LC-MS/MS 사용목적

 LC-MS/MS (액체 크로마토그래피-질량 분석기) 원리
LC-MS/MS는 HPLC(고성능 액체 크로마토그래피)와 비슷하지만, 검출 단계에서 질량 분석기(Mass Spectrometer)를 사용하여 분리된 물질의 질량을 측정합니다. 이 장비는 다음과 같은 특징이 있습니다:
• 이온화 과정을 통해 기체 상태로 만든 물질이 질량 분석기에 들어가, 질량 대 전하 비율을 통해 분자 특성을 분석합니다.
• 고유의 질량비로 분석하여, 특정 물질을 더욱 정확하게 판별할 수 있습니다.
활용 과정
시료 전처리: 실험 시료에서 원하는 물질을 추출하고 정제하는 과정입니다.
실험 대상에서 목표 물질을 녹여내기 위해 다양한 용매를 사용해 추출하고, 불필요한 성분을 제거하여 정제하고, 용매를 줄여 농축하고, 불순물을 제거하는 필터링 과정을 거치면 됩니다. 이후 기기를 활용해 분석합니다.
기기의 사용 목적
약물의 반감기 측정을 위해 시료에서 약물을 분리하고 그 농도를 측정하는 용도로 사용합니다. 실험에 사용되는 표준 용액 및 표준 원액의 농도를 조절하여 반감기 측정을 위한 기준 데이터를 생성합니다. 특히 LC와 MS(질량분석기)가 결합된 LC-MS/MS (액체 크로마토그래피-탠덤 질량 분석법)은 축산물에서 수의학 약물, 농약 및 기타 오염물질의 잔류를 검출하고 정량화하는 데 널리 사용됩니다. 다음은 그 활용 방법입니다:

활용 예시: 축산물 잔류 분석에서의 적용

1. 샘플 준비: 고기, 우유 또는 사료와 같은 샘플을 준비하여 잔류물을 추출합니다.
2. 크로마토그래피 분리: 준비된 샘플을 LC 시스템에 주입하여 화합물을 화학적 특성에 따라 분리합니다.
3. 질량 분석 검출: 분리된 화합물을 이온화한 후 질량 분석기로 검출하여 질량 대 전하 비율(m/z)에 대한 정보를 얻습니다.
4. 탠덤 질량 분석 (MS/MS): 두 번째 질량 분석 단계에서 이온을 추가로 분절하여 생성된 단편을 분석하고 화합물의 정체성과 양을 확인합니다.

장점

LC-MS/MS는 매우 낮은 수준의 잔류물을 검출할 수 있어 식품 안전을 보장하기에 이상적이고, 한 번의 분석으로 여러 잔류물을 동시에 검출할 수 있어 효율성을 높입니다. 또한 잔류물을 정확하게 정량할 수 있다는 장점이 있습니다.

우유에 포함된 화학약품을 검출하는 상황을 예로 들어 보겠습니다. 샘플이 LC 시스템에 들어가면, 이동상(Mobile Phase)을 통해 칼럼(Stationary Phase)을 지나면서 각 성분이 화학적, 물리적 특성에 따라 분리됩니다. 우유의 경우, 단백질, 지방, 약물 등이 각각 다른 속도로 칼럼을 통과하게 됩니다. 이 단계에서 성분들이 분리되며, 각 성분의 분리된 피크가 형성됩니다. 이후 분리된 성분들이 MS 시스템으로 들어가서 이온화됩니다. 이온화된 성분들은 질량 대 전하 비율(m/z)에 따라 검출됩니다. 탠덤 질량 분석 단계는 첫 번째 MS 분석 후, 선택된 이온들이 추가로 분절되어 두 번째 MS 분석이 이루어집니다. 이를 통해 각 성분의 분자 구조와 특성을 더 자세히 알 수 있습니다. 따라서 분리된 각 성분의 정확한 질량과 구조를 식별하여, 해당 성분이 무엇인지 확인할 수 있습니다.

요약하자면, 여기서도 LC는 샘플의 각 성분을 화학적 특성에 따라 분리하고, MS는 분리된 성분이 정확히 무엇인지 분석하는 역할을 합니다. (A new LC–MS/MS method for multiple residues/contaminants in bovine meat" - BMC Chemistry, "Simultaneous determination of 31 Sulfonamide residues in various livestock matrices using liquid chromatography-tandem mass spectrometry" - Applied Biological Chemistry)

생물학적 동등성 실험에서의 활용

LC-MS/MS를 통해 서로 다른 집단에서 약물이 체내에서 어떻게 작용하는지를 분석할 수 있습니다.

과정 요약

서로 다른 두 그룹의 피험자(및 동물)들에게 각각 시험 약물과 비교 약물을 투여합니다. 이후 일정 시간 간격으로 혈액, 소변, 타액 등의 생체 시료를 채취합니다.

채취한 시료에서 약물과 그 대사산물을 추출하여 LC-MS/MS를 통해 분석합니다.

LC 단계에서 약물과 대사산물은 화학적 특성에 따라 분리가 이루어지며, MS 단계에서는 각각의 성분이 무엇이었는지 식별합니다. LC-MS/MS 데이터를 통해 각 성분의 농도 곡선(AUC), 최대 농도(C_max), 반감기(T_max) 등을 비교 분석합니다. 두 그룹 간의 약물 농도와 분포 패턴을 비교하여 생물학적 동등성(약물의 작용 특성에 있어 두 생물이 유사한 정도)을 평가합니다. 이렇게 약물의 체내 분포 및 대사 경로의 차이를 분석함으로써, 각 약물이 주는 영향을 명확히 파악할 수 있습니다.

 

---

LC-MS/MS분석에서 피크 면적을 활용한 정량 실험:

LC-MS/MS 분석에서 피크는 각 시점에 얼마나 많은 이온이 검출기에 도달하는지를 나타냅니다. 피크의 높이는 해당 시간에 검출기에 도달한 이온의 수와 비례합니다. 이온의 수가 많을수록 피크는 더 높게 나타납니다. (가로축에 해당하는) 시간 축을 따라 각 성분이 칼럼을 통과하면서 분리되고, 그 시점에서의 이온 신호가 기록됩니다. 피크의 면적은 해당 성분의 총량을 나타내며, 이는 해당 성분의 농도를 정량하는 데 이용됩니다.