WO2020213875A1 - 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법 - Google Patents

알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법 Download PDF

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WO2020213875A1
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tlc plate
ketones
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박병현
김병현
한수연
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting aldehydes or ketones, and more particularly, to a method for rapidly separating and detecting an aldehyde or ketone compound by a simple TLC separation method using a rotational force.
  • Carbonyl compounds such as aldehydes and ketones are widely used in various fields because of their bactericidal action and strong reducing action, but are known as harmful substances that are highly toxic and carcinogenic in humans and animals. Therefore, the regulation of carbonyl compounds is being strengthened, and for this reason, it is required to establish a detection and analysis method for harmful carbonyl compounds.
  • the carbonyl compound does not have a chromophore and cannot be detected with a UV detector. Therefore, carbonyl compounds such as low molecular weight aldehydes and ketones present in air and water react with 2,4-dinitrophenylhydrazine (DNPH) to obtain a hydrazone derivative, A method of detecting the obtained compound by high performance liquid chromatography (HPLC) is mainly used (see JP 2010-008311A).
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • This HPLC method is a representative method for measuring carbonyl compounds, and has the advantage of excellent sensitivity and selective detection, but has a disadvantage that requires the use of an expensive commercial DNPH cartridge for derivatization and complicated manipulation.
  • the present invention is to solve the above problems, and one object of the present invention is to separate and detect aldehydes or ketones in a more economical and simple manner that can replace HPLC with expensive commercial DNPH cartridges and complicated operation Is to provide a way to do it.
  • S1 A sample storage unit filled with derivatized compounds for aldehydes or ketones, an eluent storage unit, a thin layer chromatography (TLC) plate equipped with an absorption pad, and a connection between the sample storage unit and the TLC plate And a first microchannel having a bent portion, and a second microchannel connecting the eluent storage unit and the TLC plate and having a bent portion, and the first and second microchannels each have a bent portion, Prepare a rotary micro device in which at least one structure in which the number of bent portions of the second micro-channel is greater than the number of bent portions of the first micro-channel is arranged on a rotary platform, and aldehydes or ketones are provided in the sample storage unit and the eluent storage unit Supplying a fluid sample and an eluent for developing the sample, respectively;
  • TLC thin layer chromatography
  • the TLC plate includes an eluent introduction part, a sample introduction part, and a development part, an absorption pad is provided in the eluent introduction part, and the eluent introduction part of the TLC plate is connected to the eluent storage part by the second microchannel
  • the sample introduction part of the TLC plate may be connected to the sample storage part by the first micro-channel.
  • the first microchannel and the second microchannel may be connected by an air circulation channel, and the first microchannel prevents excessive introduction of a sample between the bent portion and the sample introduction portion of the TLC plate. It may include a waste channel for.
  • the fluid sample containing the fluidized aldehydes or ketones is transferred from the sample storage unit into the first microchannel by capillary force.
  • the eluent may move and stay, and the eluent may move by capillary force and may move from the eluent storage unit into the second microchannel to stay.
  • the first rotation of step (S2) may be performed for 5 to 20 seconds at a speed of 2,500 to 5,000 rpm
  • the second rotation of step (S3) may be performed for 0.5 to 2 seconds at a speed of 2,000 to 4,000 rpm. have.
  • the third rotation of the step (S4) and the fifth rotation of the step (S6) are performed at a relatively slowest speed and for a long time compared to other steps, so that the inflow of the eluent and the TLC separation can be performed.
  • the third rotation of step (S4) and the fifth rotation of step (S6) may be performed for 1 to 5 minutes at a speed of 500 to 1,000 rpm.
  • the flow rate into which the eluent is introduced may be 0.5 to 1.5 ⁇ l/s.
  • the fourth rotation for drying the TLC plate in step (S5) may be performed for 3 to 5 minutes at a speed of 2,000 to 5,000 rpm.
  • the deployment portion of the TLC plate may be disposed to face the opposite side of the rotation center in the rotary microdevice, and the absorption pad provided in the eluent introduction portion of the TLC plate occupies 5 to 10% of the total length of the TLC plate.
  • the absorbent pad may be prepared from fibers having an OH functional group, such as cellulose fibers, gelatin fibers, starch fibers, or a mixture of two or more thereof.
  • the derivatized compound may be 2,4-dinitrophenylhydrazine (2,4-DNPH, and the 2,4-DNPH is coated on the surface of silica in the form of a porous bead to the sample storage unit) Can be charged.
  • Samples of aldehydes or ketones include formaldehyde, acetaldehyde, acrolein, acetone, propionaldehyde, butyraldehyde, benzaldehyde, and crotonaldehyde.
  • crotonaldehyde iso-valeraldehyde, n-valeraldehyde, o-tolualdehyde, m-tolualdehyde, p-tolualdehyde, hexaldehyde, 2,5-dimethylbenzaldehyde (2,5-dimethylbenzaldehyde), hexanal, or a mixture of two or more thereof may be included.
  • the eluent may be a mixed solvent of acetonitrile and water, or a mixed solvent of ethyl acetate and hexane.
  • a rotary micro device capable of integrating derivatization of aldehydes or ketones and TLC separation, a plurality of samples containing aldehydes or ketones are simultaneously and quickly separated and detected, thereby providing an expensive commercial DNPH. It is possible to perform qualitative and quantitative analysis of aldehydes or ketones economically and efficiently compared to HPLC using a cartridge and complicated operation.
  • the sample and the eluent are sequentially introduced into the TLC plate by rotational force, and then the eluent is moved through an absorption pad, so that the sample can be stably separated on the TLC by uniform diffusion of the eluent.
  • the intensity of the rotational force the speed at which the solvent moves onto the TLC can be controlled.
  • the solvent remaining on the TLC is dried by rotation, and the inflow of the eluant and the TLC separation are repeated by applying a rotational force again to improve the resolution of the TLC.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a process of separating and detecting aldehydes or ketones using a rotary micro device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 schematically illustrates a rotary micro device that can be used in a method for detecting aldehydes or ketones according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a structure included in the rotary micro device of FIG. 2.
  • 4A to 4D show each layer of a rotating platform including structures in a rotating micro device.
  • FIG. 5 shows a TLC plate included in a rotary micro device.
  • FIG 6 shows the separation result of aldehydes or ketones according to an embodiment of the present invention.
  • One embodiment of the present invention relates to a method of detecting an aldehyde or ketone sample using a rotary micro device.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a process of detecting aldehydes or ketones using a rotary micro device according to an embodiment of the present invention
  • Figs. 2 to 4 are a rotary type that can be used in the method for detecting aldehydes or ketones of the present invention.
  • a micro device is illustrated.
  • a rotary micro device is prepared, and an aldehyde or ketone sample and an eluent for developing the sample are supplied to the apparatus (S1).
  • the rotary micro device 1 includes a rotary platform 10 and one or more structures 20 disposed on the rotary platform.
  • the rotary platform 10 may be, for example, a circular disk, and the size may be, for example, 14 cm to 17 cm in diameter.
  • One or more structures 20 having the same size may be radially disposed on the rotary platform 10, and the number of structures 20 may be 3, 4, or 5 depending on various environments in which the present invention is implemented. , 6 or more are possible.
  • the size and shape of each structure itself can be appropriately modified according to various environments in which the present invention is implemented.
  • the rotary micro device 1 includes a plurality of structures 20 having the same size, and by simultaneously driving the plurality of structures under a rotational force, several samples can be simultaneously analyzed.
  • the structure 20 includes a sample storage unit 100 filled with an aldehyde or a derivatized compound for ketones; Eluent storage unit 200; A thin layer chromatography (TLC) plate 300 provided with an absorption pad; And a first micro-channel 410 connecting the sample storage unit and the TLC plate, and a second micro-channel 420 connecting the eluent storage unit and the TLC plate.
  • Each of the first micro-channel and the second micro-channel may include a bent portion (eg, a ⁇ -shaped chiffon channel).
  • air circulation channels 430 and 440 connecting the first microchannel and the second microchannel may be included.
  • the first microchannel may include a waste channel 450 for preventing excessive introduction of a sample between the bent portion and the sample introduction portion of the TLC plate.
  • the TLC plate includes an eluent introduction part 330, a sample introduction part 320, and a deployment part 310 on one side, and an absorbent pad is provided in the eluent introduction part 330.
  • the eluent introduction part 330 of the TLC plate is connected to the eluent storage part 200 by the second micro-channel 420, and the sample introduction part 320 of the TLC plate is the first micro-channel 410 ) Is connected to the sample storage unit 100.
  • the rotary platform 10 included in the rotary micro device 1 is manufactured by assembling the upper layer, the middle layer, and the lower layer (FIG. 4A ), the upper layer (FIG. 4B ), and the middle layer ( Components of the structure 20 may be formed on the lower layer (FIG. 4D) of FIG. 4C) through a patterning process using micro-milling. Meanwhile, among the constituent elements of the structure 20, a TLC plate provided with an absorption pad is mounted at a position of the lower layer (Fig. 4D).
  • the first portion 410a of the first microchannel 410 is disposed in the middle layer, and the first portion 410a includes a portion connected to the sample reservoir 100 and a bent portion.
  • the second portion 410b of the first microchannel 410 is disposed on the upper layer, and the second portion 410b includes a portion connected to the TLC plate 300.
  • the aldehyde or ketone sample is supplied to the sample storage unit 100, and an eluent for developing the sample is supplied to the eluent storage unit 200. .
  • the aldehydes or ketones fluid sample is formaldehyde, acetaldehyde, acrolein, acetone, propionaldehyde, butyraldehyde.
  • the derivatized compound is a substance used to chemically derivatize the aldehydes or ketones, which is difficult to detect by itself due to the absence of a chromophore.
  • the derivatized compound may be 2,4-dinitrophenylhydrazine (2,4-DNPH), and may be coated on the surface of silica in the form of porous beads.
  • 2,4-DNPH-coated silica may be filled in the sample storage unit 100 in the form of beads. Since such a porous material has a large surface area, it is possible to maximize the coating of the 2,4-DNPH component, which is advantageous for derivatization of aldehydes/ketones.
  • the rotary micro device 1 is rotated first, and the aldehydes or ketones sample and the derivatization compound are reacted in the sample storage unit 100 to perform derivatization of aldehydes or ketones (S2). .
  • the aldehyde or ketone sample is 3-propionaldehyde and the derivatized compound is 2,4-DNPH
  • the following reaction is performed in the sample storage unit 100, and propionyl-2,4 -Dinitrophenylhydrazone derivatives can be obtained.
  • the first micro-channel 410 and the second micro-channel 420 cause the flow paths to form a ⁇ shape. As it has a bent portion of, it cannot move to the outside of the center of rotation due to centrifugal force and stops instantly. By using such a stop phenomenon, aldehydes or ketone components in the sample may react with the DNPH coated beads filled in the sample storage unit 100 in a derivative reaction.
  • the fluidized aldehydes or ketones sample is subjected to the capillary force to the sample storage unit 100
  • the eluent may move into the first microchannel 410 and stay therein, and the eluent may move by capillary force to move from the eluent storage unit 200 into the second microchannel 420 and stay therein.
  • the sample storage unit 100 and the eluent storage unit 200 is a blocking unit (not shown) for preventing the fluid sample and the eluent supplied to each flow directly into the micro flow paths (410, 420) It may include, and the blocking portion may move the step from the front end to the rear end of each member by using the step of the channel.
  • the vicinity of a point at which the microchannels 410 and 420 are connected in the sample storage unit 100 and the eluent storage unit 200 may have a streamlined shape, and accordingly, the fluid sample and the eluent may be When moving to, you can move while receiving as little resistance as possible.
  • the first rotation of the rotary micro device 1 may be performed at 2,500 to 5,000 rpm, specifically 2,500 to 3,000 rpm, such as 2,500 rpm, wherein the first rotation time is 5 to It may be 20 seconds, specifically 5 to 10 seconds, but is not limited thereto. That is, the optimum rate and time for the derivatization reaction can be experimentally determined and adjusted.
  • the rotary micro device 1 After the derivatization reaction through the first rotation, the rotary micro device 1 is rotated for a second time to introduce the derivatized fluid sample into the sample introduction part 320 of the TLC plate 300 (S3).
  • each of the first microchannel 410 and the second microchannel 420 may include a bent portion, wherein the number of bent portions of the second microchannel is the bent portion of the first microchannel More than the number.
  • the rotary micro device 1 when the rotary micro device 1 is rotated for the second time, the fluid sample containing the fluidized aldehydes or ketones is moved from the first microchannel 410 by a rotational force and the TLC plate While flowing into the eluent, the eluent may continue to stay in the second microchannel 420 with more bent portions than the first microchannel 410.
  • the structure 20 of FIG. 3 additionally includes a waste sample channel 450, so that the volume of the sample transferred from the sample storage unit 100 through the first micro-channel 410 is excluded.
  • a sample of the content may be loaded into the sample introduction part 320 on the TLC plate.
  • the volume of the waste sample channel is designed to be 4.5 ⁇ l, so that only 0.5 ⁇ l of the derivatized sample can be loaded on the TLC. . This can prevent a phenomenon in which the sample is excessively loaded on the TLC, so that the separation is not performed properly and incorrect results may be derived.
  • the TLC plate may be an RP-18 F254s TLC plate (silica gel coating, aluminum support) as illustrated in FIG. 5, and has a specification of a C18 coating thickness of 0.2 mm and a plate size of 10 cm ⁇ 1 cm. It has, and can use up to 40% of water.
  • the speed and time during the secondary rotation of the rotary micro device 1 are not particularly limited.
  • the second rotation may be performed for 0.5 to 2 seconds at a speed of 2,000 to 4,000 rpm.
  • the rotary microdevice is rotated three times to transfer the eluent to the absorption pad provided in the eluent introduction part 330 located at one end of the TLC plate 300. Then, the sample is separated by TLC by moving the eluent absorbed into the absorption pad (S3).
  • the absorbent pad serves to absorb the eluent introduced into the eluent introduction unit 330 and then discharge the eluent at a constant speed by rotational force while the rotary micro device rotates for the third time. Accordingly, a sample that has first flowed into the sample introduction part 320 of the TLC plate 300 may be stably separated.
  • the absorption pad suppresses non-uniform diffusion due to wettability of the eluent generated when the eluent flows into the TLC plate 300 so that the eluent can be uniformly deployed in the TLC plate 300.
  • the eluent may move to the surrounding outer wall due to wettability in the vicinity of the region where the TLC is inserted, and thus TLC separation may be difficult.
  • the absorbent pad may be made of fibers having an OH functional group, such as cellulose fibers, gelatin fibers, starch fibers, or a mixture of two or more thereof.
  • the size of the absorbent pad may be appropriately selected according to the size of the TLC plate, and may occupy a range of 5 to 10% of the size of the TLC plate.
  • the size of the TLC plate is 10 cm ⁇ 1 cm (L ⁇ W)
  • the size of the absorption pad provided at one end of the TLC plate is 1 cm ⁇ 1 cm (L ⁇ W) or 0.7 cm ⁇ 1 cm (L ⁇ W) can be.
  • the third rotation of the rotary micro device 1 can be performed for a relatively slowest speed and a long time compared to other steps in order to control the speed at which the eluent moves onto the TLC. have. Since the TLC is to be separated according to the degree of affinity between the stationary phase and the mobile phase, it is advantageous to control the sample at a relatively slow speed in order to prevent the possibility that the sample may not be properly separated due to a short interaction time with the stationary phase. If the third rotation is increased, the sample may not be properly separated on the TLC as the speed of movement of the eluent onto the TLC plate through the absorption pad increases.
  • the third rotation may be performed at a speed of 500 to 1,000 rpm, specifically 600 to 800 rpm, for 1 to 5 minutes, specifically 2.5 to 5 minutes.
  • the flow rate of the eluent flowing into the TLC plate may be 0.5 to 1.5 ⁇ l/s.
  • the rotary micro device 1 is rotated four times to dry the TLC plate 300 (S5).
  • the eluent used as a mobile phase to separate the sample on the TLC plate may be a mixed solvent of acetonitrile and water, or a mixed solvent of ethyl acetate and hexane, as described above, and some of the mixed solvents volatilize when left as they are. However, most can remain on the TLC plate.
  • the TLC plate 300 is dried by adding a rotating step after TLC separation, by removing the residual eluent on the TLC plate 300 in which the sample was separated once in the previous step (S3),
  • the resolution can be improved by repeating one TLC separation.
  • the fourth rotation of the rotary micro device 1 for drying the TLC plate is a speed of 2,000 to 5,000 rpm, specifically 2,000 to 3,000 rpm, and It may be carried out for 3 to 5 minutes, specifically 4 to 5 minutes.
  • the deployment part 310 of the TLC plate 300 may be advantageous to arrange the deployment part 310 of the TLC plate 300 to face the opposite side of the rotation center in the rotary micro device 1. Since the fluid introduced into the TLC plate, that is, the eluent is moved by the rotational force, it is advantageous to make the moving direction of the eluent and the drying direction the same. If the direction of movement of the eluent is from the outside of the rotation center to the inside, the direction of the eluent dried by the rotational force is opposite to each other, and thus the result of TLC separation separated by the eluent may be affected.
  • the plurality of structures 20 on the disk-shaped rotary platform 10 include an eluent storage unit toward the center of rotation, and a sample storage unit and a TLC unit toward the outside thereof.
  • the plate is disposed, and the TLC plate may have a structure in which the side of the deployment portion faces the opposite side of the rotation center to which the rotational centrifugal force is applied.
  • the length of the TLC plate can be designed to be short, and when an additional rotating step is provided, drying of the residual eluent on the short TLC and subsequent repeated TLC separation processes can be more efficiently performed.
  • the rotary microdevice is rotated 5 times to introduce the eluent back into the absorption pad of the TLC plate, and the sample is separated from the TLC by movement of the eluent re-absorbed on the absorption pad. Is repeatedly performed (S6).
  • the fifth rotation speed and rotation time in the step (S6) may be the same as the third rotation as described above.
  • the TLC plate subjected to repeated TLC separation may be observed using a separate detection device, such as a UV lamp, so that the result of the sample being developed and separated on the TLC plate can be visually confirmed.
  • a separate detection device such as a UV lamp
  • the sample and the eluent are sequentially introduced into the TLC plate by rotational force, and then the eluent is moved through an absorption pad, so that the sample can be stably separated on the TLC by uniform diffusion of the eluent.
  • the intensity of the rotational force the speed at which the solvent moves onto the TLC can be controlled.
  • the solvent remaining on the TLC is dried by rotation, and the inflow of the eluant and the TLC separation are repeated by applying a rotational force again to improve the resolution of the TLC.
  • a rotary micro device as illustrated in FIG. 2 was prepared.
  • the sample storage part is filled with porous silica beads coated on the surface of 2,4-DNPH, and the TLC plate has a cellulose fiber 0.7cm ⁇ 1cm (L ⁇ W) as an absorbent member at one end of the TLC plate.
  • the provided RP-18 F254s TLC plate (silica gel coating, aluminum support) (C18 coating thickness 0.2mm, plate size 10cm ⁇ 1cm, L ⁇ W) was used.
  • a fluid sample containing 1-formaldehyde, 2-acetaldehyde, 3-acetone, 4-propionaldehyde, 5-butyraldehyde and 6-hexanal is supplied to the sample storage unit of the rotary micro device in an amount of 3 ⁇ l.
  • a 7:3 mixed solvent of acetonitrile (AN)/water (H 2 O) as an eluent was supplied to the eluent storage in an amount of 100 ⁇ l (S1).
  • the rotary micro device was first rotated at 2,500 rpm for 5 seconds to induce a reaction between the fluid sample and 2,4-DNPH in the sample storage unit to perform derivatization of the fluid sample (S2).
  • the rotary micro device was rotated at 3000 rpm for 1 second to allow the fluid sample to flow into the sample introduction part of the TLC plate (S3).
  • the rotary micro device was rotated 3 times at 600 rpm for 5 minutes, and the mixed solvent of AN/H 2 O was introduced into the absorption pad provided in the eluent introduction part of the TLC plate.
  • TLC separation of the sample was performed while the AN/H 2 O mixed solvent momentarily absorbed by the absorption pad was discharged to the development part of the TLC plate at a flow rate of 0.5 ⁇ L/s (S4).
  • the rotary microdevice was further rotated at 600 rpm for 5 minutes (5th rotation), and the mixed solvent of AN/H 2 O was introduced into the absorption pad of the TLC plate, thereby repeating the TLC separation (S6).
  • Example 1 The same process as in Example 1 was carried out except that the drying step of (S5) and the repeating step of TLC separation of (S6) were not performed.
  • FIGS. 6 and 7 show TLC separation results of samples according to Examples and Comparative Examples, respectively. Specifically, the TLC plate in which the sample was separated from the rotary micro device was visually confirmed using a UV lamp (253 nm).

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Abstract

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

Description

알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법
본 출원은 2019년 4월 18일자로 출원된 한국특허출원 10-2019-0045502호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 상기 특허문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 회전력을 이용하는 간단한 TLC 분리 방식으로 알데히드 또는 케톤 화합물을 신속하게 분리하여 검출하는 방법에 관한 것이다.
알데히드 및 케톤과 같은 카보닐(carbonyl) 화합물은 살균 작용 및 강력한 환원 작용을 가지기 때문에 다양한 분야에서 널리 이용되고 있지만, 독성이 강하고 인간과 동물에서 발암성이 있는 유해물질로 알려져 있다. 따라서, 카보닐 화합물의 규제가 강화되고 있으며, 이로 인해 유해성 카보닐 화합물에 대한 검출 및 분석 방법의 정립이 요구되고 있다.
한편, 카보닐 화합물은 발색단(chromophore)을 갖고 있지 않아 UV 검출기로는 검출할 수 없다. 따라서, 공기 및 물속에 존재하는 저분자량의 알데히드 및 케톤과 같은 카보닐 화합물은 2,4-디니트로페닐하이드라진(2,4-dinitrophenylhydrazine, DNPH)과 반응시켜 하이드라존 유도체를 수득한 후, 유도체화된 화합물을 고성능 액체 크로마토그래피(high performance liquid chromatography, HPLC)로 검출하는 방법이 주로 이용되고 있다(JP 2010-008311A 참조).
이러한 HPLC 방법은 대표적인 카보닐 화합물의 측정방법으로서 감도가 뛰어나며 선택적인 검출이 가능하다는 장점이 있지만, 유도체화를 위해 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용해야 하고 조작이 복잡한 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 한 목적은 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용하고 조작이 복잡한 HPLC를 대체할 수 있는, 보다 경제적이면서도 간단한 방식으로 알데히드 또는 케톤을 분리하여 검출하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법으로서,
(S1) 알데히드류 또는 케톤류용 유도체화 화합물이 충전된 시료 저장부, 용리제 저장부, 흡수 패드가 구비된 박막 크로마토그래피(thin layer chromatography, TLC) 플레이트, 상기 시료 저장부와 상기 TLC 플레이트를 연결하며 굴곡부를 구비한 제1 미세 유로, 및 상기 용리제 저장부와 상기 TLC 플레이트를 연결하며 굴곡부를 구비한 제2 미세 유로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 미세유로는 각각 굴곡부를 구비하며, 상기 제2 미세 유로의 굴곡부 개수가 상기 제1 미세 유로의 굴곡부 개수 보다 많은 하나 이상의 구조물이 회전식 플랫폼에 배치된 회전식 마이크로 디바이스를 준비하고, 상기 시료 저장부 및 상기 용리제 저장부에 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료 및 상기 시료를 전개시키기 위한 용리제를 각각 공급하는 단계;
(S2) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 1차 회전시켜 상기 유체 시료를 상기 시료 저장부에 충전되어 있는 유도체화 화합물과 반응시켜 알데히드류 또는 케톤류의 유도체화를 수행하는 단계;
(S3) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 2차 회전시켜 상기 유도체화된 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료를 상기 TLC 플레이트에 유입시키는 단계;
(S4) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 3차 회전시켜 상기 용리제를 상기 TLC 플레이트의 흡수 패드에 유입시키고, 상기 흡수 패드에 흡수된 용리제의 이동에 의해 상기 시료의 TLC 분리를 수행하는 단계;
(S5) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 4차 회전시켜 상기 TLC 플레이트를 건조시키는 단계; 및
(S6) 상기 회전식 마이크로 디바이스를 5차 회전시켜 상기 용리제를 다시 상기 TLC 플레이트의 흡수 패드로 유입시키고, 상기 흡수 패드에 재흡수된 용리제의 이동에 의해 상기 시료의 TLC 분리를 반복 수행하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
상기 TLC 플레이트는 용리제 도입부, 시료 도입부 및 전개부를 포함하고, 상기 용리제 도입부에 흡수 패드가 구비되어 있으며, 상기 TLC 플레이트의 용리제 도입부는 상기 제2 미세 유로에 의해 상기 용리제 저장부와 연결되고, 상기 TLC 플레이트의 시료 도입부는 상기 제1 미세 유로에 의해 상기 시료 저장부와 연결될 수 있다.
상기 회전식 마이크로 디바이스에서, 상기 제1 미세 유로와 상기 제2 미세 유로는 공기 순환 채널에 의해 연결될 수 있고, 또한 상기 제1 미세 유로는 굴곡부와 TLC 플레이트의 시료 도입부 사이에 시료의 과량 도입을 방지하기 위한 페시료 채널(waste channel)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 (S2) 단계의 1차 회전 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스가 정지하는 동안 상기 유체화된 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료는 모세관력에 의해 상기 시료 저장부로부터 상기 제1 미세 유로 내로 이동하여 체류하고, 상기 용리제는 모세관력에 의해 이동하여 상기 용리제 저장부로부터 상기 제2 미세 유로 내로 이동하여 체류할 수 있다.
또한, 상기 (S3) 단계의 2차 회전 시에, 상기 유체화된 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료는 회전력에 의해 상기 제1 미세 유로로부터 이동하여 상기 TLC 플레이트로 유입되는 동안, 굴곡부의 개수가 많은 제2 미세 유로 내에 계속 체류할 수 있다.
상기 (S2) 단계의 1차 회전은 2,500 내지 5,000 rpm의 속도로 5 내지 20초 동안 수행되고, 상기 (S3) 단계의 2차 회전은 2,000 내지 4,000 rpm의 속도로 0.5 내지 2초 동안 수행될 수 있다.
상기 (S4) 단계의 3차 회전 및 상기 (S6) 단계의 5차 회전은 다른 단계들에 비해 상대적으로 가장 느린 속도 및 긴 시간 동안 수행함으로써 상기 용리제의 유입 및 상기 TLC 분리를 수행할 수 있으며, 상기 (S4) 단계의 3차 회전 및 상기 (S6) 단계의 5차 회전은 회전은 500 내지 1,000 rpm의 속도로 1 내지 5분 동안 수행될 수 있다. 상기 용리제가 유입되는 유량은 0.5 내지 1.5 ㎕/s일 수 있다.
또한, 상기 (S5) 단계에서 상기 TLC 플레이트를 건조시키기 위한 4차 회전은 2,000 내지 5,000 rpm의 속도로 3 내지 5분 동안 수행될 수 있다.
한편, 상기 TLC 플레이트의 전개부는 상기 회전식 마이크로 디바이스에서 회전 중심부의 반대쪽을 향하도록 배치될 수 있고, 상기 TLC 플레이트의 용리제 도입부에 구비된 흡수패드는 상기 TLC 플레이트 전체 길이의 5 내지 10%를 차지할 수 있다. 또한, 상기 흡수 패드는 OH 작용기를 갖는 섬유로부터 제조된 것, 예컨대 셀룰로오스 섬유, 젤라틴 섬유, 전분 섬유 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 제조된 것일 수 있다.
상기 유도체화 화합물은 2,4-디니트로페닐하이드라진(2,4-dinitrophenylhydrazine, 2,4-DNPH일 수 있으며, 상기 2,4-DNPH은 다공성 비드 형태인 실리카의 표면에 코팅되어 시료 저장부에 충전될 수 있다.
상기 알데히드류 또는 케톤류 시료는 포름알데히드(formaldehyde), 아세트알데히드(acetaldehyde), 아크롤레인(acrolein), 아세톤(acetone), 프로피온알데히드(propionaldehyde), 부티르알데히드(butyraldehyde), 벤즈알데히드(benzaldehyde), 크로톤알데히드(crotonaldehyde), 이소-발레르알데히드(iso-valeraldehyde), n-발레르알데히드, o-톨루알데히드(o-tolualdehyde), m-톨루알데히드, p- 톨루알데히드, 헥스알데히드(hexaldehyde), 2,5-디메틸벤즈알데히드(2,5-dimethylbenzaldehyde), 헥산알(hexanal) 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 용리제는 아세토니트릴 및 물의 혼합용매, 또는 에틸 아세테이트 및 헥산의 혼합용매일 수 있다.
본 발명에 따르면, 알데히드류 또는 케톤류의 유도체화 및 TLC 분리를 통합할 수 있는 회전식 마이크로 디바이스를 이용하여 알데히드 또는 케톤류를 포함하는 복수개의 시료를 동시에 간단하고 신속하게 분리하여 검출함으로써, 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용하고 조작이 복잡한 HPLC에 비해 경제적이고 효율적으로 알데히드류 또는 케톤의 정성 및 정량 분석을 수행할 수 있다.
특히, 본 발명의 방법에서는 회전력에 의해 상기 TLC 플레이트에 시료 및 용리제를 순차적으로 유입시킨 후, 흡수패드를 거쳐 용리제를 이동시킴으로써 용리제의 균일 확산에 의해 TLC 상에서 시료를 안정적으로 분리할 수 있으며, 상기 회전력의 세기를 제어함으로써 상기 용매가 TLC 상으로 이동되는 속도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 시료를 한번 분리한 후, 회전에 의해 TLC 상에 잔류하는 용매를 건조시키고, 다시 회전력을 가하여 용리제의 유입 및 TLC 분리를 반복함으로써 TLC의 분리능(resolution)을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 회전식 마이크로 디바이스를 이용하여 알데히드류 또는 케톤류를 분리하여 검출하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법에 사용될 수 있는 회전식 마이크로 디바이스를 개략적으로 예시한 것이다.
도 3은 도 2의 회전식 마이크로 디바이스에 포함된 구조물을 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 회전식 마이크로 디바이스에서 구조물을 포함하는 회전식 플랫폼의 각 층을 나타낸 것이다.
도 5는 회전식 마이크로 디바이스에 포함된 TLC 플레이트(plate)를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 알데히드류 또는 케톤류의 분리 결과를 보여주는 것이다.
도 7은 비교예에 따른 알데히드류 또는 케톤류의 분리 결과를 보여주는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 구체예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
본 발명의 일 실시형태는 회전식 마이크로 디바이스를 이용하여 알데히드 또는 케톤류 시료를 검출하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 회전식 마이크로 디바이스를 이용하여 알데히드류 또는 케톤류를 검출하는 과정을 나타낸 흐름도이며, 도 2 내지 4에는 본 발명의 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법에 사용될 수 있는 회전식 마이크로 디바이스가 예시되어 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 알데히드류 또는 케톤류의 검출 방법을 도면을 참조하여 단계별로 설명한다.
먼저, 회전식 마이크로 디바이스를 준비하고, 상기 장치에 알데히드류 또는 케톤류 시료 및 상기 시료를 전개시키기 위한 용리제를 공급한다(S1).
도 2를 참조할 때, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)는 회전식 플랫폼(10) 및 상기 회전식 플랫폼에 배치되는 하나 이상의 구조물(20)을 포함한다.
상기 회전식 플랫폼(10)은 예를 들면, 원형 디스크일 수 있고, 크기는 예를 들면 직경이 14 cm 내지 17 cm 일 수 있다.
상기 회전식 플랫폼(10)에는 크기가 동일한 하나 이상의 구조물(20)이 방사상으로 배치될 수 있으며, 상기 구조물(20)의 개수는 본 발명이 구현되는 다양한 환경에 따라, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 그 이상이 가능하다. 또한, 각 구조물 자체의 크기 및 형태도 본 발명이 구현되는 다양한 환경에 따라 적절히 변형가능하다.
이와 같이, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)는 크기가 동일한 복수의 구조물(20)을 포함하고, 회전력에 상기 복수의 구조물을 동시에 구동시킴으로써 여러 개의 시료를 동시에 분석할 수 있다.
도 3을 참조할 때, 상기 구조물(20)은 각각 알데히드류 또는 케톤류용 유도체화 화합물이 충전되어 있는 시료 저장부(100); 용리제 저장부(200); 흡수 패드가 구비된 박막 크로마토그래피(thin layer chromatography, TLC) 플레이트(300); 상기 시료 저장부와 상기 TLC 플레이트를 연결하는 제1 미세 유로(410), 및 상기 용리제 저장부와 상기 TLC 플레이트를 연결하는 제2 미세 유로(420)을 포함한다. 상기 제1 미세 유로 및 제2 미세 유로는 각각 굴곡부(예컨대, ∩자 형태의 시폰(siphon) 채널)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 미세 유로와 상기 제2 미세 유로를 연결하는 공기 순환 채널(430, 440)이 포함될 수 있다. 추가로, 상기 제1 미세 유로는 굴곡부와 TLC 플레이트의 시료 도입부 사이에 시료의 과량 도입을 방지하기 위한 페시료 채널(waste channel)(450)을 포함할 수 있다.
도 3에 예시된 바와 같이, 상기 TLC 플레이트는 일측에 용리제 도입부(330), 시료 도입부(320) 및 전개부(310)을 포함하며, 상기 용리제 도입부(330)에 흡수 패드가 구비되어 있다. 상기 TLC 플레이트의 용리제 도입부(330)은 상기 제2 미세 유로(420)에 의해 상기 용리제 저장부(200)와 연결되며, 상기 TLC 플레이트의 시료 도입부(320)은 상기 제1 미세 유로(410)에 의해 상기 시료 저장부(100)와 연결된다.
한편, 도 4를 참조할 때, 회전식 마이크로 디바이스(1)에 포함된 회전식 플랫폼(10)은 상층부, 중층부 및 하층부를 조립함으로써 제작되며(도 4a), 상기 상층부(도 4b), 중층부(도 4c), 하층부(도 4d)에 상기 구조물(20)의 구성요소들이 마이크로 밀링(micro milling)을 이용한 패터닝 공정을 통해 형성될 수 있다. 한편, 상기 구조물(20)의 구성요소 중에서 흡수패드가 구비된 TLC 플레이트는 하층부(도 4d)의 위치에 장착된다.
구체적으로, 제 1 미세 유로(410) 중 제 1 부분(410a)은 중층부에 배치되어 있고, 상기 제 1 부분(410a)은 시료 저정부(100)와 연결된 부분과 굴곡부를 포함한다. 제 1 미세 유로(410) 중 제 2 부분(410b)은 상층부에 배치되어 있고, 상기 제 2 부분(410b)은 TLC 플레이트(300)와 연결된 부분을 포함한다. 이는, 중층부에 배치된 시료 저장부(100)로부터 시료가 제 1 미세 유로(410)의 제 1 부분(410a)에 수용된 이후, 시료가 제 1 미세 유로(410)로부터 TLC 플레이트(300)로 유입될 때 TLC 플레이트(300)의 위에서 아래 방향으로 즉, TLC 플레이트(300) 상으로 떨어지는 방식으로 제공되기 위함이다. 그에 따라, TLC 플레이트(300) 상에서 보다 균일하게 시료가 전개될 수 있다.
상기한 바와 같은 회전식 마이크로 디바이스(1)에서, 상기 알데히드류 또는 케톤류 시료는 상기 시료 저장부(100)로 공급되며, 상기 시료를 전개시키기 위한 용리제는 상기 용리제 저장부(200)로 공급된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 알데히드류 또는 케톤류 유체 시료는 포름알데히드(formaldehyde), 아세트알데히드(acetaldehyde), 아크롤레인(acrolein), 아세톤(acetone), 프로피온알데히드(propionaldehyde), 부티르알데히드(butyraldehyde), 벤즈알데히드(benzaldehyde), 크로톤알데히드(crotonaldehyde), 이소-발레르알데히드(iso-valeraldehyde), n-발레르알데히드, o-톨루알데히드(o-tolualdehyde), m-톨루알데히드, p- 톨루알데히드, 헥스알데히드(hexaldehyde), 2,5-디메틸벤즈알데히드(2,5-dimethylbenzaldehyde), 헥산알(hexanal) 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 유도체화 화합물은 발색단이 존재하지 않아 그 자체로는 UV 검출이 어려운 상기 알데히드류 또는 케톤류를 화학적으로 유도체화하는데 사용되는 물질이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 유도체화 화합물은 2,4-디니트로페닐하이드라진(2,4-dinitrophenylhydrazine, 2,4-DNPH)일 수 있으며, 다공성 비드 형태인 실리카의 표면에 코팅되어 사용될 수 있다. 예컨대, 2,4-DNPH-코팅된 실리카가 비드 형태로 상기 시료 저장부(100)에 충전될 수 있다. 상기와 같은 다공성 소재는 표면적이 크기 때문에 2,4-DNPH 성분의 코팅을 최대화할 수 있어 알데히드/케톤류의 유도체화에 유리하다.
그 다음, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)를 1차 회전시켜, 상기 시료 저장부(100)에서 상기 알데히드류 또는 케톤류 시료 및 유도체화 화합물을 반응시켜 알데히드류 또는 케톤의 유도체화를 수행한다(S2).
예컨대, 상기 알데히드류 또는 케톤류 시료가 3-프로피온알데히드이고, 상기 유도체화 화합물이 2,4-DNPH인 경우, 상기 시료 저장부(100)에서는 하기와 같은 반응이 수행되어, 프로피오닐-2,4-디니트로페닐하이드라존 유도체가 수득될 수 있다.
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통상적인 알데히드류 또는 케톤의 검출 방법에서는 상기와 같은 유도체화 반응을 위해 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용해야 한다. 이에 반해, 본 발명에서는 회전식 마이크로 디바이스의 시료 저장부(100)에 알데히드류 또는 케톤류용 유도체화 화합물을 미리 충전시킨 상태에서 알데히드류 또는 케톤류 시료를 공급하여 반응을 유도함으로써, 고가의 상용 DNPH 카트리지 없이도 유도체화를 수행할 수 있다.
구체적인 설명을 위해 다시 도3을 참조하면, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)가 1차 회전하는 동안, 제1 미세 유로(410) 및 제2 미세 유로(420)에 의해 유체는 상기 유로들이 ∩자 형태의 굴곡부를 가짐에 따라 원심력에 의해 회전 중심의 바깥 방향으로 이동하지 못하고 순간 정지하게 된다. 이러한 정지 현상을 이용하여 시료 내의 알데히드류 또는 케톤 성분이 시료 저장부(100)에 충전된 DNPH 코팅 비드와 유도체 반응을 할 수 있다.
상기 디바이스(1)가 1차 회전을 하다가 순간적으로 회전이 멈추어 정지하는 동안(예컨대, 5 내지 10초 정도), 상기 유체화된 알데히드류 또는 케톤류 시료는 모세관력에 의해 상기 시료 저장부(100)로부터 상기 제1 미세 유로(410) 내로 이동하여 체류하고, 상기 용리제는 모세관력에 의해 이동하여 상기 용리제 저장부(200)로부터 상기 제2 미세 유로(420) 내로 이동하여 체류할 수 있다.
한편, 상기 시료 저장부(100) 및 상기 용리제 저장부(200)는 각각에 공급된 유체 시료 및 용리제가 곧바로 미세 유로(410, 420)로 흘러가는 것을 방지하기 위한 막음부(미도시됨)를 포함할 수 있으며, 상기 막음부는 단차를 채널의 단차를 이용해 각 부재의 전단부에서 후단부로 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 시료 저장부(100) 및 상기 용리제 저장부(200)에서 미세 유로(410, 420)가 연결되는 지점의 부근은 유선형과 같은 형상일 수 있으며, 이에 따라 유체 시료 및 용리제가 미세 유로로 이동할 때 저항을 최대한 적게 받으면서 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)의 1차 회전은 2,500 내지 5,000 rpm, 상세하게는 2,500 내지 3,000 rpm, 예컨대 2,500 rpm으로 수행될 수 있으며, 이때 1차 회전 시간은 5 내지 20초, 상세하게는 5 내지 10초일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 유도체화 반응을 위한 최적의 속도 및 시간을 실험적으로 판단하여 조절될 수 있다.
상기 1차 회전을 통한 유도체화 반응 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)를 2차 회전시켜 상기 유도체화된 유체 시료를 TLC 플레이트(300)의 시료 도입부(320)에 유입시킨다(S3).
도 3에 예시된 바와 같이, 상기 제1 미세 유로(410) 및 제2 미세 유로(420)는 각각 굴곡부를 포함할 수 있으며, 이때 상기 제2 미세 유로의 굴곡부 개수가 상기 제1 미세 유로의 굴곡부 개수 보다 많다. 이러한 구조에 따라, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)의 2차 회전 시에, 상기 유체화된 알데히드류 또는 케톤류를 포함하는 유체 시료는 회전력에 의해 상기 제1 미세 유로(410)로부터 이동하여 상기 TLC 플레이트로 유입되는 동안, 상기 용리제는 제1 미세 유로(410)에 비해 굴곡부가 많은 제2 미세 유로(420) 내에 계속 체류할 수 있다.
한편, 도 3의 구조물(20)은 폐시료 채널(450)을 추가로 포함함으로써, 시료 저장부(100)으로부터 제1 미세 유로(410)을 통해 이송된 시료 중 페시료 채널 만큼의 부피를 제외한 함량의 시료가 TLC 플레이트 상의 시료 도입부(320)에 로딩될 수 있다. 예컨대, 시료가 5㎕의 함량으로 시료 저장부(100)에 주입될 경우, 폐시료 채널의 부피를 4.5㎕로 설계함으로써 0.5㎕의 유도체화된 시료만이 TLC 상에 로딩될 수 있도록 조절할 수 있다. 이는 시료가 TLC 상에 과량 로딩되어 분리가 제대로 되지 않고 잘못된 결과가 도출될 수 있는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 TLC 플레이트는 도 5에 예시한 바와 같은 RP-18 F254s TLC 플레이트(실리카겔 코팅, 알루미늄 지지체)일 수 있으며, C18 코팅 두께 0.2mm, 플레이트 크기 10cm × 1cm의 사양을 가지며, 물을 40%까지 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)의 2차 회전시의 속도 및 시간은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 2차 회전은 2,000 내지 4,000 rpm의 속도로 0.5 내지 2 초 동안 수행될 수 있다.
상기 시료가 TLC 플레이트(300)에 유입된 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 3차 회전시켜 상기 용리제를 상기 TLC 플레이트(300)의 일측 단부에 위치하는 용리제 도입부(330)에 구비된 흡수 패드에 유입시키고, 상기 흡수 패드에 흡수된 용리제의 이동에 의해 상기 시료의 TLC 분리를 수행한다(S3).
상기 흡수 패드는 상기 용리제 도입부(330)으로 유입된 용리제를 흡수한 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스가 3차 회전하는 동안 회전력에 의해 용리제를 일정한 속도로 방출하는 역할을 한다. 이로써, 상기 TLC 플레이트(300)의 시료 도입부(320)에 먼저 유입되었던 시료를 안정적으로 분리할 수 있다. 또한, 상기 흡수 패드는 용리제가 TLC 플레이트(300)에 유입될 때 발생되는 용리제의 습윤성(wettability)에 의한 불균일한 확산을 억제하여 용리제가 TLC 플레이트(300)에서 균일하게 전개될 수 있게 한다. 만약, 용리제가 흡수 패드에 흡수되는 과정 없이 바로 TLC 상에 도입되는 경우, TLC가 삽입되는 영역 부근에서 용리제가 습윤성에 의해 주위 외벽으로 이동할 가능성이 있어 TLC 분리가 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 흡수 패드는 OH 작용기를 갖는 섬유, 에컨대 셀룰로오스 섬유, 젤라틴 섬유, 전분 섬유 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 제조된 것일 수 있다.
또한, 상기 흡수 패드는 TLC 플레이트의 일단부에 구비되므로, 상기 흡수 패드의 크기는 상기 TLC 플레이트의 크기에 따라 적절히 선택가능하며, 예를 들어 TLC 플레이트 크기의 5 내지 10 %의 범위를 차지할 수 있다. 일예로서, 상기 TLC 플레이트의 크기가 10cm×1cm(L×W)인 경우, 상기 TLC 플레이트의 일단부에 구비되는 흡수패드의 크기는 1cm×1cm(L×W) 또는 0.7cm×1cm(L×W) 일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)의 3차 회전은 용리제가 TLC 상으로 이동되는 속도를 제어하기 위해서,다른 단계들에 비해 상대적으로 가장 느린 속도 및 긴 시간 동안 수행될 수 있다. TLC는 시료가 고정상 및 이동상 사이의 친화력 정도에 따른 분리되는 것이므로, 시료가 고정상과 상호작용하는 시간이 짧아져 적절히 분리되지 않을 가능성을 방지하기 위해서는 상대적으로 느린 속도로 제어하는 것이 유리하다. 만약, 3차 회전이 높아지는 경우 흡수 패드를 통해 TLC 플레이트 상으로 용리제가 이동하는 속도가 빨라짐에 따라 TLC 상에서 시료가 제대로 분리되지 않을 수 있다.
따라서, 3차 회전은 500 내지 1,000 rpm, 상세하게는 600 내지 800 rpm의 속도로 1 내지 5 분, 상세하게는 2.5 내지 5분 동안 수행될 수 있다.
상기 범위로 3차 회전속도 및 회전시간, 즉 회전력의 세기를 제어함에 따라, 용리제가 TLC 플레이트로 유입되는 유량은 0.5 내지 1.5 ㎕/s 일 수 있다.
그 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스(1)를 4차 회전시켜 상기 TLC 플레이트(300)를 건조시킨다(S5).
상기 TLC 플레이트 상에서 시료를 분리시키기 위해 이동상으로 사용되는 용리제는 전술한 바와 같이 아세토니트릴 및 물의 혼합용매, 또는 에틸 아세테이트 및 헥산의 혼합용매일 수 있으며, 이러한 혼합 용매는 그대로 방치시에 일부는 휘발되기는 하나, 대부분은 TLC 플레이트 상에 남아있을 수 있다.
따라서, TLC 분리 후 회전 단계를 추가하여 상기 TLC 플레이트(300)를 건조시키는 경우, 이전 단계(S3)에서 시료의 분리가 한번 이루어진 TLC 플레이트(300) 상의 잔류 용리제를 제거함으로써, 이후 단계에서 또 한번의 TLC 분리를 반복할 때 분리능(resolution)을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 TLC 플레이트를 건조시키기 위한 회전식 마이크로 디바이스(1)의 4차 회전은 잔여 용리제를 제거 효율을 고려할 때 2,000 내지 5,000 rpm, 상세하게는 2,000 내지 3,000 rpm의 속도 및 3 내지 5 분, 상세하게는 4 내지 5 분 동안 수행될 수 있다.
한편, 상기 TLC 플레이트(300)를 보다 효과적으로 건조시키기 위해서는 회전식 마이크로 디바이스(1)에서 상기 TLC 플레이트(300)의 전개부(310)이 회전 중심부의 반대쪽을 향하도록 배치되는 것이 유리할 수 있다. 상기 TLC 플레이트에 도입된 유체, 즉 용리제는 회전력에 의해 움직이기 때문에, 용리제의 이동방향과 건조방향을 동일하게 하는 것이 유리하다. 만약, 용리제의 이동방향이 회전 중심의 밖에서 안으로 이루어지는 형태라면, 회전력에 의해 건조되는 용리제의 방향과 서로 반대가 되므로 용리제에 의해 분리된 TLC 분리의 결과에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 도 2에 예시된 바와 같이, 회전식 마이크로 디바이스(1)에서 디스크 형상의 회전식 플랫폼(10) 상의 복수의 구조물(20)은 회전 중심부쪽으로 용리제 저장부, 그리고 그 외측으로 시료 저장부 및 TLC 플레이트가 배치되어 있으며, 상기 TLC 플레이트는 전개부의 측부가 회전식 원심력이 가해지는 회전 중심부의 반대쪽을 향하는 구조를 가질 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 상기 TLC 플레이트의 길이를 짧게 설계할 수 있고, 추가 회전단계를 부여했을 때 짧은 TLC 상에서 잔여 용리제의 건조 및 이후 반복된 TLC 분리 과정을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.
상기 TLC 플레이트의 건조 공정 후에, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 5차 회전시켜 상기 용리제를 다시 상기 TLC 플레이트의 흡수 패드로 유입시키고, 상기 흡수 패드에 재흡수된 용리제의 이동에 의해 상기 시료의 TLC 분리를 반복 수행한다(S6).
상기 (S6) 단계에서의 5차 회전속도 및 회전시간은 전술한 바와 같은 3차 회전시와 동일할 수 있다.
추가로, TLC 반복 분리가 수행된 상기 TLC 플레이트는 별도의 검출 장치, 예컨대 UV 램프 등을 이용하여 관찰함으로써, 상기 TLC 플레이트 상에서 시료가 전개되어 분리된 결과를 육안으로 확인할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 알데히드류 또는 케톤류의 유도체화 및 TLC 분리를 통합할 수 있는 회전식 마이크로 디바이스를 이용하여 알데히드 또는 케톤류를 포함하는 복수개의 시료를 동시에 간단하고 신속하게 검출함으로써, 고가의 상용 DNPH 카트리지를 사용하고 조작이 복잡한 HPLC에 비해 경제적이고 효율적으로 알데히드류 또는 케톤의 정성 및 정량 분석을 수행할 수 있다.
특히, 본 발명의 방법에서는 회전력에 의해 상기 TLC 플레이트에 시료 및 용리제를 순차적으로 유입시킨 후, 흡수패드를 거쳐 용리제를 이동시킴으로써 용리제의 균일 확산에 의해 TLC 상에서 시료를 안정적으로 분리할 수 있으며, 상기 회전력의 세기를 제어함으로써 상기 용매가 TLC 상으로 이동되는 속도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 시료를 한번 분리한 후, 회전에 의해 TLC 상에 잔류하는 용매를 건조시키고, 다시 회전력을 가하여 용리제의 유입 및 TLC 분리를 반복함으로써 TLC의 분리능(resolution)을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예: 회전식 마이크로 디바이스를 이용한 알데히드류 또는 케톤류의 검출
먼저, 도 2에 예시된 바와 같은 회전식 마이크로 디바이스를 준비하였다. 상기 회전식 마이크로 디바이스에서, 시료 저장부에는 2,4-DNPH가 표면에 코팅된 다공성 실리카 비드를 충전되어 있으며, TLC 플레이트로는 일측 단부에 흡수부재로서 셀룰로오스 파이버 0.7cm×1cm(L×W)가 구비된 RP-18 F254s TLC 플레이트(실리카겔 코팅, 알루미늄 지지체)(C18 코팅 두께 0.2mm, 플레이트 크기 10cm×1cm, L×W)를 사용하였다.
상기 회전식 마이크로 디바이스의 시료 저장부에는 1-포름알데히드, 2-아세트알데히드, 3-아세톤, 4-프로피온알데히드, 5-부티르알데히드 및 6-헥산알을 포함하는 유체 시료를 3㎕의 양으로 공급하고, 용리제 저장부에는 용리제로서 아세토니트릴(AN)/물(H 2O)의 7:3 혼합 용매를 100㎕의 양으로 공급하였다(S1).
그 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 2,500rpm으로 5초 동안 1차 회전시켜 상기 시료 저장부에서 유체 시료와 2,4-DNPH의 반응을 유도하여 상기 유체 시료의 유도체화를 수행하였다(S2).
이어서, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 3000rpm으로 1초 동안 2차 회전시켜 상기 유체 시료를 상기 TLC 플레이트의 시료 도입부에 유입시켰다(S3).
그 다음, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 600rpm으로 5분 동안 3차 회전시켜 상기 AN/H 2O의 혼합 용매를 TLC 플레이트의 용리제 도입부에 구비된 흡수 패드에 유입시켰다. 이때, 상기 흡수 패드에 순간적으로 흡수된 AN/H 2O의 혼합 용매가 TLC 플레이트의 전개부로 0.5㎕/s의 유량으로 방출되면서 상기 시료의 TLC 분리를 수행하였다(S4).
그 후, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 2000rpm으로 5분 동안 4차 회전시켜 상기 TLC 플레이트를 건조시켰다(S5).
이어서, 상기 회전식 마이크로 디바이스를 다시 600rpm으로 5분간 추가 회전(5차 회전)시켜 상기 AN/H 2O의 혼합 용매를 TLC 플레이트의 흡수 패드에 유입시킴으로써 TLC 분리를 반복하였다(S6).
비교예:
상기 (S5)의 건조 단계 및 (S6)의 TLC 분리 반복 단계를 수행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 수행하였다.
도 6 및 7은 각각 실시예 및 비교예에 따른 시료의 TLC 분리 결과를 보여주는 것이다. 구체적으로, 상기 회전식 마이크로 디바이스에서 시료 분리가 이루어진 TLC 플레이트를 UV 램프(253nm)를 이용하여 육안으로 확인하였다.
도 6(실시예) 및 도 7(비교예)을 비교할 때, 실시예에서와 같이 회전단계를 추가로 수행함으로써, TLC 플레이트의 건조 및 TLC 분리를 반복하는 경우 유체 시료에 포함되었던 화합물 2, 3, 5 및 6의 분리능(resolution)이 향상되었음을 확인할 수 있다.

Claims (19)

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