본질적으로, 시료 전처리는 원료 시료를 기기 분석에 적합한 정제된 형태로 변환하기 위해 수행되는 모든 단계를 포함합니다. 이러한 방법은 간단한 여과 및 희석부터 특정 화합물을 분리하기 위해 설계된 복잡한 다단계 추출 및 농축 절차에 이르기까지 다양합니다. 궁극적인 목표는 간섭 물질을 제거하고 분석물이 기기에 정확하고 신뢰할 수 있는 측정값을 보장하는 방식으로 제시되도록 하는 것입니다.
세상에서 가장 정교한 분석 기기도 제대로 전처리되지 않은 시료로는 좋은 데이터를 산출할 수 없습니다. 시료 전처리는 예비 작업이 아니라 분석 과정에서 최종 결과의 품질, 정확성 및 신뢰성을 직접적으로 결정하는 가장 중요한 단계입니다.
시료 전처리의 핵심 목표
특정 기술을 선택하기 전에 시료 전처리가 왜 필요한지 이해하는 것이 필수적입니다. 모든 방법은 네 가지 기본 목표 중 하나 이상을 달성하도록 설계되었습니다.
관심 분석물질 분리
귀하의 목표 화합물, 즉 분석물질은 종종 복잡한 혼합물 내의 한 가지 성분에 불과합니다. 주요 목표는 이 분석물질을 단백질, 지질, 염 또는 색소와 같은 원래 시료 매트릭스 내의 다른 모든 것들로부터 분리하는 것입니다.
간섭 물질 제거
시료 매트릭스에는 분석에 방해가 될 수 있는 많은 구성 요소가 포함되어 있습니다. 이러한 간섭 물질은 기기 신호를 억제하거나, 거짓 양성 신호를 생성하거나, 분석 컬럼과 같은 민감한 기기 부품을 손상시킬 수 있습니다. 우수한 전처리 방법은 이러한 물질을 제거합니다.
분석물질 농축
많은 경우, 분석물질의 농도가 너무 낮아서 기기가 신뢰할 수 있게 감지할 수 없습니다. 고체상 추출 또는 용매 증발과 같은 전처리 기술은 분석물질의 농도를 측정 가능한 수준으로 높이는 데 사용됩니다.
기기 호환성 보장
최종적으로 전처리된 시료는 분석 기기와 호환되는 용매 또는 상태여야 합니다. 예를 들어, 기체 크로마토그래피(GC)용 시료는 휘발성이어야 하며, 액체 크로마토그래피(LC)용 시료는 이동상과 호환되는 용매에 완전히 용해되어야 합니다.
일반적인 기술 조사
실험실에서는 위에 설명된 목표를 달성하기 위해 종종 여러 기술을 조합하여 광범위하게 사용합니다. 선택은 시료 유형, 목표 분석물질 및 분석 기기에 따라 달라집니다.
고체상 추출 (SPE)
SPE는 시료 정제 및 농축을 위한 매우 다재다능하고 널리 사용되는 기술입니다. 액체 시료를 채워진 카트리지(흡착제)에 통과시켜 분석물질 또는 간섭 물질 중 하나를 선택적으로 유지하여 분리할 수 있도록 합니다. 이는 환경, 임상 및 제약 실험실에서 핵심적인 역할을 합니다.
액체-액체 추출 (LLE)
LLE는 두 개의 섞이지 않는 액체, 일반적으로 물과 유기 용매 사이의 차등 용해도에 따라 화합물을 분리하는 고전적인 방법입니다. 시료를 두 용매와 혼합하면 분석물질이 더 잘 녹는 용매로 분배되어 간섭 물질은 남겨집니다.
여과
여과는 액체 또는 기체에서 고체 입자를 제거하는 데 사용되는 기본적인 물리적 분리 공정입니다. 실험실 환경에서는 HPLC와 같은 민감한 기기가 막히는 것을 방지하기 위해 주사기 필터를 사용하여 이 작업을 수행하는 것이 일반적입니다.
원심분리
이 기술은 원심력을 사용하여 크기, 밀도 및 모양에 따라 혼합물의 구성 요소를 분리합니다. 세포를 침전시키거나, DNA를 침전시키거나, 추출 단계 후 섞이지 않는 액체를 분리하는 데 일반적으로 사용됩니다.
균질화 및 용해
분석물질이 세포나 조직 내부에 있는 경우, 첫 번째 단계는 이를 파괴하는 것입니다. 균질화는 조직을 기계적으로 파괴하는 것을 포함하며, 용해은 종종 화학적 계면활성제나 초음파 처리(고주파 음파)와 같은 물리적 방법을 사용하여 세포막을 분해하는 것을 의미합니다.
유도체화
때때로 분석물질이 특정 분석에 적합하지 않을 수 있습니다(예: GC에 대해 충분히 휘발성이 아님). 유도체화는 분석물질을 휘발성 증가 또는 감지가 더 쉬운 구조와 같이 더 유리한 특성을 갖도록 수정하는 화학 반응입니다.
상충 관계 이해
모든 상황에 완벽한 단일 방법은 없습니다. 올바른 방법을 선택하는 것은 몇 가지 주요 요소를 균형 있게 고려하는 것을 포함합니다.
속도 대 선택성
다단계 SPE와 같은 고도로 선택적인 방법은 매우 깨끗한 시료를 제공하지만 시간이 많이 걸리고 복잡할 수 있습니다. 반면에 간단한 "희석 후 주입" 접근 방식은 매우 빠르지만 간섭 물질과 농도가 주요 관심사가 아닌 비교적 깨끗한 시료에만 적합합니다.
비용 및 복잡성
간단한 여과는 비용이 저렴하고 최소한의 교육만 필요합니다. 반대로, 자동화된 SPE 시스템은 상당한 자본 투자를 나타내며 방법 개발 및 검증에 더 많은 전문 지식이 필요하지만, 훨씬 더 높은 처리량과 재현성을 제공합니다.
시료 부피 및 분석물질 농도
사용 가능한 시료의 양과 분석물질의 예상 농도는 중요한 요소입니다. 고체상 미량 추출(SPME)과 같은 기술은 소량 시료의 미량 분석에 탁월하며, LLE는 더 큰 시료 부피에서 대량 추출에 더 적합한 경우가 많습니다.
분석물질 손실 위험
액체 이송부터 용매 증발에 이르기까지 모든 조작 단계는 목표 분석물질의 일부를 잃을 위험을 수반합니다. 단계가 더 많은 복잡한 절차는 분석물질 손실 가능성이 더 높아져 최종 정량의 정확성과 정밀도에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
분석에 적합한 방법 선택
시료 전처리 방법 선택은 시료 매트릭스와 분석 목표에 의해 직접적으로 안내되어야 합니다.
- 복잡한 매트릭스(혈액, 토양, 식품) 분석에 중점을 두는 경우: 강력한 정제 능력을 갖춘 방법이 필요하며, 고체상 추출(SPE)이 훌륭한 출발점이 됩니다.
- 매우 낮은 농도 감지에 중점을 두는 경우: 추출 후 SPE 또는 용매 증발과 같이 농축 단계를 포함하는 기술을 우선시해야 합니다.
- 비교적 깨끗한 시료에서 속도에 중점을 두는 경우: 간단한 여과 후 직접 주입 또는 "희석 후 주입" 프로토콜로 충분할 수 있습니다.
- 기체 크로마토그래피(GC)를 이용한 비휘발성 화합물 분석에 중점을 두는 경우: 분석물질을 기기에 적합하게 만들기 위해 화학적 유도체화를 조사해야 합니다.
시료 전처리 마스터는 신뢰할 수 있는 데이터를 생성하기 위한 첫 번째이자 가장 중요한 단계입니다.
요약표:
| 방법 | 주요 목표 | 일반적인 응용 분야 |
|---|---|---|
| 고체상 추출 (SPE) | 정제 및 농축 | 환경, 제약, 임상 |
| 액체-액체 추출 (LLE) | 용해도에 따른 분리 | 대량 시료 추출 |
| 여과 | 입자 제거 | HPLC 보호, 일반적인 정화 |
| 원심분리 | 밀도에 따른 분리 | 세포 침전, 액체 분리 |
| 균질화/용해 | 세포 분석물질 방출 | 조직, 세포 분석 |
| 유도체화 | 기기 적합성을 위한 수정 | 비휘발성 물질의 GC 분석 |
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