WO2023003335A1 - 액체 크로마토그래피, 이온화 장치 그리고 질량 분석기의 인터페이스 및 이를 이용한 시료 분석 방법 - Google Patents

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WO2023003335A1
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sample
target
droplet
liquid chromatography
mass spectrometer
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배용진
유현식
장보미
임영희
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주식회사 엘지화학
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    • G01N30/7233—Mass spectrometers interfaced to liquid or supercritical fluid chromatograph
    • G01N30/724—Nebulising, aerosol formation or ionisation
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    • G01N30/7273—Desolvation chambers

Definitions

  • the present invention relates to an interface of a liquid chromatography, an ionizer, and a mass spectrometer, and a sample analysis method using the same, and relates to an interface of a liquid chromatography, an ionizer, and a mass spectrometer capable of effectively detecting non-polar low-molecular-weight substances and silicon-based compounds, and an interface of a liquid chromatography, an ionizer, and a mass spectrometer, and the same. It relates to the sample analysis method used.
  • liquid chromatography/mass spectrometer For quantitative and qualitative analysis of substances, liquid chromatography/mass spectrometer (LC/MS) is mainly used.
  • a liquid chromatography mass spectrometer (LC/MS) connects the outlet of the liquid chromatography to the inlet of the mass spectrometer to supply the mass spectrometer with a sample containing a target that has been separated into single components in the liquid chromatography, and the components of the target in the mass spectrometer. can be detected.
  • a mass spectrometer separates ions generated by ionizing a target to be analyzed according to a ratio between mass and charge amount, and displays them in the form of a mass spectrum. Therefore, in a liquid chromatography mass spectrometer (LC/MS), an ionizer for ionizing a target is disposed between the liquid chromatography and the mass spectrometer.
  • LC/MS liquid chromatography mass spectrometer
  • Ionization methods widely used in liquid chromatography mass spectrometry include electrospray ionization (ESI) and atmospheric pressure chemical ionization (APCI).
  • ESI electrospray ionization
  • APCI atmospheric pressure chemical ionization
  • This ionization method is widely used in liquid chromatography mass spectrometry (LC/MS) because it can effectively perform not only the role of ionizing the target (analyte) but also the interface between liquid chromatography and mass spectrometry.
  • the target is a non-polar low-molecular-weight material or a silicon-based compound, it is sometimes difficult to analyze by this ionization method.
  • Direct Analysis in Real Time is one of the methods capable of effectively ionizing these materials (eg, non-polar low molecular weight materials or silicon-based compounds).
  • DART real-time direct analysis
  • LC/MS liquid chromatography mass spectrometry
  • a solvent contained in a sample eluted from liquid chromatography must be rapidly volatilized to make a target into a gas phase. Accordingly, it is necessary to develop an efficient interface for connecting DART to LC/MS.
  • Embodiments of the present invention are intended to provide interfaces of liquid chromatography, ionization devices, and mass spectrometers suitable for applying real-time direct analysis to liquid chromatography mass spectrometry.
  • Another embodiment of the present invention is to provide a sample analysis method using an interface according to an embodiment of the present invention.
  • liquid chromatography (LC), ionizer, and mass spectrometer (MS) interfaces are provided.
  • a sample containing the target eluted from the liquid chromatography is ionized by an ionizer and introduced into a mass spectrometer.
  • the interface may include a droplet atomizer for converting and spraying a sample including a target eluted in liquid chromatography into a sample droplet form; an inlet tube through which the target is introduced into a mass spectrometer; and an evaporator disposed between the droplet sprayer and the inlet tube to evaporate the solvent included in the sample droplet to generate a gaseous target.
  • the ionizer irradiates a beam on a gaseous target in an inlet tube to ionize the gaseous target introduced into a mass spectrometer through the inlet tube
  • the evaporator includes a block capable of being heated and formed with at least one opening, A sample droplet sprayed from the sprayer passes through the at least one opening and is generated as a gaseous target, and the generated gaseous target may flow into the inlet pipe.
  • One end of the at least one opening facing the droplet atomizer may be formed as an inclined surface whose diameter decreases along the flow of the sample droplet.
  • a diameter or length of the at least one opening may be adjustable.
  • the block may include a plurality of pieces, and the plurality of pieces may be combined with each other to form one block.
  • the evaporator may further include a housing, and the block may be detachably mounted in the housing so as to cross the flow of the sample droplet.
  • the diameter of one end of the opening may be 1 mm to 20 mm, the diameter of the other end of the opening may be 0.1 mm to 5 mm, and the length of the opening along the flow of the sample droplet may be 0.5 mm to 100 mm.
  • the block is heated to a set temperature, and the set temperature may be 50 °C to 500 °C.
  • the ionizer may be a DART irradiating a helium beam.
  • the droplet atomizer may be an electric atomizer or a gas atomizer.
  • a sample analysis method includes separating and eluting a sample including a target of a single component by performing liquid chromatography by liquid chromatography; converting and spraying a sample containing a target eluted from liquid chromatography by a droplet atomizer into a sample droplet form; evaporating the solvent in the sample droplets ejected from the droplet sprayer by means of an evaporator to generate a gaseous target; ionizing the gaseous target by irradiating a beam onto the gaseous target by means of an ionizer; and performing mass analysis of the ionized target by means of a mass spectrometer.
  • the evaporator may include a housing and a block detachably mounted in the housing so as to intersect with the flow of sample droplets and heated to a set temperature.
  • the block may include at least one opening, and a sample droplet sprayed by the droplet atomizer may pass through the at least one opening and be generated as a gaseous target, and the generated gaseous target may be introduced into a mass spectrometer through an inlet pipe.
  • One end of the at least one opening facing the droplet atomizer may be formed as an inclined surface whose diameter decreases along the flow of sample droplets.
  • the ionizer may be a DART that irradiates a helium beam at a gaseous target flowing within an inlet tube.
  • the sample analysis method may further include adjusting a diameter or length of the opening or a set temperature according to a target.
  • the diameter of one end of the aperture is 1 mm to 20 mm, the diameter of the other end of the aperture is 0.1 mm to 5 mm, the length of the aperture along the flow of the sample droplet is 0.5 mm to 100 mm, and the set temperature is 50 ° C to 500 ° C.
  • the real-time direct analysis method to a liquid chromatography mass spectrometer, it is possible to effectively detect nonpolar low molecular weight substances and silicon-based compounds that are difficult to detect by conventional LC/MS using other ionization methods.
  • various samples can be effectively analyzed by adjusting the diameter and length of the opening formed in the block according to the composition and injection conditions of the sample droplet including the target to be analyzed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a liquid chromatography mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a block according to one example.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a block according to another example.
  • FIG. 4 is a flowchart of a sample analysis method according to another embodiment of the present invention.
  • Example 5 is a diagram showing the molecular structure of a material according to Example 1.
  • Example 6 is a mass spectrum of a material according to Example 1 by a liquid chromatography mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • Example 7 is a diagram showing the molecular structure of a material according to Example 2.
  • Example 8 is a diagram showing the molecular structure of a material according to Example 3.
  • Example 9 is a mass spectrum of a material according to Example 2 by a liquid chromatography mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • Example 10 is a mass spectrum of a material according to Example 2 by a liquid chromatography mass spectrometer according to the prior art.
  • Example 11 is a mass spectrum of a material according to Example 3 by a liquid chromatography mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • Example 12 is a mass spectrum of a material according to Example 3 by a liquid chromatography mass spectrometer according to the prior art.
  • target or a term similar thereto refers to an object to be analyzed using a liquid chromatography mass spectrometer.
  • sample or similar terms are eluted in liquid chromatography, and include a solvent and a target.
  • An interface of liquid chromatography (LC), ionizer, and mass spectrometer (MS) is disposed between the liquid chromatography and the mass spectrometer, and quickly detects a target included in a sample eluted from the liquid chromatography. It evaporates into a gas phase and helps ionize the gas phase target by the beam irradiated from the ionizer. Therefore, according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide an interface suitable for applying a direct analysis method (DART) capable of effectively detecting nonpolar low molecular weight substances and silicon-based compounds to LC/MS.
  • DART direct analysis method
  • a sample analysis method includes the steps of rapidly evaporating a target included in a sample eluted from liquid chromatography into a gas phase by using the interface according to the embodiment of the present invention, and beaming the target to the gas phase with DART. ionizing the target by irradiating and introducing the ionized target into a mass spectrometer.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a liquid chromatography mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • the liquid chromatography mass spectrometer includes a liquid chromatography (5), a droplet atomizer (10), an evaporator (20), an inlet pipe (30), and an ionizer (40). , and a mass spectrometer 50.
  • the droplet atomizer 10, the evaporator 20, and the introduction pipe 30 constitute an interface according to an embodiment of the present invention.
  • Liquid chromatography (5) separates a mixture into single components by using the fact that the passage rates of the components included in the mixture are different depending on the affinity for the mobile phase and the stationary phase of the liquid phase. That is, liquid chromatography (5) separates a sample containing a target of a single component present in solution.
  • the type of liquid chromatography 5 is not limited, and various types of liquid chromatography 5 known to those skilled in the art can be used.
  • a droplet atomizer (10) is disposed downstream of and connected to the liquid chromatography (5).
  • the droplet atomizer 10 injects a sample containing a target of a single component separated by the liquid chromatography 5 into the evaporator 20 in the form of droplets. That is, the droplet atomizer 10 injects the sample droplet X1 into the evaporator 20 .
  • the droplet atomizer 10 includes a probe 12 and sprays the sample droplet X1 through the probe 12 .
  • the type of droplet atomizer 10 is not limited, but may be an electric atomizer or a gas atomizer in one example.
  • the solvent included in the sample can be easily evaporated in the evaporator 20.
  • sheath gas may be additionally used to effectively evaporate the solvent. Usable sheath gas may be, but is not limited to, nitrogen, air, and the like.
  • the evaporator 20 is disposed downstream of the droplet atomizer 10, receives the sample droplet X1 sprayed through the probe 12, and evaporates the solvent in the sample droplet X1 to a gaseous target including a target ( X2) is created.
  • the evaporator 20 includes a housing 22 and a block 24.
  • the housing 22 has a hollow shape, and at least a part of one surface thereof is open so that the probe 12 sprays the sample droplet X1 into the housing 22 through the open surface.
  • a block 24 is disposed inside the housing 22 to cross the housing 22 and divide the housing 22 into two parts.
  • the probe 12 sprays the sample droplets X1 to the first part 22a of the housing 22, and the introduction pipe 30 is connected to the second part 22b of the housing 22.
  • the block 24 is detachably mounted in the housing 22 so as to cross the flow direction of the sample droplet X1, at least one opening 26 is formed, and a heating means (not shown) is installed inside or outside. ) can be heated to the set temperature.
  • the sample droplets X1 sprayed onto the first part 22a of the housing 22 are deposited on the surface of the block 24 (including the opening 26) or heated and evaporated while passing through the opening 26,
  • the evaporated gaseous target X2 passes through the opening 26 and moves to the second part 22b of the housing 22 .
  • the gaseous target (X2) moved to the second part (22b) of the housing (22) is supplied to the mass spectrometer (50) through the inlet pipe (30).
  • Block 24 will be described in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3 .
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view showing a block according to one example
  • Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing a block according to another example.
  • the block 24 is integrally formed as one piece. At least one opening 26 is formed in the block 24 .
  • One end of each opening 26 facing the probe 12 is formed with an inclined surface 28 whose diameter decreases along the flow of the sample droplet X1, and the remaining portion of the opening 26 excluding the inclined surface 28 has its diameter this can be constant. That is, the diameter of each opening 26 gradually decreases from one side to the other along the flow of the sample droplet X1 to form an inclined surface 28, and the remaining portion of each opening 26 forms an inclined surface 28. On the other side of the diameter may be constant.
  • the surface area of one end of the opening 26 is increased, whereby the sample droplet X1 ejected from the probe 12 moves through the opening. (26)
  • the probability of entering inside increases. As a result, more sample droplets X1 enter the opening 26 and are heated, whereby rapid and effective evaporation of the sample droplets X1 is possible.
  • the diameter D1 of one end of the opening 26 may be 1 mm to 20 mm. If the diameter D1 of one end of the opening 26 is smaller than 1 mm, a sufficient amount of sample droplets X1 cannot enter the opening 26, and if the diameter D1 of one end of the opening 26 is greater than 20 mm, the opening 26 is larger than 20 mm.
  • the sample droplet X1 entering (26) may not be evaporated by the block (24).
  • the diameter D2 of the other end of the opening 26 may be 0.1 mm to 5 mm.
  • the diameter D2 of the other end of the opening 26 acts as a resistance obstructing the flow of the gaseous target X2.
  • the resistance is too large, and the flow rate of the gaseous target X2 decreases, and when the diameter D2 of the other end of the opening 26 is greater than 5 mm, the resistance is too small and the flow rate of the gaseous target X2 increases excessively.
  • the ionizer 40 can be made in a state suitable for ionizing the target by beam irradiation.
  • a length L of the opening 26 along the flow of the sample droplet X1 may be 0.5 mm to 100 mm. Similar to the diameter D2 of the other end of the opening 26, the length L of the opening 26 along the flow of the sample droplet X1 acts as a resistance to obstruct the flow of the gaseous target X2. If the length L of the opening 26 along the flow of the sample droplet X1 is smaller than 0.5 mm, the flow rate of the gaseous target X2 may increase, causing turbulence or lowering detection sensitivity. If the length L of the opening 26 along the flow of is greater than 100 mm, the flow rate of the gaseous target X2 may decrease, resulting in low detection sensitivity.
  • the set temperature of the block 24 may be 50 °C to 500 °C. If the temperature of the block 24 is lower than 50°C, the sample may not evaporate, and if the temperature of the block 24 is higher than 500°C, the molecular structure of the target may be broken.
  • the diameter D1 of one end of the aperture 26, the diameter D2 of the other end of the aperture 26, the length L of the aperture 26 along the flow of the sample droplet X1, and the temperature of the block 24 Accordingly, the state of the target supplied to the mass spectrometer 50 is changed. Since the state of the target required by the mass spectrometer 50 varies depending on the type of target, the diameter D1 of one end of the aperture 26, the diameter D2 of the other end of the aperture 26, and the diameter of the sample droplet X1 By controlling the length L of the opening 26 along the flow and the temperature of the block 24, various types of targets can be analyzed with one mass spectrometer 50.
  • the block 24 includes a plurality of pieces (24a, 24b, 24c), a plurality of pieces (24a, 24b, 24c) are coupled to each other to form one block (24) form.
  • the first, second, and third pieces 24a, 24b, and 24c include elements constituting at least one opening 26, and when the first, second, and third pieces 24a, 24b, and 24c are combined, the elements are also combined to form a complete opening 26 .
  • the first piece 24a includes the inclined surface 28 of the opening 26, and the second and third pieces 24b and 24c include portions of the opening 26 having a constant diameter. Accordingly, when the first, second, and third pieces 24a, 24b, and 24c are combined, at least one complete opening 26 is formed.
  • Block 24 according to another example makes it possible to easily adjust the length (L) of the opening 26 according to the type of target. That is, if a plurality of pieces 24a, 24b, and 24c having different specifications (eg, slope, diameter, length, etc.) are prepared, necessary pieces may be assembled and used according to the type of target. Therefore, it is not necessary to manufacture a plurality of blocks 24 according to the type of target.
  • the inlet tube 30 is disposed downstream of the evaporator 20 and connects the evaporator 20 , the ionizer 40 , and the mass spectrometer 50 to each other.
  • the inlet tube 30 includes first, second and third conduits 32, 34 and 36.
  • the first conduit 32 includes both ends, and one end is connected to the evaporator 20, that is, the second part 22b of the housing 22, so that the gaseous target X2 evaporated by the block 24 is the first conduit 32. It is introduced into the inlet tube 30 through the conduit 32.
  • the second conduit 34 includes both ends, one end connected to the ionizer 40 and the other end connected to the other end of the first conduit 32 . Accordingly, the beam X3 (eg, helium beam) generated by the ionizer 40 is irradiated to the gaseous target X2 flowing through the first and third conduits 32 and 36 to ionize the target.
  • a means for preventing the inflow of the gaseous target X2 and irradiating the beam X3 to the gaseous target X2 may be mounted at the other end of the second conduit 34 .
  • the third conduit 36 includes both ends, one end connected to the other ends of the first and second conduits 32 and 34 and the other end connected to the mass spectrometer 50 .
  • the gaseous target X2 introduced into the inlet pipe 30 through the first conduit 32 passes through the junctions of the first, second, and third conduits 32, 34, and 36, and is irradiated with a beam to be ionized. It is supplied to the mass spectrometer 50 through the three conduits 36.
  • the ionizer 40 generates a beam X3 and irradiates it to the gaseous target X2 flowing through the first and third conduits 32 and 36 through the second conduit 34. By this, at least the target included in the gaseous target X2 is ionized.
  • the ionizer 40 may be a DART and the beam X3 generated by the ionizer 40 may be a helium beam.
  • the DART as the ionizer 40, it is possible to ionize non-polar low-molecular-weight materials or silicon-based compounds that are difficult to ionize with other ionization methods. Since the ionizer 40, particularly the DART, is well known to those skilled in the art, further detailed descriptions thereof are omitted.
  • the mass spectrometer 50 is connected to the other end of the third conduit 36 to receive and analyze a sample containing an ionized target. Accordingly, the mass spectrometer 50 may output a mass spectrum of the target. Since the mass spectrometer 50 is well known to those skilled in the art, further detailed description is omitted.
  • FIG. 4 is a flowchart of a sample analysis method according to another embodiment of the present invention.
  • step S100 by liquid chromatography (5), liquid chromatography is performed to separate and elute a sample containing a target of a single component.
  • the sample separated and eluted by the liquid chromatography (5) is converted into a sample droplet (X1) by the droplet atomizer (10), and is converted into a sample droplet (X1) through the probe (12) through the evaporator (20). It is injected into (S110).
  • the droplet atomizer 10 may be an electric atomizer or a gas atomizer. In addition, sheath gas may additionally be used.
  • the sample droplet X1 injected into the evaporator 20 passes through at least one opening 26 in the block 24 heated to a set temperature and is evaporated to become a gaseous target X2 (S120).
  • a gaseous target X2 S120
  • an inclined surface 28 is formed at one end of each opening 26 facing the droplet sprayer 10 so that as many sample droplets X1 sprayed from the droplet sprayer 10 enter the opening 26 as possible. can do.
  • appropriate specifications may be mounted on the housing 22 prior to the analysis of the target.
  • the gaseous target X2 evaporated by block 24 is introduced into the first conduit 32 of the inlet tube 30 and travels toward the mass spectrometer 50.
  • the ionizer 40 irradiates the beam X3 to the gaseous target X2 through the second conduit 34 to ionize the target included in the gaseous target X2 (S130).
  • the ionizer 40 may be a DART
  • the beam X3 generated by the ionizer 40 may be a helium beam.
  • step S140 the ionized target is introduced into the mass spectrometer 50 through the third conduit 36, and mass spectrometry is performed.
  • Example 5 is a diagram showing the molecular structure of a material according to Example 1.
  • Example 1 a material having a molecular structure shown in FIG. 5 was analyzed using a liquid chromatography mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • an electric atomizer was used as the droplet atomizer 10
  • a sheath gas was additionally used for effective solvent evaporation
  • a DART irradiating a helium beam was used as the ionizer 40.
  • the elemental composition of the material according to Example 1 is C6H3BrFI and the exact mass is 299.8.
  • Example 6 is a mass spectrum of a material according to Example 1 by a liquid chromatography mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • a mass spectrum of the material according to Example 1 could not be obtained using a conventional liquid chromatography mass spectrometer using APCI as an ionizer.
  • APCI liquid chromatography mass spectrometer
  • DART liquid chromatography mass spectrometer
  • a clear mass spectrum of the material according to Example 1 could be obtained (see FIG. 6).
  • the mass-to-charge ratio (m/z) was found to be 316.8.
  • FIG. 7 is a view showing the molecular structure of a material according to Example 2
  • FIG. 8 is a view showing the molecular structure of a material according to Example 3.
  • Examples 2 and 3 materials having molecular structures shown in FIGS. 7 and 8 were analyzed using a liquid chromatography mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • an electric atomizer was used as the droplet atomizer 10
  • a sheath gas was additionally used for effective solvent evaporation
  • a DART irradiating a helium beam was used as the ionizer 40.
  • the exact mass of the material according to Example 2 is 1224.1
  • the exact mass of the material according to Example 3 is 1410.2.
  • FIG. 9 is a mass spectrum of a material according to Example 2 by a liquid chromatography mass spectrometer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a mass spectrum of a material according to Example 2 by a liquid chromatography mass spectrometer according to the prior art
  • 11 is a mass spectrum of a material according to Example 3 by a liquid chromatography mass spectrometer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a mass spectrum according to Example 3 by a liquid chromatography mass spectrometer according to the prior art. is the mass spectrum of a substance.
  • Mass spectra of the materials according to Examples 2 and 3 using a conventional liquid chromatography mass spectrometer using APCI as an ionizer showed peaks at various mass-to-charge ratios (m/z) (see FIGS. 10 and 12).
  • m/z mass-to-charge ratios

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Abstract

액체 크로마토그래피(Liquid Chromatography; LC), 이온화 장치, 그리고 질량 분석기(Mass Spectrometer; MS)의 인터페이스가 제공된다. 상기 액체 크로마토그래피에서 용출된 표적을 포함하는 시료는 이온화 장치에 의하여 이온화되어 질량 분석기로 도입된다. 상기 인터페이스는 액체 크로마토그래피에서 용출된 표적을 포함하는 시료를 시료 액적의 형태로 변환하여 분사하는 액적 분무기; 상기 표적을 질량 분석기로 도입하는 도입관; 그리고 상기 액적 분무기와 도입관 사이에 배치되어 시료 액적에 포함된 용매를 증발시켜 가스상 표적을 생성하는 증발기를 포함할 수 있다. 상기 이온화 장치는 도입관 내의 가스상 표적에 빔을 조사하여 도입관을 통해 질량 분석기로 도입되는 가스상 표적을 이온화시키고, 상기 증발기는 적어도 하나의 개구가 형성되고 가열될 수 있는 블록을 포함하며, 상기 액적 분무기에서 분사된 시료 액적은 상기 적어도 하나의 개구를 통과하며 가스상 표적으로 생성되고, 생성된 가스상 표적이 도입관으로 흘러갈 수 있다.

Description

액체 크로마토그래피, 이온화 장치 그리고 질량 분석기의 인터페이스 및 이를 이용한 시료 분석 방법
관련 출원들과의 상호 인용
본 출원은 2021년 7월 20일자 한국 특허 출원 제 10-2021-0094815호 및 2022년 7월 19일자 한국 특허 출원 제 10-2022-0088759호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 액체 크로마토그래피, 이온화 장치 그리고 질량 분석기의 인터페이스 및 이를 이용한 시료 분석 방법에 관한 것으로, 무극성 저분자량 물질 및 실리콘계 화합물을 효과적으로 검출할 수 있는 액체 크로마토그래피, 이온화 장치 그리고 질량 분석기의 인터페이스 및 이를 이용한 시료 분석 방법에 관한 것이다.
물질의 정량분석 및 정성분석을 위하여 액체 크로마토그래피 질량 분석기(Liquid Chromatography/Mass Spectrometer; LC/MS)가 주로 사용되고 있다. 액체 크로마토그래피 질량 분석기(LC/MS)는 액체 크로마토그래피의 출구를 질량 분석기의 입구에 연결하여 액체 크로마토그래피에서 단일 성분으로 분리된 표적을 포함하는 시료를 질량 분석기에 공급하고 질량 분석기에서 표적의 성분을 검출할 수 있다.
질량 분석기는 분석하고자 하는 표적을 이온화시켜 생성된 이온들을 질량과 하전량과의 비에 따라 분리시킴으로써 질량 스펙트럼의 형태로 표시한다. 따라서, 액체 크로마토그래피 질량 분석기(LC/MS)는 액체 크로마토그래피와 질량 분석기 사이에 표적을 이온화시키는 이온화 장치가 배치된다.
액체 크로마토그래피 질량 분석기(LC/MS)에 많이 사용되는 이온화 방법은 전자분무 이온화 방법(Electrospray Ionization; ESI)과 대기압 화학 이온화 방법(Atmospheric Pressure Chemical Ionization; APCI) 등이 있다. 이러한 이온화 방법은 표적(분석 물질)을 이온화시키는 역할뿐만 아니라 액체 크로마토그래피와 질량 분석기의 인터페이스 역할도 효과적으로 수행할 수 있으므로 액체 크로마토그래피 질량 분석기(LC/MS)에 널리 사용되고 있다. 그러나, 표적이 무극성 저분자량 물질 또는 실리콘계 화합물인 경우에는 이러한 이온화 방법으로 분석하기 어려운 경우가 있다.
실시간 직접분석법(Direct Analysis in Real Time; DART)은 이러한 물질들(예를 들어, 무극성 저분자량 물질 또는 실리콘계 화합물 등)을 효과적으로 이온화시킬 수 있는 방법 중 하나이다. 실시간 직접분석법(DART)을 액체 크로마토그래피 질량 분석기(LC/MS)에 적용하기 위해서는 액체 크로마토그래피에서 용출되는 시료에 포함된 용매를 신속하게 휘발시켜 표적을 기체상(gas phase)으로 만들어야 한다. 이에 따라, LC/MS에 DART를 연결하기 위한 효율적인 인터페이스의 개발이 필요하다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 실시간 직접분석법을 적용하기에 적절한 액체 크로마토그래피, 이온화 장치 그리고 질량 분석기의 인터페이스를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시 예는 본 발명의 실시 예에 따른 인터페이스를 사용한 시료 분석 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 액체 크로마토그래피(Liquid Chromatography; LC), 이온화 장치, 그리고 질량 분석기(Mass Spectrometer; MS)의 인터페이스가 제공된다. 상기 액체 크로마토그래피에서 용출된 표적을 포함하는 시료는 이온화 장치에 의하여 이온화되어 질량 분석기로 도입된다. 상기 인터페이스는 액체 크로마토그래피에서 용출된 표적을 포함하는 시료를 시료 액적의 형태로 변환하여 분사하는 액적 분무기; 상기 표적을 질량 분석기로 도입하는 도입관; 그리고 상기 액적 분무기와 도입관 사이에 배치되어 시료 액적에 포함된 용매를 증발시켜 가스상 표적을 생성하는 증발기를 포함할 수 있다. 상기 이온화 장치는 도입관 내의 가스상 표적에 빔을 조사하여 도입관을 통해 질량 분석기로 도입되는 가스상 표적을 이온화시키고, 상기 증발기는 적어도 하나의 개구가 형성되고 가열될 수 있는 블록을 포함하며, 상기 액적 분무기에서 분사된 시료 액적은 상기 적어도 하나의 개구를 통과하며 가스상 표적으로 생성되고, 생성된 가스상 표적이 도입관으로 흘러갈 수 있다.
상기 적어도 하나의 개구의 액적 분무기를 향하는 일단부는 시료 액적의 흐름을 따라 그 직경이 줄어드는 경사면으로 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 개구의 직경 또는 길이는 조절 가능할 수 있다.
상기 블록은 복수의 조각을 포함하며, 상기 복수의 조각이 서로 결합되어 하나의 블록을 형성할 수 있다.
상기 증발기는 하우징을 더 포함하고, 상기 블록은 상기 시료 액적의 흐름에 교차하도록 상기 하우징 내에 탈착 가능하게 장착될 수 있다.
상기 개구의 일단의 직경은 1mm ~ 20mm이고, 상기 개구의 타단의 직경은 0.1mm ~ 5mm이며, 시료 액적의 흐름을 따른 개구의 길이는 0.5mm ~ 100mm일 수 있다.
상기 블록은 설정된 온도로 가열되며, 상기 설정된 온도는 50℃ ~ 500℃일 수 있다.
상기 이온화 장치는 헬륨 빔을 조사하는 DART일 수 있다.
상기 액적 분무기는 전기 분무기 또는 기체 분무기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 시료 분석 방법은 액체 크로마토그래피에 의하여, 액체 크로마토그래피를 수행하여 단일 성분의 표적을 포함하는 시료를 분리 및 용출하는 단계; 액적 분무기에 의하여, 액체 크로마토그래피로부터 용출된 표적을 포함하는 시료를 시료 액적의 형태로 변환하여 분사하는 단계; 증발기에 의하여, 액적 분무기로부터 분사된 시료 액적 내의 용매를 증발시켜 가스상 표적을 생성하는 단계; 이온화 장치에 의하여, 가스상 표적에 빔을 조사하여 가스상 표적을 이온화하는 단계; 그리고 질량 분석기에 의하여, 이온화된 표적의 질량 분석을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
증발기는 하우징과, 시료 액적의 흐름에 교차하도록 상기 하우징 내에 탈착 가능하게 장착되고 설정된 온도로 가열될 수 있는 블록을 포함할 수 있다.
상기 블록은 적어도 하나의 개구를 포함하며, 액적 분무기에 의하여 분사된 시료 액적은 적어도 하나의 개구를 통과하며 가스상 표적으로 생성되고, 생성된 가스상 표적은 도입관을 통하여 질량 분석기로 도입될 수 있다.
상기 적어도 하나의 개구의 상기 액적 분무기를 향하는 일단부는 시료 액적의 흐름을 따라 그 직경이 줄어드는 경사면으로 형성될 수 있다.
이온화 장치는 도입관 내에서 흐르는 가스상 표적에 헬륨 빔을 조사하는 DART일 수 있다.
상기 시료 분석 방법은 표적에 따라 개구의 직경 또는 길이, 또는 설정된 온도를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 개구의 일단의 직경은 1mm ~ 20mm이고, 상기 개구의 타단의 직경은 0.1mm ~ 5mm이며, 시료 액적의 흐름을 따른 개구의 길이는 0.5mm ~ 100mm이고, 설정된 온도는 50℃ ~ 500℃일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 실시간 직접분석법을 적용하여 다른 이온화법을 사용한 종래의 LC/MS로 검출하기 어려운 무극성 저분자량 물질 및 실리콘계 화합물 등을 효과적으로 검출할 수 있다.
또한, 분석하고자 하는 표적을 포함하는 시료 액적의 조성 및 분사 조건에 따라 블록에 형성된 개구의 직경과 길이를 조절함으로써 다양한 시료를 효과적으로 분석할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
본 명세서의 실시 예들은 유사한 참조 부호들이 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 요소를 지칭하는 첨부한 도면들과 연계한 이하의 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기의 개략도이다.
도 2는 하나의 예에 따른 블록을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 다른 하나의 예에 따른 블록을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시료 분석 방법의 흐름도이다.
도 5는 실시 예1에 따른 물질의 분자구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 의한 실시 예1에 따른 물질의 질량 스펙트럼이다.
도 7은 실시 예2에 따른 물질의 분자구조를 도시한 도면이다.
도 8은 실시 예3에 따른 물질의 분자구조를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 의한 실시 예2에 따른 물질의 질량 스펙트럼이다.
도 10은 종래 기술에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 의한 실시 예2에 따른 물질의 질량 스펙트럼이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 의한 실시 예3에 따른 물질의 질량 스펙트럼이다.
도 12는 종래 기술에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 의하여 실시 예3에 따른 물질의 질량 스펙트럼이다.
위에서 참조된 도면들은 반드시 축적에 맞추어 도시된 것은 아니고, 본 발명의 기본 원리를 예시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 간략한 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 치수, 방향, 위치, 및 형상을 포함하는 본 발명의 특정 설계 특징들이 특정 의도된 응용과 사용 환경에 의해 일부 결정될 것이다.
여기에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. “포함하다” 및/또는 “포함하는”이라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 경우, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음을 또한 이해될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.
본 명세서에서 “표적” 또는 이와 유사한 용어는 액체 크로마토그래피 질량 분석기를 이용하여 분석하고자 하는 대상을 의미한다.
본 명세서에서 “시료” 또는 이와 유사한 용어는 액체 크로마토그래피에서 용출되는 것으로, 용매와 표적을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피(LC), 이온화 장치, 그리고 질량 분석기(MS)의 인터페이스는 액체 크로마토그래피와 질량 분석기 사이에 배치되며, 액체 크로마토그래피에서 용출되는 시료에 포함되는 표적을 신속히 가스상으로 증발시켜 이온화 장치에서 조사된 빔에 의하여 가스상 표적의 이온화를 돕는다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 무극성 저분자량 물질 및 실리콘계 화합물 등을 효과적으로 검출할 수 있는 직접분석법(DART)을 LC/MS에 적용하기에 적절한 인터페이스를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시료 분석 방법은 본 발명의 실시 예에 따른 인터페이스를 사용하여 액체 크로마토그래피에서 용출되는 시료에 포함되는 표적을 신속히 가스상으로 증발시키는 단계, DART로 가스상 표적에 빔을 조사하여 표적을 이온화하는 단계 및 이온화된 표적을 질량 분석기에 도입하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로, 본 발명의 실시 예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기는 액체 크로마토그래피(5), 액적 분무기(10), 증발기(20), 도입관(30), 이온화 장치(40), 그리고 질량 분석기(50)를 포함한다. 여기서, 액적 분무기(10), 증발기(20), 그리고 도입관(30)은 본 발명의 실시 예에 따른 인터페이스를 구성한다.
액체 크로마토그래피(5)는 액상의 이동상(mobile phase)과 고정상(stationary phase)에 대한 친화도에 따라 혼합물에 포함된 성분들의 통과 속도가 다르다는 점을 이용하여 혼합물을 단일 성분으로 분리한다. 즉, 액체 크로마토그래피(5)는 용액에 존재하는 단일 성분의 표적을 포함하는 시료를 분리한다. 액체 크로마토그래피(5)의 유형은 제한되지 않으며, 현재까지 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 다양한 유형의 액체 크로마토그래피(5)가 사용될 수 있다.
액적 분무기(10)는 액체 크로마토그래피(5)의 하류에 배치되며 액체 크로마토그래피(5)에 연결된다. 액적 분무기(10)는 액체 크로마토그래피(5)에 의하여 분리된 단일 성분의 표적을 포함하는 시료를 액적(droplet) 형태로 증발기(20)로 분사한다. 즉, 액적 분무기(10)는 시료 액적(X1)을 증발기(20)로 분사한다. 이를 위하여, 액적 분무기(10)는 프로브(12)를 포함하며, 프로브(12)를 통해 시료 액적(X1)을 분무한다. 액적 분무기(10)의 유형은 제한되지 않으나, 하나의 예에서 전기 분무기 또는 기체 분무기일 수 있다. 액적 분무기(10)는 시료를 시료 액적(X1) 형태로 분무하므로 시료에 포함된 용매는 증발기(20)에서 용이하게 증발될 수 있다. 또한, 용매를 효과적으로 증발시키기 위해 쉬스 가스(sheath gas)를 추가로 사용할 수 있다. 사용 가능한 쉬스 가스는, 이에 한정되지 않지만, 질소, 공기 등일 수 있다.
증발기(20)는 액적 분무기(10)의 하류에 배치되며, 프로브(12)를 통해 분무된 시료 액적(X1)을 공급받고, 시료 액적(X1) 내의 용매를 증발시켜 표적을 포함하는 가스상 표적(X2)을 생성한다. 증발기(20)는 하우징(22)과 블록(24)을 포함한다.
하우징(22)은 중공 형상이며, 그 일면의 적어도 일부가 개방되어 프로브(12)는 개방된 일면을 통해 하우징(22)의 내부로 시료 액적(X1)을 분무한다.
블록(24)은 상기 하우징(22)의 내부에 하우징(22)을 가로지르도록 배치되어 하우징(22)을 두 개의 부분으로 나눈다. 프로브(12)는 하우징(22)의 제1부분(22a)으로 시료 액적(X1)을 분무하고, 하우징(22)의 제2부분(22b)에는 도입관(30)이 연결된다. 상기 블록(24)은 시료 액적(X1)의 흐름 방향에 교차하도록 하우징(22) 내에 탈착 가능하게 장착되고, 적어도 하나의 개구(26)가 형성되며, 내부 또는 외부에 설치된 가열수단(도시하지 않음)에 의하여 설정된 온도로 가열될 수 있다. 따라서, 하우징(22)의 제1부분(22a)으로 분무된 시료 액적(X1)은 블록(24)의 표면(개구(26) 포함)에 묻거나 개구(26)를 통과하며 가열 및 증발되고, 증발된 가스상 표적(X2)은 개구(26)를 지나 하우징(22)의 제2부분(22b)으로 이동한다. 하우징(22)의 제2부분(22b)으로 이동한 가스상 표적(X2)은 도입관(30)을 통해 질량 분석기(50)로 공급된다.
이하, 도 2 및 도 3을 참고로, 블록(24)을 보다 자세히 설명한다.
도 2는 하나의 예에 따른 블록을 도시한 개략적인 단면도이고, 도 3은 다른 하나의 예에 따른 블록을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 예에 따른 블록(24)은 하나의 조각으로 일체로 형성된다. 상기 블록(24)에는 적어도 하나의 개구(26)가 형성된다. 각 개구(26)의 프로브(12)를 향하는 일단부는 시료 액적(X1)의 흐름을 따라 그 직경이 줄어드는 경사면(28)으로 형성되고 경사면(28)을 제외한 개구(26)의 나머지 부분은 그 직경이 일정할 수 있다. 즉, 각 개구(26)의 직경은 시료 액적(X1)의 흐름을 따라 일측에서 타측으로 그 직경이 점차적으로 줄어들어 경사면(28)을 형성하고, 각 개구(26)의 나머지 부분은 경사면(28)의 타측에서 그 직경이 일정할 수 있다. 프로브(12)를 향하는 개구(26)의 일단부에 경사면(28)을 형성함으로써, 개구(26)의 일단부의 표면적은 증가하고, 이에 의하여 프로브(12)에서 분사된 시료 액적(X1)이 개구(26) 내로 진입할 확률이 증가한다. 이에 의하여, 더욱 많은 시료 액적(X1)이 개구(26)에 진입하여 가열되고, 이에 의하여 시료 액적(X1)의 신속하고 효과적인 증발이 가능하다.
하나의 예에서, 개구(26)의 일단의 직경(D1)은 1mm ~ 20mm일 수 있다. 개구(26)의 일단의 직경(D1)이 1mm보다 작으면 충분한 양의 시료 액적(X1)이 개구(26) 내로 진입하지 못하며, 개구(26)의 일단의 직경(D1)이 20mm보다 크면 개구(26)로 진입한 시료 액적(X1)이 블록(24)에 의하여 증발되지 못할 수 있다.
개구(26)의 타단의 직경(D2)은 0.1mm ~ 5mm일 수 있다. 개구(26)의 타단의 직경(D2)은 가스상 표적(X2)의 유동을 방해하는 저항으로 작용한다. 개구(26)의 타단의 직경(D2)이 0.1mm보다 작으면 상기 저항이 너무 커서 가스상 표적(X2)의 유동률이 감소하고, 개구(26)의 타단의 직경(D2)이 5mm보다 크면 상기 저항이 너무 작아 가스상 표적(X2)의 유동률이 과도하게 증가한다. 가스상 표적(X2)의 유동률이 높으면 난류가 발생할 수 있고 이온화 장치(40)에서 조사되는 빔과의 오버랩이 감소하여 검출 감도가 낮아질 수 있다. 따라서, 개구(26)의 타단의 직경(D2)을 0.1mm ~ 5mm로 설정함으로써, 이온화 장치(40)에서 빔의 조사에 의한 표적의 이온화에 적절한 상태로 만들 수 있다.
시료 액적(X1)의 흐름을 따른 개구(26)의 길이(L)는 0.5mm ~ 100mm일 수 있다. 시료 액적(X1)의 흐름을 따른 개구(26)의 길이(L)는 개구(26)의 타단의 직경(D2)과 유사하게 가스상 표적(X2)의 유동을 방해하는 저항으로 작용한다. 시료 액적(X1)의 흐름을 따른 개구(26)의 길이(L)가 0.5mm보다 작으면 가스상 표적(X2)의 유동률이 증가하여 난류가 발생하거나 검출 감도가 낮아질 수 있고, 시료 액적(X1)의 흐름을 따른 개구(26)의 길이(L)가 100mm보다 크면 가스상 표적(X2)의 유동률이 감소하여 검출 감도가 낮아질 수 있다.
블록(24)의 설정된 온도는 50℃ ~ 500℃일 수 있다. 블록(24)의 온도가 50℃보다 낮으면 시료가 증발되지 않을 수 있고, 블록(24)의 온도가 500℃보다 높으면 표적의 분자 구조가 깨질 수 있다.
개구(26)의 일단의 직경(D1), 개구(26)의 타단의 직경(D2), 시료 액적(X1)의 흐름을 따른 개구(26)의 길이(L) 및 블록(24)의 온도에 따라 질량 분석기(50)로 공급되는 표적의 상태가 달라지게 된다. 표적의 종류에 따라 질량 분석기(50)에서 요구하는 표적의 상태는 달라지므로, 개구(26)의 일단의 직경(D1), 개구(26)의 타단의 직경(D2), 시료 액적(X1)의 흐름을 따른 개구(26)의 길이(L) 및 블록(24)의 온도를 조절함으로써 다양한 종류의 표적을 하나의 질량 분석기(50)로 분석할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다른 하나의 예에 따른 블록(24)은 복수의 조각(24a, 24b, 24c)을 포함하며, 복수의 조각(24a, 24b, 24c)은 서로 결합되어 하나의 블록(24)을 형성한다. 제1, 2, 3조각(24a, 24b, 24c)은 적어도 하나의 개구(26)를 구성하는 요소들을 포함하고 있으며, 제1, 2, 3조각(24a, 24b, 24c)이 결합되면 상기 요소들도 결합되어 완전한 개구(26)를 형성한다. 예를 들어, 제1조각(24a)은 개구(26)의 경사면(28)을 포함하고, 제2, 3조각(24b, 24c)은 개구(26)의 직경이 일정한 부분을 포함한다. 이에 따라, 제1, 2, 3조각(24a, 24b, 24c)이 결합되면 적어도 하나의 완전한 개구(26)가 형성된다.
다른 하나의 예에 따른 블록(24)은 표적의 종류에 따라 개구(26)의 길이(L)를 용이하게 조절할 수 있도록 한다. 즉, 서로 다른 사양(예를 들어, 경사면, 직경, 길이 등)을 가진 복수의 조각들(24a, 24b, 24c)을 마련하면, 표적의 종류에 따라 필요한 조각들을 조립하여 사용할 수 있다. 따라서, 표적의 종류에 따라 복수의 블록(24)을 제작할 필요가 없다.
다시 도 1을 참고하면, 도입관(30)은 상기 증발기(20)의 하류에 배치되어 증발기(20), 이온화 장치(40), 그리고 질량 분석기(50)를 서로 연결한다. 도입관(30)은 제1, 2, 3도관(32, 34, 36)을 포함한다.
제1도관(32)은 양단을 포함하며, 일단은 증발기(20), 즉 하우징(22)의 제2부분(22b)에 연결되어 블록(24)에 의하여 증발된 가스상 표적(X2)은 제1도관(32)을 통해 도입관(30)에 도입된다.
제2도관(34)은 양단을 포함하며, 일단은 이온화 장치(40)에 연결되고 타단은 제1도관(32)의 타단에 연결된다. 따라서, 이온화 장치(40)에서 발생된 빔(X3)(예를 들어, 헬륨 빔)은 제1, 3도관(32, 36)을 흘러가는 가스상 표적(X2)에 조사되어 표적을 이온화한다. 제2도관(34)의 타단에는 가스상 표적(X2)의 유입을 방지하며 빔(X3)을 가스상 표적(X2)에 조사할 수 있는 수단이 장착될 수 있다.
제3도관(36)은 양단을 포함하며, 일단은 제1, 2도관(32, 34)의 타단에 연결되고 타단은 질량 분석기(50)에 연결된다. 제1도관(32)을 통해 도입관(30)에 유입된 가스상 표적(X2)은 제1, 2, 3도관(32, 34, 36)의 합류점을 지나가며 빔이 조사되어 이온화되고, 이후 제3도관(36)을 통해 질량 분석기(50)로 공급된다.
이온화 장치(40)는 빔(X3)을 생성하여 제2도관(34)을 통해 제1, 3도관(32, 36)을 흘러가는 가스상 표적(X2)에 조사한다. 이에 의하여, 가스상 표적(X2)에 포함된 적어도 표적이 이온화된다. 하나의 예에서, 상기 이온화 장치(40)는 DART이고 이온화 장치(40)에서 생성되는 빔(X3)은 헬륨 빔일 수 있다. 이온화 장치(40)로 DART를 사용함으로써 다른 이온화 방법으로 이온화가 어려웠던 무극성 저분자량 물질 또는 실리콘계 화합물 등을 이온화시킬 수 있다. 이온화 장치(40), 특히 DART에 대하여는 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
질량 분석기(50)는 제3도관(36)의 타단에 연결되어 이온화된 표적을 포함하는 시료를 공급받아 분석한다. 이에 따라, 질량 분석기(50)는 표적의 질량 스펙트럼을 출력할 수 있다. 질량 분석기(50)에 대하여는 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 4를 참고로, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기를 이용한 시료 분석 방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시료 분석 방법의 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, S100 단계에서, 액체 크로마토그래피(5)에 의하여, 액체 크로마토그래피를 수행하여 단일 성분의 표적을 포함하는 시료를 분리 및 용출한다.
액체 크로마토그래피(5)에 의하여 분리 및 용출된 시료는 액적 분무기(10)에 의하여 시료 액적(X1)의 형태로 변환되고, 프로브(12)를 통해 시료 액적(X1)의 형태로 증발기(20)로 분사된다(S110). 여기서, 액적 분무기(10)는 전기 분무기 또는 기체 분무기일 수 있다. 또한, 쉬스 가스가 추가로 사용될 수 있다.
증발기(20)로 분사된 시료 액적(X1)은 설정된 온도로 가열된 블록(24) 내의 적어도 하나의 개구(26)를 통과하며 증발되어 가스상 표적(X2)이 된다(S120). 앞에서 설명한 바와 같이, 액적 분무기(10)를 향하는 각 개구(26)의 일단부에는 경사면(28)이 형성되어 액적 분무기(10)에서 분사된 시료 액적(X1)이 최대한 많이 개구(26) 내로 진입할 수 있다. 한편, 표적의 분석 전에, 표적의 종류에 따라 적절한 사양(개구(26)의 일단의 직경(D1), 개구(26)의 타단의 직경(D2), 시료 액적(X1)의 흐름을 따른 개구(26)의 길이(L) 및 블록(24)의 온도 등)을 가진 블록(24)이 하우징(22)에 장착될 수 있다.
블록(24)에 의하여 증발된 가스상 표적(X2)은 도입관(30)의 제1도관(32)으로 도입되어 질량 분석기(50)를 향해 이동한다. 이 때, 이온화 장치(40)는 제2도관(34)을 통해 가스상 표적(X2)에 빔(X3)을 조사하여 가스상 표적(X2)에 포함된 표적을 이온화시킨다(S130). 여기서, 상기 이온화 장치(40)는 DART이고 이온화 장치(40)에서 생성되는 빔(X3)은 헬륨 빔일 수 있다. 이온화 장치(40)로 DART를 사용함으로써 다른 이온화 방법으로 이온화가 어려웠던 무극성 저분자량 물질 또는 실리콘계 화합물 등을 이온화시킬 수 있다.
S140 단계에서, 이온화된 표적은 제3도관(36)을 통해 질량 분석기(50)에 도입되어 질량 분석이 수행된다.
실시 예1. 무극성 저분자량 물질
도 5는 실시 예1에 따른 물질의 분자구조를 도시한 도면이다.
실시 예1에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기를 이용하여 도 5에 도시된 분자구조를 가진 물질을 분석하였다. 여기서, 액적 분무기(10)로는 전기 분무기를 사용하였고, 효과적인 용매 증발을 위해 쉬스 가스가 추가로 사용되었으며, 이온화 장치(40)로는 헬륨 빔을 조사하는 DART를 사용하였다. 실시 예1에 따른 물질의 원소조성은 C6H3BrFI이고 정확한 질량은 299.8이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 의한 실시 예1에 따른 물질의 질량 스펙트럼이다.
이온화 장치로 APCI를 사용하는 종래의 액체 크로마토그래피 질량 분석기를 이용하여 실시 예1에 따른 물질의 질량 스펙트럼을 얻을 수 없었다. 그러나, 이온화 장치(40)로 DART를 사용하는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기를 이용하면, 실시 예1에 따른 물질의 깨끗한 질량 스펙트럼을 얻을 수 있었다(도 6 참고). 여기서, 질량 대 전하비(m/z)는 316.8로 나타났다.
실시 예2, 3. 실리콘계 화합물
도 7은 실시 예2에 따른 물질의 분자구조를 도시한 도면이고, 도 8은 실시 예3에 따른 물질의 분자구조를 도시한 도면이다.
실시 예2, 3에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기를 이용하여 도 7 및 도 8에 도시된 분자구조를 가진 물질들을 분석하였다. 여기서, 액적 분무기(10)로는 전기 분무기를 사용하였고, 효과적인 용매 증발을 위해 쉬스 가스를 추가로 사용하였으며, 이온화 장치(40)로는 헬륨 빔을 조사하는 DART를 사용하였다. 실시 예2에 따른 물질의 정확한 질량은 1224.1이고, 실시 예3에 따른 물질의 정확한 질량은 1410.2이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 의한 실시 예2에 따른 물질의 질량 스펙트럼이고, 도 10은 종래 기술에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 의한 실시 예2에 따른 물질의 질량 스펙트럼이며, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 의한 실시 예3에 따른 물질의 질량 스펙트럼이고, 도 12는 종래 기술에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 의하여 실시 예3에 따른 물질의 질량 스펙트럼이다.
이온화 장치로 APCI를 사용하는 종래의 액체 크로마토그래피 질량 분석기를 이용하여 실시 예2, 3에 따른 물질의 질량 스펙트럼은 다양한 질량 대 전하비(m/z)에서 피크를 보였다(도 10 및 12 참고). 이에 반하여, 이온화 장치(40)로 DART를 사용하는 본 발명의 실시 예에 따른 액체 크로마토그래피 질량 분석기를 이용하면, 실시 예2, 3에 따른 물질의 깨끗한 질량 스펙트럼을 얻을 수 있었다(도 9 및 11 참고).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면 액체 크로마토그래피 질량 분석기에 실시간 직접분석법을 적용하기에 적절한 인터페이스를 제공함으로써 다른 이온화법을 사용한 종래의 LC/MS로 검출하기 어려운 무극성 저분자량 물질 및 실리콘계 화합물 등을 효과적으로 검출할 수 있도록 한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (15)

  1. 액체 크로마토그래피(Liquid Chromatography; LC), 이온화 장치, 그리고 질량 분석기(Mass Spectrometer; MS)의 인터페이스에 있어서,
    상기 액체 크로마토그래피에서 용출된 표적을 포함하는 시료는 이온화 장치에 의하여 이온화되어 질량 분석기로 도입되고,
    상기 인터페이스는
    액체 크로마토그래피에서 용출된 표적을 포함하는 시료를 시료 액적의 형태로 변환하여 분사하는 액적 분무기;
    상기 표적을 질량 분석기로 도입하는 도입관; 그리고
    상기 액적 분무기와 도입관 사이에 배치되어 시료 액적에 포함된 용매를 증발시켜 가스상 표적을 생성하는 증발기;
    를 포함하며,
    상기 이온화 장치는 도입관 내의 가스상 표적에 빔을 조사하여 도입관을 통해 질량 분석기로 도입되는 상기 가스상 표적을 이온화시키고,
    상기 증발기는 적어도 하나의 개구가 형성되고 가열될 수 있는 블록을 포함하며,
    상기 액적 분무기에서 분사된 시료 액적은 상기 적어도 하나의 개구를 통과하며 가스상 표적으로 생성되고, 생성된 가스상 표적이 도입관으로 흘러가는 인터페이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구의 액적 분무기를 향하는 일단부는 시료 액적의 흐름을 따라 그 직경이 줄어드는 경사면으로 형성되는 인터페이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구의 직경 또는 길이는 조절 가능한 인터페이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 블록은 복수의 조각을 포함하며, 상기 복수의 조각이 서로 결합되어 하나의 블록을 형성하는 인테페이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 증발기는 하우징을 더 포함하고,
    상기 블록은 상기 시료 액적의 흐름에 교차하도록 상기 하우징 내에 탈착 가능하게 장착되는 인터페이스.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 개구의 일단의 직경은 1mm ~ 20mm이고, 상기 개구의 타단의 직경은 0.1mm ~ 5mm이며, 시료 액적의 흐름을 따른 개구의 길이는 0.5mm ~ 100mm인 인터페이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 블록은 설정된 온도로 가열되며,
    상기 설정된 온도는 50℃ ~ 500℃인 인터페이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이온화 장치는 헬륨 빔을 조사하는 DART인 인터페이스.
  9. 액체 크로마토그래피에 의하여, 액체 크로마토그래피를 수행하여 단일 성분의 표적을 포함하는 시료를 분리 및 용출하는 단계;
    액적 분무기에 의하여, 액체 크로마토그래피로부터 용출된 표적을 포함하는 시료를 시료 액적의 형태로 변환하여 분사하는 단계;
    증발기에 의하여, 액적 분무기로부터 분사된 시료 액적 내의 용매를 증발시켜 가스상 표적을 생성하는 단계;
    이온화 장치에 의하여, 가스상 표적에 빔을 조사하여 가스상 표적을 이온화하는 단계; 그리고
    질량 분석기에 의하여, 이온화된 표적의 질량 분석을 수행하는 단계;
    를 포함하는 시료 분석 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    증발기는 하우징과, 시료 액적의 흐름에 교차하도록 상기 하우징 내에 탈착 가능하게 장착되고 설정된 온도로 가열될 수 있는 블록을 포함하는 시료 분석 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 블록은 적어도 하나의 개구를 포함하며,
    액적 분무기에 의하여 분사된 시료 액적은 적어도 하나의 개구를 통과하며 가스상 표적으로 생성되고, 생성된 가스상 표적은 도입관을 통하여 질량 분석기로 도입되는 시료 분석 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구의 상기 액적 분무기를 향하는 일단부는 시료 액적의 흐름을 따라 그 직경이 줄어드는 경사면으로 형성되는 시료 분석 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    이온화 장치는 상기 도입관 내에서 흐르는 가스상 표적에 헬륨 빔을 조사하는 DART인 시료 분석 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    표적에 따라 개구의 직경 또는 길이, 또는 설정된 온도를 조정하는 단계를 더 포함하는 시료 분석 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 개구의 일단의 직경은 1mm ~ 20mm이고, 상기 개구의 타단의 직경은 0.1mm ~ 5mm이며, 시료 액적의 흐름을 따른 개구의 길이는 0.5mm ~ 100mm이고, 설정된 온도는 50℃ ~ 500℃인 시료 분석 방법.
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