고용량 흡착 추출 프로브 및 GC-MS를 사용한 물과 물고기에서 Geosmin 및 2-Methylisoborneol의 추출 및 검출

[해설자] 이 비디오에서는 고용량 흡착 추출 프로브와 가스 크로마토그래피-질량 분석법(GC-MS)을 사용하여 물과 어류 샘플 모두에서 지오스민과 2-메틸이소보르네올을 추출하고 검출하는 과정을 보여줍니다. 지오스민과 2-메틸이소보르네올은 하천, 연못, 우물 또는 재순환 양식 시스템에서 발생하는 미생물 기원의 휘발성 유기 화합물입니다. 이러한 냄새 화합물은 극도로 낮은 농도에서도 물과 물고기에 불쾌한 냄새와 풍미를 부여할 수 있습니다. 여기에서 우리는 재순환 양식 시스템에서 물을 모으는 과학자를 봅니다. Geosmin과 2-methylisoborneol 물 샘플은 바이알에 공기가 남아 있지 않은 VOC 등급의 갈색 유리 바이알에 수집됩니다. 이렇게 하려면 기포가 남지 않도록 바이알을 물속에 담그고 뚜껑을 닫습니다. 우리는 교정 및 내부 표준을 준비하는 것부터 시작합니다. 먼저, 100밀리리터 부피 플라스크에 100마이크로그램 농도의 100마이크로리터의 지오스민 및 2-메틸이소보르네올 용액을 첨가하여 C1로 표시된 원액을 준비합니다. 플라스크를 부피 표시까지 LC/MS 등급 메탄올로 채웁니다. 그 결과 리터당 10마이크로그램의 농도로 각 분석물을 포함하는 용액이 생성됩니다. 다음으로, 지정된 부피의 C1 원액을 100밀리리터 부피 플라스크에 첨가하고 탈이온수로 부피까지 채워 교정 표준물질을 준비합니다. 이러한 용액은 매우 부패하기 쉽기 때문에 매일 새로운 교정 표준물질을 준비하는 것이 중요합니다. 내부 표준의 경우 IPMP라고도 하는 10마이크로리터의 2-이소프로필-3-메톡시피라진을 LC/MS 등급 메탄올로 채워진 1리터 부피플라스크에 첨가하여 원액 I1을 생성하여 리터당 10밀리그램의 원액을 만듭니다. 그런 다음 100밀리리터 부피 플라스크에 100마이크로리터의 I1 원액을 첨가하고 탈이온수로 채워 리터당 10마이크로그램의 농도를 달성하여 두 번째 용액 I2를 준비합니다. 먼저 20밀리리터 바이알 물 샘플 1개를 샘플 트레이에 넣습니다. 염화나트륨 2.5g의 무게를 측정하여 각 샘플 바이알에 추가합니다. 소금을 첨가하면 물에서 헤드스페이스로의 게오스민과 MIB의 전달이 향상됩니다. 각 바이알에 물 샘플 5밀리리터를 넣고 내부 표준 용액 I2 50마이크로리터를 첨가합니다. 분석물 손실을 최소화하기 위해 준비 직후 각 바이알을 뚜껑을 닫고 밀봉하십시오. 다음 단계는 분석물 추출입니다. 샘플 트레이를 자동 시료 주입기 트레이 홀더에 넣고 다음 키 설정으로 기기 분석법을 준비합니다. 사전 샘플링 교반 시간은 10분입니다. 샘플링 매개변수: 섭씨 65도에서 교반 속도 400RPM으로 30분 동안 배양합니다. 샘플 간의 교차 오염을 방지하기 위해 Wash HiSorb 프로브 옵션이 활성화되어 있는지 확인하십시오. 프로브 탈착: 섭씨 270도에서 15분 동안 설정합니다. 트랩 설정: 섭씨 25도의 트랩 부하 온도와 분당 8밀리리터의 분할 유량. 이러한 설정이 완료되면 물 샘플 분석을 위한 GC-MS 분석법과 함께 자동 시료 주입기를 시작합니다. 어류 조직 분석의 경우 어선 샘플당 20밀리리터 바이알 1개를 트레이에 넣습니다. 푸드 프로세서를 사용하여 생선 조직을 균질화하고 균질화된 조직 1g을 각 바이알에 담습니다. 포화 염화나트륨 용액 5밀리리터를 첨가하고 각 샘플에 100마이크로리터의 내부 표준 용액 I2를 스파이크합니다. 즉시 각 바이알에 뚜껑을 닫고 밀봉하십시오. 어류 샘플의 추출 방법은 물의 추출 방법과 유사하지만 어류 조직의 지질이 풍부한 특성으로 인해 주요 차이점이 있습니다. 이러한 차이에는 사전 샘플링 교반 시간이 포함됩니다. 20분으로 설정합니다. 샘플링 배양 온도: 섭씨 80도에서 교반 속도 400RPM으로 30분 동안 진행합니다. Wash HiSorb 프로브 기능이 활성화되어 있는지 확인합니다. 이러한 단계가 완료되면 어류 샘플 분석을 위한 GC-MS 분석법과 함께 자동 시료 주입기를 실행합니다. 동일한 GC-MS 매개변수가 물과 어류 조직 방법 모두에 적용됩니다. GC에는 5개의 MS 30미터 x 0.25밀리미터 x 0.25미크론 컬럼이 장착되어 있습니다. 초순수 헬륨이 운반 가스로 사용되며 유속은 분당 2밀리리터입니다. 오븐 프로그램은 초기 온도를 섭씨 60도에서 3분 동안 유지한 후 분당 섭씨 10도에서 섭씨 100도, 분당 섭씨 20도에서 섭씨 190도, 분당 섭씨 30도에서 섭씨 280도까지 온도를 상승시키고 최종 유지 시간은 2분입니다. 총 런타임은 약 16.5분입니다. GC와 MS 사이의 이송 라인의 경우 온도를 섭씨 280도로, 이온 소스를 섭씨 250도, 4중 온도를 섭씨 200도로 설정합니다. 스캔 모드용 MS에서는 50에서 350의 질량 대 전하 비율 범위를 사용합니다. 선택된 이온 모니터링 또는 SIM의 경우 정량 및 확인을 위해 IPMP, 152 및 137 질량 대 전하 비율과 같은 이온을 사용합니다. MIB, 95 - 107 질량 대 전하 비율. 그리고 지오스민, 112 및 55 질량 대 전하비. 마지막으로, 오류를 방지하기 위해 항상 크로마토그래피 소프트웨어에서 피크 선택을 수동으로 검토하십시오. 이 프로토콜은 고용량 흡수 추출 프로브 및 GC-MS를 사용하여 물 및 어류 샘플에서 geosmin 및 2-methylisoborneol을 검출하는 단계를 간략하게 설명합니다. 이러한 지침을 주의 깊게 따르면 연구자는 이러한 화합물의 존재를 분석할 때 정확하고 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있습니다. 그림 1은 프로브 탈착 온도가 캐리오버에 미치는 영향을 보여줍니다. 리터당 20나노그램의 지오스민과 2-메틸이소보르네올을 함유한 실험실 표준물질을 세 가지 다른 프로브 탈착 온도에서 분석했습니다. 패널 A는 geosmin 및 MIB에 대한 평균 피크 면적을 제공합니다. 이후 각 프로브를 동일한 초기 온도에서 두 번 더 탈착하여 캐리오버를 평가했습니다. 지오스민과 MIB에 대한 결과는 각각 패널 B와 C에 나와 있습니다. 이월은 초기 피크 면적의 백분율로 피크 면적으로 표시됩니다. 오차 막대는 세 번의 반복실험에 대한 표준 편차를 나타냅니다. 결과는 탈착 온도가 높을수록 감도를 저하시키지 않으면서 캐리오버가 최소화된다는 것을 나타냅니다. 그림 2는 추출을 위해 PDMS 프로브를 사용하여 리터당 15나노그램 및 40나노그램의 분석 표준에 대한 수정된 데이터 복구와 보정되지 않은 데이터 복구의 비교를 나타냅니다. 샘플은 내부 표준으로 2-이소프로필-3-메톡시피라진 또는 IPMP를 사용하여 보정되었습니다. 조정이 없으면 회수율이 상당히 낮았으며 알려진 급증 금액의 약 60%에서 조정되었습니다. 일단 보정되면 회수율은 거의 100%에 가까워졌으며, 이는 정확한 정량화를 위해 내부 표준물질을 사용하는 것이 중요하다는 것을 입증했습니다. 그림 3은 PDMS, 디비닐벤젠 및 탄소 광범위를 포함하는 PDMS 전용 및 삼상 프로브의 두 가지 유형의 프로브를 사용하여 왼쪽의 지오스민과 오른쪽의 2-메틸리소보르네올에 대한 회수 데이터를 리터당 15나노그램으로 비교합니다. 두 프로브 유형 모두 우수한 성능을 보여주지만 PDMS 전용 프로브의 회수율이 약간 더 좋았습니다. 이 결과와 비용 절감을 감안할 때 향후 분석은 PDMS 전용 프로브를 사용하여 수행되었습니다. 그림 4는 지오스민 및 MIB에 대한 검량선의 선형 회귀를 보여줍니다. 실선 범위는 R-제곱 값이 0.9999인 geosmin을 나타내고 점선은 역시 R-제곱 값이 0.9999인 MIB를 나타냅니다. 두 곡선 모두 최소한의 오류로 우수한 선형성을 보여 테스트된 농도 범위에서 분석법의 정량적 정확도를 검증합니다. 그림 5는 7개의 서로 다른 양식 시스템에서 채취한 물 샘플에서 지오스민과 2-메틸이소보르네올의 농도를 보여줍니다. 패널 A는 지오스민 농도를 보여주고 패널 B는 MIB 농도를 보여줍니다. 각 시스템은 최소 3번의 반복실험을 수행했으며 대부분의 경우 이러한 화합물의 농도는 분석법 검출 한계를 초과했습니다. 시스템 1로 표시된 한 시스템은 지오스민에 대한 인간 냄새 임계값을 초과하여 해당 시스템의 수질에 잠재적인 문제가 있음을 강조했습니다. 그림 6은 F1과 F2로 표지된 두 개의 어류 샘플의 데이터를 제공하며, 여기에는 지오스민과 2-메틸이소보르네올이 첨가되었습니다. 두 화합물을 모두 회수율과 정밀도를 결정하기 위해 세 번으로 분석되었습니다. 지오스민과 MIB의 농도와 스파이크된 어류 샘플이 표시되어 지질이 풍부한 어류 조직에서도 이러한 화합물을 정확하게 검출할 수 있는 방법의 능력을 보여줍니다. 오늘 설명된 방법은 지오스민 및 2-메틸이소보르네올의 민감한 검출을 위한 강력한 프레임워크를 제공합니다. 고용량 흡착 추출 프로브와 정밀한 GC-MS 분석의 통합을 통해 검출 능력을 크게 향상시키는 기술을 시연했습니다. 이러한 방법론적 발전은 처리량을 향상시킬 뿐만 아니라 인적 오류의 위험을 줄이고 결과의 재현성을 높입니다. 우리가 이러한 기술을 지속적으로 개선함에 따라 의심할 여지 없이 환경 모니터링 및 식품 품질 평가 분야에서 없어서는 안 될 도구가 될 것입니다.