경북대학교 김성환 교수, 원유와 같은 복합 혼합물과 전자제품에 사용되는 첨단소재 연구에 Waters™ Select Series™ Cyclic™ IMS 시스템 사용 계획
분석장비의 글로벌 선도 기업인 워터스 코퍼레이션(Waters Corporation)은 복합 혼합 물질 연구에서 워터스의 최첨단 이온 이동도 분광기(IMS: Ion Mobility Spectrometry) 활용을 추가로 모색하기 위해 경북대학교 김성환 박사와 오랫동안 유지해온 협업 관계를 공식적으로 확대한다고 밝혔다.
현대 분석화학에서 분자 단계에 유기 혼합물 내의 알려지지 않은 화학물질을 파악하는 것은 중요하지만 어려운 연구 주제이다. 예를 들어, 원유는 대단히 복잡한 유기 혼합물이며 화학적 특성에서 상당한 차이를 갖는다. 석유의 화학적 복잡성을 확인하는 것은 수익성을 최대화할 뿐만 아니라, 석유 제품의 효율성도 개선시켜준다.
데이비드 커틴(David Curtin), APAC 지역의 워터스 부사장은 “본사의 Waters™ Select Series™ Cyclic™ IMS 장비를 한국에 처음으로 경북대학교 김성환 박사의 첨단 연구실에 제공하게 됐다. 김성환 박사 연구실과 함께 공동 전문지식을 활용하면서 석유 분석과 같은 어려운 분석과제 연구를 확대할 것”이라고 밝혔다.
정제 전 석유의 화학적 복잡성을 특성화 하는 것은 어렵지만, 석유 품질을 극대화하기 위해서는 필수적이다.하루에 대략 9,000만 배럴의 석유가 생산되며, 이는 일간 가치로는 $30억 달러가 넘는다. 때문에 화학 특성화 과정이 조금만 개선되어도 정유사에 돌아가는 경제적 혜택은 상당하다.
지난 10여년 간 복합 혼합물에서 화학 물질을 식별하기 위한 분석 방법 개발에 매진해온 김성환 박사는 워터스의 Cyclic IMS(이하, cIMS) 시스템이 이 어려운 분석 과제를 해결하는데 상당한 기여를 할 것으로 기대하고 있다.
이전 이온 이동도(IMS) ToF 질량 분석기(Ion Mobility ToF Mass Spectrometry) 기술의 성능이 원유를 구조적으로 특성화 하는데 유용하기는 했지만, 이 방식은 장비의 이온 이동도(IMS) 분해능으로 인해 제한적이었다. cIMS는 주기적 방식으로 배열된 T-Wave 이온 이동도(travelling wave ion mobility) 장치를 활용하는 특별한 설계 때문에 IMS 사이클 수를 선택함으로써 IMS 분해능 레벨 선택이 가능하고, 이전에는 달성할 수 없었던 수준에서 기체상 이온의 분리를 구현한다.
최근 김성환 박사는 워터스의 연구원들과 함께 cIMS를 활용해서 원유 특성화와 관련된 복잡성과 이성질체 문제를 모두 다루는 논문을 발표했다. 이 연구에서 화학 성분의 상당수가 0.1Da 이하로 구분되었고, 사이클릭 이온 이동도(cIMS)를 통해 이런 화학 성분들을 검출 및 분리할 수 있었을 뿐만 아니라, 개별 성분에 대한 깨끗한 MSMS 스펙트럼을 얻을 수 있었다. 이 연구 결과는 최근 워터스와 공동으로 주최한 웹세미나를 통해 발표되었다.
김성환 박사는 “워터스의 cIMS를 통해 확보한 데이터는 새로운 사이클릭 이온 이동도(cIMS) 질량 분석기가 전에는 본적이 없는 원유를 구성하는 개별 성분의 탠덤 질량 스펙트럼을 제공할 수 있는 강력한 장비라는 것을 확실히 보여주었다”며, “cIMS는 MS 분석 전에 필요한 오랜 LC 또는 GC 분리 과정을 줄여 주기 때문에 전체 분석 시간을 줄이고, 처리량을 늘릴 수 있는 가능성도 보여준다”고 덧붙였다.
