및 10mg/ml의 일정한 농도로 각 시편에 사용될 수 있으나, 이에 특별히 한정되지 않는다.
상기한 바와 같은 상기 고분자 시료 및 매트릭스, 그리고 선택적으로 내부표준물질을 포함하는 용액을 샘플 플레이트, 예컨대 스테인리스 스틸 플레이트에 도포하여 MALDI 질량분석용 고분자 시편을 제조할 수 있다.
한편, MALDI 질량 스펙트럼에서 시료 대 매트릭스 또는 내부표준물질의 시그널 비율은 레이저 조사에 의한 이온 생성 반응시의 온도에 의해 좌우되며, 따라서 상기 이온 생성 반응의 온도를 균일하게 조정하는 것이 필요하다. 만약, 제조되는 고분자 시편의 두께가 불균일한 경우 상기 시편에 레이저를 조사하여 이온 생성 반응을 일으킬 때 온도가 불균일할 수 있고, 이러한 경우 재현성 있는 MALDI 질량 스펙트럼을 얻기 어렵다.
예컨대, 도 1은 종래의 기술로 제조된 시편에 대해 시편의 분석 위치에 따른 MALDI 스펙트럼 차이를 나타낸 것으로, 여러 위치에서 MALDI 스펙트럼을 얻어본 결과 시편의 중심부에서 얻은 스펙트럼과 가장자리에서 얻은 스펙트럼이 다른 것을 확인할 수 있다. 즉, 시편의 중심부로부터 가장자리로 가면서 스펙트럼이 경향성있게 변하고, 비슷한 위치에서 측정된 스펙트럼의 경우에는 비교적 유사한 경향을 나타내고 있다.
MALDI에 있어서 레이저 펄스에 의해 시편으로부터 생성된 증기인 플룸(plume)의 온도가 동일한 경우 스펙트럼이 일치하는 경향을 나타내지만, 플룸의 온도가 다를 경우 스펙트럼의 경향이 달라질 수 있다. 따라서, 도 1의 결과는 시편의 위치에 따라 플룸의 온도가 달라짐을 의미한다.
또한, 플룸의 온도는 시편의 두께와 관련이 있으며, 두께가 두꺼워짐에 따라 플룸의 온도가 높아지는 경향을 나타낸다. 따라서, 이러한 일반적인 사실로부터 고분자 MALDI 스펙트럼 패턴에 영향을 주는 인자는 시편의 두께라는 사실을 예측할 수 있다.
도 2는 이러한 시편의 두께에 따른 온도 변화가 고분자의 이온화 효율에 주는 영향을 나타내는 결과이다. 도 2의 1) BHB-PPG + PPG 시료의 시편 위치에 따른 스펙트럼의 세기 변화를 보면, PPG에 대한 BHB-PPG의 신호 세기 비율이 시편의 가장자리에 비하여 중앙에서 더 큰 것을 알 수 있다. 이는 온도에 따른 Na + 결합에너지(binding energy)의 변화를 나타내는 그래프로부터 그 원인을 예측할 수 있다. 도 2는 온도에 따른 Na + 결합에너지(binding energy) 변화를 계산한 그래프이다. Na + 결합에너지(binding energy)가 적을수록 Na + 친화도(affinity)가 높기 때문에 온도가 높아질수록 BHB-PPG가 PPG에 비하여 생성되는 이온이 상대적으로 많을 것임을 예측할 수 있다. 2) AP-PDMS + H-PDMS 시료의 경우에도 온도에 따른 Na + 결합에너지의 변화 그래프를 이용하여 실험 결과를 잘 예측할 수 있다.
이와 같이, 플룸의 온도는 이온화 효율에 영향을 미치고, 플룸의 온도 변화는 시편 두께의 차이로부터 발생할 수 있으므로, 재현성있는 MALDI 스펙트럼 결과를 얻기 위해서는 두께가 고른 시편을 사용해야 한다.
따라서, 본 발명에서는 고분자 시편의 제조시 다수 지점에서 두께 편차를 작게 제어하기 위해 마스크를 이용한 전기분무방식을 적용하며, 구체적으로 하기의 단계들을 포함한다:
(i) 샘플 플레이트 및 전기분무용 메인 노즐을 포함하는 전기분무(electrospray) 장치를 준비하고, 상기 샘플 플레이트 위에 마스크를 장착하는 단계; 및
(ii) 상기 마스크가 장착된 샘플 플레이트에 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액(이하, "고분자 시료 용액"또는 "시료 용액"라고 한다)을 상기 메인 노즐로 전기분무하는 단계.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 (ii) 단계에서 상기 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액에 내부표준물질을 추가로 첨가하여 전기분무를 수행할 수 있다.
상기 마스크는 상기 샘플 플레이트 위에 두께 편차가 작은 고분자 시편을 얻을 수 있도록, 상기 메인 노즐에서 전기분무되는 상기 고분자 시료 용액이 상기 샘플 플레이트로 통과될 수 있는 홀(hole)을 포함한다.
상기 마스크의 재질은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 스테인리스 스틸(stainless steel), 알루미늄(aluminium) 등을 사용할 수 있다. 또한, 그 형태도 사각형, 원형 등을 포함하여 다양하게 적용될 수 있으며, 마스크 한변의 길이는 수 cm의 크기일 수 있다. 예를 들어, 마스크가 사각형일 때 한변의 길이는 1 내지 4 cm일 수 있고, 원형일 때는 직경이 1 내지 4 cm일 수 있다. 이때, 마스크에 구비된 홀은 직경이 예를 들어 1 내지 2 mm인 크기를 가질 수 있다.
이러한 마스크를 통해 전기분무는 상기 시료 용액이 마스크의 홀 주변으로 넓게 퍼지도록 수행된다. 예컨대, 상기 시료 용액의 분사 직경은 4 내지 15 mm일 수 있으며, 상기 시료 용액이 분사되는 영역은 40 내지 180 mm 2, 상세하게는 40 내지 80 mm 2의 범위일 수 있다. 즉, 본 발명의 전기분무는 시료 용액의 분사 영역이 마스크의 홀 크기에 국한되는 것이 아니라, 마스크의 홀 주변까지 포함하도록 넓게 퍼지도록 수행될 수 있다.
이러한 방식에 의하면, 상기 홀을 통과하는 고분자 시료 용액은 샘플 플레이트 상에 균일하고 얇은 두께로 도포될 수 있으며, 상기 홀을 통과하지 못하는 용액은 마스크 상에 그대로 남아있게 된다. 만약, 분사 영역을 마스크의 홀 크기에 국한하는 경우, 균일한 두께의 시편을 제조하기 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기와 같은 분사방식으로 제조된 고분자 시편의 두께는 500nm 내지 10㎛, 예컨대 0.5 내지 5 ㎛ 또는 1 내지 2 ㎛일 수 있다. 이러한 두께 범위를 만족할 때, 고분자 시료의 분석이 가능한 두께를 확보하면서 두께 편차를 최소로 하는 균일성을 유지할 수 있다.
이와 같이, 상기 샘플 플레이트에 시료 용액이 분사되는 영역 중에서 두께의 편차가 작은 부분만을 선택함으로써 균질한 고분자 시편을 제조할 수 있는 것이다.
한편, 전기분무 방식은 일반적으로 넓은 면적에 고분자 시료를 보다 균일하게 분사 및 증착시킬 수 있는 점에서 여러 분야에서 적용되고 있다. 전기분무는 노즐의 형태와 구조가 단순하기 때문에 시스템을 제작하기 용이하고 수백 나노 크기에서 수십 마이크로 크기의 액적을 생성시키기가 매우 간단하다. 또한, 액적들이 단분산 분포를 가질 뿐만 아니라 액적 표면이 대전되어 있기 때문에 액적끼리 서로 잘 결합하지 않으며 액적 제어가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 또한, 대면적화가 가능하고 대기압 상태에서 분사가 가능하며 정전효과로 인해 보다 안정적인 특성을 갖는 시편의 제작이 가능할 수 있다.
그러나, 일반적인 전기분무를 이용한 분사공정으로 고분자 시료 및 매트릭스, 그리고 선택적으로 추가의 내부표준물질을 포함하는 용액을 분사하게 되면, 노즐의 끝에서 매트릭스가 석출되는 현상(도 3 참조)이 발생하여, 이러한 노즐 끝에 석출된 매트릭스로 인하여 시료의 전기분무의 재현성이 떨어지는 문제점이 있었다. 즉, 노즐 끝에 석출된 매트릭스로 인하여 시료가 일정한 위치로 분무되기에 어려운 점이 있었다.
이러한 점은 상기 메인 노즐과 함께 보조 노즐을 이용하는 경우 극복될 수 있다. 예컨대, 도 4a 내지 도 4d의 본 발명의 일 실시형태에서 사용된 전기분무장치 및 이의 적용과정에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 전기분무장치의 노즐부(100)는 고분자 시료 및 매트릭스, 그리고 선택적으로 추가의 내부표준물질을 포함하는 용액을 분사하는 메인 노즐(110), 및 메인 노즐(110)을 둘러싸고 메인 노즐(110)에 동축인 보조 노즐(120)을 포함하고, 보조 노즐(120)에서는 용매를 분사하도록 하였다(도 4a 참조). 도 4a에서, 메인 노즐(110)에서의 실선으로 표기된 화살표는 메인 노즐(110)에서 분사되는 고분자 시료의 흐름을 나타내고, 보조 노즐(120)에서의 점선으로 표기된 화살표는 보조 노즐(120)에서 분사되는 용매의 흐름을 나타낸다. 즉, 메인 노즐(110)로는 고분자 시료 용액을 분사하면서 메인 노즐(110)을 둘러싼 보조 노즐(120)에서는 용매를 추가로 분사함으로써, 종래의 기술에 따른 전기분무를 이용한 분사공정에서의 문제점인 노즐 끝에 매트릭스가 석출되는 현상을 방지하도록 하여, 고분자 시료의 전기분무의 재현성을 향상시켰다. 상기 보조노즐을 통해 분사되는 용매로는 테트라하이드로퓨란(THF)이 사용될 수 있다.
또한, 메인 노즐(110)에서 전기분무되는 고분자 시료 용액이 일정한 위치로 분무될 수 있도록 하였다. 메인 노즐(110)의 입구는 보조 노즐(120)의 입구보다 샘플 플레이트 방향으로 더 돌출되어 있을 수 있다. 예를 들어, 메인 노즐(110)의 입구가 보조 노즐(120)의 입구보다 샘플 플레이트 방향으로 약 1mm 내지 2mm 돌출되어 있을 수 있다. 보조 노즐(120)에서 분사되는 용매의 양은, 예를 들면, 메인 노즐(110)에서 분사되는 용매의 양의 30 내지 60%일 수 있다.
추가로 또는 대안적으로, 보조 노즐(120)을 둘러싸고 보조 노즐(120)에 동축인 시스 가스(sheath gas) 공급관(130)을 두어, 메인 노즐(110)을 통하여 고분자 시료가 분무될 때, 분무되는 고분자 시료 주위로 시스 가스도 같이 분무되도록 하여, 시스 가스가 고분자 시료가 일정한 위치로 분무될 수 있도록 가이드한다. 도 4a에서, 시스 가스 공급관(130)에서의 굵은 화살표는 시스 가스 공급관(130)에서 분사되는 시스 가스를 나타낸다. 그에 따라, 고분자 시료의 전기분무의 재현성을 향상시킬 수 있다. 시스 가스로는, 예를 들어, 질소 가스(N 2)가 사용될 수 있다. 예를 들면, 질소 가스는 분당 100cc 내지 1OOOcc, 일 실시양태로서는 분당 1000cc로 방출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 메인 노즐(110)로는 시료 용액을 분사하면서, 메인 노즐(110)을 둘러싼 보조 노즐(120)에서는 용매를 분사하거나 보조 노즐(120)을 둘러싼 동축인 시스 가스 공급관(130)으로는 분사되는 상기 시료 용액의 주위로 시스 가스를 분사함으로써, 메인 노즐(110)에서 전기분무되는 시료 용액을 샘플 플레이트 상의 일정한 위치로 분무할 수 있다.
도 4b는 시스 가스를 사용하는 경우 시료 용액이 샘플이 일정한 위치에 로딩(loading)됨을 보여주는 것으로, 예컨대 2cm 간격으로 10회 반복하여 전기분무함으로써 재현성이 있음을 확인한 것이다.
또한, 도 4c를 참조할 때, 본 발명의 일 실시형태에서는 고분자 시편의 제조시에 마스크(200)와 함께 마스크 위치 조절부(300)를 사용할 수 있다. 즉, 샘플 스테이지(210) 상에 놓여진 샘플 플레이트에 고분자 시료 용액이 전기분무될 때, 샘플 스테이지(210)상에 놓여진 샘플 플레이트에 고분자 시료가 분사되는 영역 중에서 두께의 편차가 작은 부분만을 시편으로 선택할 수 있도록, 샘플 플레이트 위에 마스크(200)를 위치시켜 전기분무를 수행한다. 또한, 마스크(200)는 마스크 위치 조절부(300)에 장착되어 있으므로, 샘플 플레이트 상에서 마스크(200)의 위치가 마스크 위치 조절부(300)로 조절될 수 있다.
마스크(200)의 중앙에는 원하는 두께 편차를 갖는 부분에 해당하는 시편의 크기에 대체로 일치하는 홀(hole)(200a)을 포함한다. 전기분무되는 시료 중 홀(200a)을 통과하지 못하는 시료는 마스크(200) 상에 그대로 남아있게 된다. 도 4a와 관련하여 기술한 바와 같이 고분자 시료의 전기분무의 재현성이 향상된 상태에서, 도 4c에 따른 마스크(200)를 샘플 플레이트 위에 장착하면, 전기분무되는 고분자 시료는 마스크(200)의 홀(200a)을 통과하여 샘플 플레이트 상에 놓여 원하는 두께 편차를 갖는 시편으로 제작될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 마스크를 이용하여 넓게 분사되는 영역 중 시편의 중심 부분을 선택하여 두께가 1㎛인 시편을 제조하는 과정을 예시한 것이다. 이러한 과정을 통해, 최종적으로 샘플 스테이지(210) 상에는 두께 편차가 30% 이하, 예컨대 25%인 시편이 남게 된다.
상기 마스크(200)는 앞서 설명한 바와 같이, 스테인리스 스틸(stainless steel), 알루미늄(aluminium) 등의 재질일 수 있고, 사각형, 원형 등일 수 있으며, 이외의 다양한 재질 및 형태도 가능하다. 마스크(200)가 사각형인 경우, 한변의 길이는 예를 들어 1 내지 4 cm일 수 있고, 마스크(200)가 원형인 경우, 직경이 예를 들어 1 내지 4 cm일 수 있다. 이때, 홀(200a)의 직경은 예를 들어 1 내지 2 mm일 수 있다.
추가로, 도 4d를 참조할 때, 마스크 위치 조절부(300)는 마스크(200)가 장착될 수 있는 마스크 홀더(310)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 마스크 홀더(310)는 개구부(310a)를 더 포함할 수 있고, 개구부(310a)에는 마스크(200)가 장착될 수 있고 장착된 마스크(200)가 일 방향의 축(예를 들면, y축) 상에서 이동할 수 있다. 개구부(310a)는, 예를 들어, 직사각형일 수 있으며, 개구부(310a)의 직사각형의 한 변의 폭은 마스크(200)의 폭과 일치할 수 있다. 개구부(310a)의 다른 한변의 폭은 마스크(200)의 폭보다 커서 개구부(310a)에 장착된 마스크(200)가 이동하여 장착될 수 있도록 하였다. 개구부(310a)의 양 가장자리에는 볼록부(310b)를 포함하고, 그에 따라 개구부(310a)의 볼록부(310b)위에 마스크(200)가 놓여질 수 있다.
마스크 위치 조절부(300)는 마스크 홀더(310)의 길이 방향에 수직으로 연장된 리니어 모션 레일(linear motion rail)(320)을 포함하고, 마스크 홀더(310)는 리니어 모션 레일(320)의 장착부(320a)에 장착될 수 있다. 마스크 홀더(310)는, 예를 들어, 볼트 등으로 장착부(320a)에 고정되어, 리니어 모션 레일(320)의 레일부(320b) 상에서 x축으로 이동할 수 있다. 레일부(320b)는 마스크 홀더(310), 즉 마스크 홀더(310)에 장착된 마스크(300)가 x축으로 얼마만큼 이동하는지를 표시할 수 있도록 눈금자(도 4d 참조)를 더 포함할 수 있다.
마스크 홀더(310)는 리니어 모션 레일(320) 상에서 x축으로 이동한다면, 상술한 바와 같이, 마스크(300)는 마스크 홀더(310)의 개구부(310a) 내에서 y축 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 마스크 위치 조절부(300)는 마스크 홀더(310)의 z축(샘플 스테이지(210)의 상면에 수직한 방향)으로의 높이 조절도 가능하다. 시편이 놓이게 되는 플레이트로는, 예를 들면, 스테인리스 스틸 플레이트(stainless steel plate), ITO 글래스 등이 다양하게 사용되므로, 해당 플레이트의 높이에 맞게 마스크 홀더(310), 즉, 마스크 홀더(310)에 장착된 마스크(300)의 높이(z축으로의 높이)도 그에 맞게 조절할 필요가 있다. 마스크 홀더(310)를 리니어 모션 레일(320)의 장착부(320a)에 장착할 때, 마스크 홀더(310)와 장착부(320a) 사이에 마스크 홀더(310)의 높이를 조절할 수 있는 스페이서(330)를 둘 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 스페이서를 두어 해당 높이에 맞게 스페이서를 0(zero)개에서부터 개수를 늘려 조절할 수도 있고, 해당 플레이트에 대응하는 높이를 갖는 각각의 스페이서를 둘 수도 있는 등, 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고 다양한 변형, 변경이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 마스크 위치 조절부(300)는 마스크 홀더(310)를 리니어 모션 레일(320) 상에 고정할 수 있는 고정부(340)를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고분자 시편의 제조 과정에 따르면, 샘플 스테이지(210) 상의 샘플 플레이트에 고분자 시료를 전기분무할 때, 시료가 넓게 분사되는 영역 중에서 두께의 편차가 30% 이하로 작은 부분만을 시편으로 선택할 수 있도록, 샘플 플레이트 위에 도 4b 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 마스크(200)를 사용하면서, 마스크(200)의 위치 조절을 위하여, 마스크 홀더(310)와 리니어 모션 레일(320) 사이의 스페이서(330)로 마스크(200)가 장착된 마스크 홀더(310)의 z축 방향으로의 이동을 조절하고, 리니어 모션 레일(320)로 마스크(200)가 장착된 마스크 홀더(310)의 x축 방향으로의 이동을 조절하고, 마스크(200)를 마스크 홀더(310)의 개구부(310a) 내에서 y축 방향으로 이동시킬 수 있다. 한편, 상술한 마스크의 위치를 조절하는 방식은 본 발명의 마스크를 사용하여 시편을 제작하는 방법의 일 실시예로서, 본 발명은 상술한 것에 한정되지 않고 마스크의 위치를 조절하는 방식에 관하여 다양한 변형, 변경이 가능하다.
추가로, 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 전기분무장치(10)은 시료 주입량 조절부(미도시됨)을 더 포함할 수 있고, 상기 시료 주입량 조절부는 구체적으로 메인 노즐(110)에 공급되는 고분자 시료의 주입량을 조절하는 펌프(30a) 및 보조 노즐(120)에 공급되는 용매의 각각 시료의 주입량을 조절하는 펌프(30b)를 포함할 수 있다. 또한, 시스 가스 공급관(130)에 공급되는 시스 가스의 양은 시스 가스 조절부(미도시됨)에 의해 조절할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 마스크를 통한 전기분무에 의해 수득된 두께 편차 30% 이하, 예컨대 25% 이하로 균일한 두께를 갖는 고분자 시편을 제조할 수 있고, 이러한 방법으로 제조된 고분자 시료 시편은 상용 MALDI-TOF MS 장비에 적용되어 재현성있는 MALDI 스펙트럼을 오차 ±30% 이하, 예컨대 ±15% 이하로 얻을 수 있어 고분자 시료의 정량분석이 가능하다.
<MALDI 질량 스펙트럼의 수득>
앞서 제조된 두께 편차가 작은 복수개의 고분자 시편 각각에 레이저를 조사하여 MALDI 질량 스펙트럼을 얻고, 상기 스펙트럼의 피크 결과로부터 고분자 시료 및 매트릭스의 시그날 강도 비율 또는 고분자 시료 및 내부표준물질의 시그날 강도비율을 산출한다.
상기 레이저는 고분자 시편에 에너지를 가하는 수단으로서, 구체적으로 질소 레이저 또는 Nd:YAG 레이저일 수 있다.
상기 레이저를 시편에 조사함에 있어서, 상기 시편의 한 지점에 다수회 조사하여 다수개의 이온 스펙트럼을 얻거나, 상기 시편의 다수의 지점에 조사하여 이온 스펙트럼을 얻을 수 있다. 예를 들어, 좋은 S/N 비(signal-to-noise ratio)를 갖는 스펙트럼을 얻기 위해, 시편에서 지점당 50 내지 2000샷(shot) 씩 여러 지점에서, 예컨대 20 내지 80개의 지점에서 MALDI 질량 스펙트럼을 얻은 후 평균값을 구할 수 있다. 또한, 동일한 조건의 시편에 대해서 3번 이상의 실험을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, MALDI 질량 스펙트럼을 얻기 위해 Imaging S/W(예컨대, Fleximaging, Bruker Daltonics, Germany)를 이용하는 데이터 획득 과정(data acquisition process)을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 시편에 대해 수득된 MALDI 질량 스펙트럼으로부터 데이터 획득 과정(data acquisition process)를 나타낸 것이다. 도 6을 참조할 때, 마스크를 통해 고분자 시료 용액을 전기분무하여 두께가 균일한 고분자 시편을 제작한 다음, 동일 시편의 다수의 지점에서 Imaging S/W를 이용하여 스펙트럼 데이터를 수집하고 평균값을 구한 결과, 모든 지점에서 재현성있는 스펙트럼을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
상기와 같은 과정으로 수득된 MALDI 질량 스펙트럼의 데이터는 오차를 나타내는 RSD(상대표준편차, relative standard deviation)의 값이 ±30% 이하일 수 있다. 예를 들면, 동일한 시편에서 3곳 이상의 지점을 측정(spot-to-spot)하였을 때의 오차는 ±15% 이하일 수 있으며, 동일 조건으로 제조된 3개 이상의 시편으로 측정하는 경우(sample-to-sample)에 대해서도 ±30% 이하의 오차를 나타내 재현성있는 MALDI 질량 스펙트럼을 얻을 수 있다.
MALDI 질량 스펙트럼에 나타나는 이온들은 양성자화된 고분자 시료, 양성화된 매트릭스, 양성자화된 내부표준물질 및 이온원 내부에서 생성된 단편 생성물들이다. 따라서, MALDI 질량 스펙트럼의 피크 패턴은 이들의 이온수, 시그널 비율 등에 의해 결정된다.
<정량 검정선 작성>
본 발명에 따른 고분자 시편으로부터 수득한 MALDI 질량 스펙트럼을 이용하여 고분자를 정량하기 위해서, 앞서 산출된 시그날 강도 비율을 도시하여 정량 검정선을 작성할 수 있다.
예컨대, 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 고분자 시편의 정량 검정선은 상기 시편에서 얻은 MALDI 질량 스펙트럼으로부터 고분자 시료 및 매트릭스의 시그날 강도 비율을 고분자 시료의 농도별로 도시하여 작성할 수 있다.
한편, 고분자 시료 및 매트릭스와 함께 내부표준물질이 추가로 포함된 고분자 시편의 정량 검정선은 해당 시편에서 얻은 MALDI 질량 스펙트럼으로부터 고분자 시료와 내부표준물질의 시그날 강도 비율을 산출하고 이를 고분자 시료와 내부표준물질의 농도 비율로 도시하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따라 작성한 검정선은 모두 선형으로 나타난다(R 2≥0.98, 도 7 및 8 참조).
또한, 본 발명에 따른 검정선에서 각 포인트의 RSD(상대표준편차, relative standard deviation)는 ±15% 이하일 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상위한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
<실시예 1>
단계 1: 고분자 시편의 제조
분석하고자 하는 고분자 화합물로서 Tinuvin ® 622(BASF사)를 자일렌(xylene)에 녹인 용액을 각각 0.1mg/ml, 0.5mg/ml, 1mg/ml 및 3mg/ml의 농도별로 준비하고, 상기 용액, 매트릭스(DCTB, trans-2-[3-(4-tert-butylphenyl)-2-methyl-2-propenylidene]malononitrile) 용액(10mg/mL THF) 및 NaTFA(sodium trifluoroacetate) 용액(THF 중 0.02M)을 9:1:1((v/v/v)의 비율로 혼합하여 고분자 시료 용액을 제조하였다. 이때 상기 고분자 화합물 용액은 농도별로 사용하여 복수의 고분자 시료 용액을 제조하였다.
Figure PCTKR2019008610-appb-img-000001
상기 제조된 복수의 고분자 시료 용액을 각각 도 4c의 전기분무장치(10)와 직경이 2 mm인 홀을 구비한 마스크(200)를 이용하여 전기분무를 수행하여, 복수의 고분자 시편을 제조하였다.
구체적으로, 스테인리스 스틸 플레이트에 고분자 시료를 0.5μL/min의 유량(flow rate)(1 st flow)으로 10분간 전기분무하였으며, 전기분무된 시편의 두께를 측정하였다. 한편, 스테인리스 스틸 플레이트의 경우 표면이 거칠어 시편의 두께를 측정하기에는 적합하지 않다. 따라서, 전기분무된 시편의 두께를 측정하기 위해서 ITO 글래스에 상기 고분자 시료 용액을 다시 0.5㎕/min의 유량(1 st flow)으로 10분간 전기분무한 후, 옵티컬 프로파일러(optical profiler)를 이용하여 2㎛ 간격으로 시편의 두께를 측정하였다. 측정된 두께 프로파일에 대한 평균 두께는 약 1㎛였다(도 5 참조).
또한, MALDI 레이저의 스폿 사이즈(spot size)를 50㎛로 가정하고 25개의 측정값들을 평균한 값의 표준 편차를 측정한 결과 두께 편차는 약 25%였다.
단계 2: MALDI 질량 스펙트럼의 수득
MALDI-TOF 질량분석기(UltrafleXtreme, Bruker Daltonics, Germany)를 사용하여, 상기 단계 1에서 제조된 각각의 고분자 시편에 대해 지점(spot)당 2000샷(shot)씩 20개의 지점에서 337 nm 질소 레이저(MNL100, Lasertechnik Berlin, Berlin, Germany)로 조사하여 MALDI 질량분석을 수행였다.
이러한 질량분석을 각각의 고분자 시편(즉, 고분자 시료의 농도별)에 대해서 3번씩 수행하여 MALDI 질량 스펙트럼을 얻었다.
이어서, 고분자인 Tinuvin ® 622의 시그널과 매트릭스인 DCTB 다이머(dimer) 피크 및 DCTB 트라이머(trimer) 피크의 시그널을 이용하여 시그널 강도 비율을 산출하고 평균값을 구하였다.
단계 3: 정량 검정선의 작성
상기 단계 2에서 산출된 Tinuvin ® 622 및 DCTB 다이머(dimer) 또는 DCTB 트라이머(trimer) 피크의 시그날 강도 비율을 Tinuvin ® 622의 농도별로 도시하여 검정선을 작성하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7로부터 볼 수 있는 바와 같이, 두께 편차가 25%로 작은 균질한 고분자 시편에 대해서 MALDI를 수행하여 얻은 스펙트럼으로부터 Tinuvin ® 622 시그날, 그리고 매트릭스 DCTB의 다이머 피크(도 7의 A) 및 DCTB의 트라이머 피크(도 7의 B)를 각각 이용한 결과, 각 포인트의 RSD(상대표준편차, relative standard deviation)는 15% 이내인 선형의 검정선(R 2 = 0.98 이상)을 얻을 수 있었다.
<실시예 2>
단계 1: 고분자 시편의 제조
분석하고자 하는 고분자로서 BHB-PPG을 THF(tetrahydrofuran)에 녹인 용액을 0.1mg/ml, 1mg/ml, 2mg/ml, 5mg/ml 및 10mg/ml의 농도별로 준비하고, 내부표준물질로서 PPG를 THF 중에 녹인 용액(0.5mg/ml), 매트릭스로는 DCTB(trans-2-[3-(4-tert-Butylphenyl)-2-methyl-2-propenylidene]malononitrile)을 THF 중에 녹인 용액(10mg/ml), 그리고 NaTFA 용액(0.02M, THF 중)을 준비하였다.
상기 매트릭스 용액, NaTFA 용액, 고분자 용액 및 내부표준물질 용액을 9/1/0.5/0.5(v/v/v/v)로 혼합하되, 이때 상기 고분자 화합물 용액은 농도별로 사용하여 복수의 고분자 시료 용액을 제조하였다.
Figure PCTKR2019008610-appb-img-000002
상기 제조된 복수의 고분자 시료 용액을 각각 도 4c의 전기분무장치(10)와 직경이 2mm인 홀을 구비한 마스크(200)를 이용하여 전기분무를 수행하여, 복수의 고분자 시편을 제조하였다.
구체적으로, 스테인리스 스틸 플레이트에 고분자 시료를 0.5μL/min의 유량(flow rate)(1 st flow)으로 10분간 전기분무하였으며, 전기분무된 시편의 두께를 측정하였다. 한편, 스테인리스 스틸 플레이트의 경우 표면이 거칠어 시편의 두께를 측정하기에는 적합하지 않다. 따라서, 전기분무된 시편의 두께를 측정하기 위해서 ITO 글래스에 상기 고분자 시료 용액을 다시 0.5㎕/min의 유량(1 st flow)으로 10분간 전기분무한 후, 옵티컬 프로파일러(optical profiler)를 이용하여 2㎛ 간격으로 시편의 두께를 측정하였다. 측정된 두께 프로파일에 대한 평균 두께는 약 1㎛였다. MALDI 레이저의 스폿 사이즈(spot size)를 50㎛로 가정하고 25개의 측정값들을 평균한 값의 표준 편차를 측정한 결과 두께 편차는 약 25%였다.
단계 2: MALDI 질량 스펙트럼의 수득
MALDI-TOF 질량분석기(UltrafleXtreme, Bruker Daltonics, Germany)를 사용하여, 상기 단계 1에서 제조된 각각의 고분자 시편에 대해 Imaging S/W(Fleximaging, Bruker Daltonics, Germany)를 이용하여 지점(spot)당 50샷(shot)씩 40개의 지점(전체 샷 2000)에서 337 nm 질소 레이저(MNL100, Lasertechnik Berlin, Berlin, Germany)를 조사함으로써 스펙트럼을 수집하는 방식으로 MALDI 질량분석을 수행하였다(도 6 참조).
이러한 질량분석을 각각의 고분자 시편(즉, 고분자 시료의 농도별)에 대해서 3번씩 수행하여 MALDI 질량 스펙트럼을 얻었다.
이어서, 고분자 시료(BHB-PPG) 및 내부표준물질(PPG)의 시그날 강도 비율을 산출하고 평균값을 구하였다.
단계 3: 정량 검정선의 작성
상기 단계 2에서 산출된 BHB-PPG 및 PPG의 시그날 강도 비율을 BHB-PPG 및 PPG의 농도 비율로 도시하여 검정선을 작성하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다.
도 8a 내지 8c는 각각 BHB-PPG/PPG 농도별로 얻은 MALDI 질량 스펙트럼에서 모노머의 반복단위 개수가 n=27, n=33 및 n=38로 동일한 고분자 피크를 이용하여 작성한 선형의 검정곡선으로서, 어떠한 반복단위 개수를 갖는 피크를 선정하든 선형의 검정곡선을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, BHB-PPG/PPG의 MALDI 스펙트럼 평균값의 RSD(상대표준편차, relative standard deviation)는 13% 이내로 매우 높은 재현성을 갖는다는 것도 확인할 수 있다.
<비교예 1>
실시예 2의 단계 1에서 제조된 고분자 시료 용액을 이용하여, 자연 건조방식(dried droplet)으로 시편 2종을 제조하고, 제조된 시편의 각각에서 6부분의 지점에 대해 MALDI 질량분석을 수행하였다.
도 9는 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 시편 및 이의 MALDI 질량 스펙트럼의 재현성 평가 결과로서, 전기분무와 마스크를 이용해 제조된 실시예 2의 시편에서 스펙트럼의 재현성이 보다 높게 나타남을 알 수 있다.

Claims (18)

  1. (S1) 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액를 마스크를 통해 전기분무하여 두께 편차가 30% 이하인 고분자 시편을 상기 고분자 시료의 농도별로 복수개로 제조하는 단계;
    (S2) 상기 복수개의 고분자 시편 각각에 레이저를 조사하여 MALDI 질량 스펙트럼을 얻는 단계; 및
    (S3) 상기 MALDI 질량 스펙트럼의 피크 결과로부터 고분자 시료의 시그널을 이용하여 정량 검정선을 작성하는 단계를 포함하는, MALDI 질량분석을 이용한 고분자의 상대적 정량분석방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 시료는 폴리-(N-b-히드록시에틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-히드록시피페리딜숙시네이트(Tinuvin 622), 2,2-비스(하이드록시메틸)부티르산-폴리(프로필렌 글리콜)(BHB-PPG), 알릴페놀-폴리디메틸실록산(AP-PDMS), H-폴리디메틸실록산(H-PDMS) 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정량 검정선 작성은 MALDI 질량 스펙트럼의 피크 결과로부터 고분자 시료와 매트릭스의 시그널 강도 비율을 산출하고 이를 고분자 시료의 농도별로 도시하여 수행되는 것인, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (S1) 단계에서, 상기 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액에 내부표준물질을 추가로 첨가하여 고분자 시편을 제조하는, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고분자 시료 및 매트릭스와 함께 내부표준물질이 추가로 첨가된 고분자 시편의 정량 검정선 작성은 상기 고분자 시편에서 얻은 MALDI 질량 스펙트럼으로부터 고분자 시료와 내부표준물질의 시그날 강도 비율을 산출하고 이를 고분자 시료와 내부표준물질의 농도 비율로 도시하여 수행되는 것인, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 내부표준물질은 폴리(에틸렌글리콜)(PEG), 폴리(프로필렌 글리콜)(PPG), 폴리스타이렌(PS) 및 이들 중 2 이상의 혼합물로부터 선택되는 고분자 화합물인, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  7. 제 1항에서 있어서,
    상기 마스크를 통한 전기분무에 의한 고분자 시편의 제조는
    (i) 샘플 플레이트 및 전기분무용 메인 노즐을 포함하는 전기분무(electrospray) 장치를 준비하고, 상기 샘플 플레이트 위에 마스크를 장착하는 단계; 및
    (ii) 상기 마스크가 장착된 샘플 플레이트에 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액을 상기 메인 노즐로 전기분무하는 단계를 포함하며,
    상기 마스크는, 상기 샘플 플레이트 위에 두께 편차가 작은 고분자 시편을 얻을 수 있도록, 상기 메인 노즐에서 전기분무되는 상기 고분자 시료 용액이 상기 샘플 플레이트로 통과될 수 있는 홀(hole)을 포함하는, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (ii) 단계에서, 상기 고분자 시료 및 매트릭스를 포함하는 용액에 내부표준물질을 추가로 첨가하여 전기분무를 수행하는, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 마스크에 포함된 홀의 직경은 1 내지 2 mm인, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 마스크의 재질은 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 알루미늄(aluminium)인, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 샘플 플레이트 위에 마스크를 장착하는 단계는 상기 마스크의 위치를 x축, y축 및 z축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 조절하는 단계를 더 포함하는, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 전기분무장치는 상기 메인 노즐을 둘러싸고 상기 메인 노즐과 동축인 보조 노즐을 더 포함하고,
    상기 메인 노즐로 고분자 시료 용액을 샘플 플레이트로 전기분무하는 단계는, 상기 메인 노즐 부근에 매트릭스가 석출되는 것을 방지하도록, 상기 보조 노즐로 용매를 분무하는 단계를 더 포함하는, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 전기분무장치는 상기 보조 노즐을 둘러싸고 상기 보조 노즐과 동축인 시스 가스(sheath gas) 공급관을 더 포함하고,
    상기 메인 노즐로 고분자 시료 용액을 상기 샘플 플레이트로 전기분무하는 단계는, 상기 용액이 상기 샘플 플레이트의 일정한 위치로 분무되도록, 상기 시스 가스 공급관으로 시스 가스를 분사하여 상기 용액을 가이드하는 단계를 더 포함하는, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 샘플 플레이트 상에서 고분자 시료 용액이 전기분무되는 영역은 40 내지 180 mm 2인, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 샘플 플레이트 상에서 고분자 시료 용액이 전기분무되는 영역은 40 내지 80 mm 2인, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 시편의 두께는 500nm 내지 10㎛의 범위인, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 시편의 두께 편차는 동일한 시편에 대해서 3곳 이상의 지점에 대해 측정(spot-to-spot)했을 때 30% 이하인, 고분자의 상대적 정량분석방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 시편에서 측정된 MALDI 질량 스펙트럼의 결과의 오차를 나타내는 RSD(상대표준편차, relative standard deviation) 범위가 동일한 시편에서 3곳 이상의 지점을 측정(spot-to-spot)하였을 때 ±15% 이하인, 고분자의 상대적 정량분석방법.
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