시료 전처리(크로마토그래피 분석을 위한)

"이분석 과학자들은 종종 시료 중에 '무엇이 들어 있는지'를 분석해 달라는 요청을 받는 경우가 있는데 이때 매우 난처하고 당황스럽다. 이는 분석하고자 하는 시료가 어떤 종류이든지 시료 중에는 수많은 종류의 물질들이 포함되어 있기 때문이다. 지금까지 밝혀진 유기 화합물만 수백만 종에 이르는데, 밝혀지지 않은 화합물까지 포함하면 무한히 많을 터이며 이들을 다 찾아낸다는 것은 아무리 분석 기술이 발전하였다 하더라도 불가능에 가까운 일이다. 하지만 분석 과학자들은 어떤 물질(정성 분석)이 얼마만큼(정량 분석) 포함되어 있는지를 알아내는 것을 목표로, 수많은 분석 도구와 방법들을 개발하고자 노력하고 있다.

시료는 분석 물질(analyte)과 매트릭스(matrix)로 구성되어 있는데, 시험자가 분석하고자 하는 목표 물질을 '분석 물질'이라고 한다. 예를 들어, 우리가 마시는 커피에는 카페인을 비롯해서 테오필린(theophylline)과 같은 비휘발성 알칼로이드 화합물, 단백질과 아미노산, 탄수화물 등수많은 물질들이 녹아 있다.

시험자가 카페인의 함량을 분석하고자 하면 카페인이 분석 물질이 되고, 카페인을 제외한 물을 비롯한 다른 물질들은 매트릭스가 된다. 반면에 테오필린을 분석하고자 할 경우는 테오필린이분석 물질이 되고, 카페인을 비롯한 물, 아미노산, 탄수화물 등은 매트릭스에 해당된다.

크로마토그래피 분석(chromatographic analysis)에 있어서 당면하는 일반적인 문제점은 방해 물질을 제거하는 것이고, 또다른 한 가지는 감도를 높이는 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 과정이 시료 전처리(sample preparation)인데, 주어진 시료를 아무런 처리 과정 없이 직접 분석 기기를 이용해서 분석하기가 곤란하거나, 직접 분석할 수는 있지만 만족할 만한 결과를 얻지 못하였을 경우에 화학 분석을 용이하게 하기 위하여 시료를 변형시키는 과정을 말한다.

따라서 시료 전처리 과정에서는 시험자가 분석하고자 하는 분석 물질을 방해하는 요소들, 즉 매트릭스에 해당하는 물질들이 방해 물질이 될 경우가 있으므로 이를 제거하여야 한다. 그러나 매트릭스라고 해서 모두가 방해물질에 해당하지는 않는다. 특별히, GC나 HPLC 등에서 머무름 시간이 겹치는 물질이나, 질량분석기(MS)에서 이온 형성을 방해하는 물질들이 주요 방해 물질들에 해당한다.

크로마토그래피에서 분석 감도를 높이기 위해서는 첫째, 용액 중에서 용질이 차지하는 양을 증가시키는 방법(농축)이 있고, 둘째, 주변의 방해 물질을 제거하여 크로마토그래피의 바탕 높이를 낮춤으로써 신호대 잡음비(S/N)를 증가시키는 방법이 있고(정제), 셋째, 분석 기기의 검출기에 대한 감도를 향상시키기 위해서 분석물을 변형시키는 방법(유도체화) 등이 있다.

이러한 시료 전처리 과정 중에서 가장 중요한 과정은 추출과 정제 과정으로, 이들은 매우 다양한 방법이 있는데, 대표적인 방법으로는 액체-액체 추출법 (liquid-liquid extraction, LLE), 고체상 추출법(solid phase extraction, SPE), 헤드스페이스 분석법(headspace analysis), 고체상 미량 추출법(solid phase microextraction, SPME), 액체상 미량 추출법(liquid phase micro-extraction, LPME), 초음파 추출법(ultrasound-assisted extraction, UAE), 마이크로파 추출법(microwave-assisted extraction, MAE), 초임계 유체 추출법(supercritical fluid extraction, SFE), 가속 용매 추출법(accelerated solvent extraction, ASE) 등이 있다. 본 책에서는 크로마토그래피를 위한 시료 전처리 방법에 한정해서 위의 방법들에 대해서 기술하도록 한다."

"제1 장 시료 전처리의 기본
1.1 기본 용어
1.2 계산
1.3 용액 묽히기
1.4 시료 전처리를 위한 기본 장비
1.5 유리 기구의 세척과 건조
1.6 정제수

제2 장 액체-액체 추출법
2.1 액체-액체 추출법의 원리
2.2 액체-액체 추출법과 관련된 요소들
2.3 추출 방법

제3 장 고체상 추출법
3.1 추출 과정
3.2 작용 메커니즘에 따른 고체상 추출법의 분류
3.3 SPE 수착제의 종류
3.4 혼합-상 추출과 다중 연결 방법
3.5 SPE의 형태
3.6 SPE 장치
3.7 고체상 추출 방법 확립 시 고려 사항

제4 장 고체상 미량 추출법
4.1 추출 원리
4.2 SPME 추출에 영향을 미치는 요소들
4.3 유도체화
4.4 분리 방법 및 검출기 시스템

제5 장 초임계 유체 추출법
5.1 추출 원리
5.2 장치
5.3 추출 모드
5.4 시료
5.5 추출 효율에 영향을 미치는 요소들

제6 장 마이크로파 추출법
6.1 마이크로파 가열의 원리
6.2 장치
6.3 마이크로파 추출에 영향을 미치는 요소들

제7 장 가속 용매 추출법
7.1 원리
7.2 장치의 구성 및 작동 절차
7.3 시료 전처리
7.4 추출에 영향을 미치는 요소들

제8 장 액체상 미량 추출법
8.1 단일방울 미량 추출법
8.2 Hollow fiber - liquid phase microextraction
8.3 분산 액체-액체 미량 추출법

제9 장 헤드스페이스 추출법
9.1 정적인 헤드스페이스 추출법
9.2 동적인 헤드스페이스 추출법(퍼지 & 트랩)

제10 장 유도체화
10.1 GC와 GC/MS 분석을 위한 유도체화
10.2 HPLC와 LC/MS 분석을 위한 유도체화
10.3 유도체화 반응 시 주의 사항

제11 장 시료의 특성
11.1 생체 시료
11.2 식품 시료
11.3 환경 시료
11.4 화장품
11.5 의약품

제12 장 방법의 유효화
12.1 방법의 유효화란?
12.2 방법의 유효화를 언제 수행해야 하는가?
12.3 방법의 유효화 보고서
12.4 방법의 유효화 요소
12.5 정량 분석 방법

부록
액체-액체 추출법(LLE)의 실제
고체상 추출법(SPE)의 실제
찾아보기"

명승운