[Ru(bpy)_(3)^(2+)] 전기화학발광(ECL)을 이용한 biogenic Amine류의 CE 검출법 개발 = Development of electrogenerated chemiluminescence detection using Tris(2,2'-bipyridyl)ruthenium(II) [Ru(bpy)_(3)^(2+)] in capillary electrophoresis for biogenic amines

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 모세관 전기이동법(Capillary electrophoresis, CE)을 이용하여 Amine기를 포함한 생체활성을 갖는 신경전달물질성 약물을 선택적이면서 고감도로 검출하기 위한 방법으로 sheath flow reactor에서 Tris(2,2'-bipyridine)ruthenium(II[Ru(bpy)_(3)^(2+)] 전기화학발광(ECL)을 이용하여 시료를 검출하였다. 후-컬럼 혼합 방법(post-column mixing method)를 적용하여, amine류인 phenothiazine을 특별한 유도체화 과정을 거치지 않고, 산화제를 이용해 산화된 Ru(bpy)_(3)^(2+)의 화학발광(CL)에 의한 검출특성을 연구 하였다.
전기적인 산화를 위해 흐름셀(flow cell)을 직접 제작하였고, 셀에 전극을 구성하여 Ru(bpy)_(3)^(2+)용액이 반응 용기로 이동되어 오면 전극에 가해진 1.3V의 전압에 의해 즉시 Ru(bpy)_(3)^(2+)로 산회되도록 장치를 고안하였다. 흐름셀을 통해서 산화된 Ru(bpy)_(3)^(2+)는 컬럼을 통해 분리된 시료와 반응하여 610mm의 오렌지 빛을 발생시키는데 이를 PMT(photo multiplier tube)로 검출하였다.
전기화학발광은 pH 6.0 sheath flow 속도는 1mm/s (3.6ml/min), Ru(bpy)_(3)^(2+)농도는 0.5 mM의 최적화된 조건하에서 산화상태의 Ru(bpy)_(3)^(2+)가 분석물과 반응하여 화학발광을 발생하고 그 결과 phenothiazine류의 경우 1∼20fmol까지 검출 가능하였다. 이때 발생하는 빛의 양은 분석물의 농도에 비례하게 된다. 또한 실제 시료인 인뇨(human urine)매질 하에서도 특별한 전처리 과정을 거치지 않고, 검출이 가능함을 확인할 수 있었다.
본 연구를 통해 CE^(-)Ru(bpy)_(3)^(2+)ECL을 이용한 3차 alkylamine류를 선택적이면서도 고감도로 검출할 수 있었다. 이러한 과정을 통해 개발된 ECL검출법은 여러 생리활성 물질의 특성 확인과 검출, 약물의 모니터링이나 생체 약물의 오용도 검사 등에 중요하게 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The unique electrogenerated chemiluminescence(ECL) detection for capillary electrophoresis(CE) has been developed based on the Ru(bpy)_(3)^(2+) ECL reaction with sheath flow reactor. Studies are done post-column addition of Ru(bpy)_(3)^(2+) incorporated in the mobile phase. Ru(bpy)_(3)^(2+)-based ECL detection can be used to detect most amines without derivatization, thus facilitating the optimization of the CE separation process independent of the detection method.
For this method, separated analytes are mixed at a sheath flow cuvette with a Ru(bpy)_(3)^(2+) stream and combined solution is then delivered to the detection cell. On the electrode surface of cell, Ru(bpy)_(3)^(2+)is oxidized to Ru(bpy)_(3)^(2+) by applied potential of 1.3V which reacts with the analyte and then emits the light of 610nm.
Several optimized ECL conditions were experimentally detemined because ECL intensity was affected by pH, sheath flow rate, concentration. Sheath flow cell reactors afford sensitive detection in spite of very short reaction times. The sheath flow post column reactor reported here has achieved detection limits as low as fmol level with S/N of 3. In addition the determination of phenothiazine derivatives in human urine sample was performed by CE-ECL.

목차 (Table of Contents)

• 차례 = i
• List of Figures = v
• List of Tables = vii
• 국문요약 = viii
• 제1장 서론 = 1
• 제2장 이론 = 7
• 제1절 모세관 전기이동법 = 7
• 1.1 서론 = 7
• 1.2 전기삼투적 흐름 = 11
• 1.2.1 서론 = 11
• 1.2.2 전기삼투적 흐름의 장점 = 11
• 1.2.3 전기삼투적 흐름의 원리 = 11
• 1.2.4 전기삼투적 속도의 이동도 = 14
• 1.2.4.1 걸어준 전기장 = 15
• 1.2.4.2 완충용액의 pH = 15
• 1.2.4.3 완충용액의 농도 또는 이온세기 = 16
• 1.2.4.4 온도 = 16
• 1.2.4.5 유기용매 = 17
• 1.2.4.6 모세관 표면의 화학적 변형 = 17
• 1.2.5 역 삼투적 흐름 = 18
• 1.3 전기이동적 이동도 = 20
• 1.3.1 서론 = 20
• 1.3.2 전기이동적 이동도에 영향을 주는 요소 = 24
• 1.3.2.1 시료으이 전하 = 24
• 1.3.2.2 시료의 크기 = 24
• 1.4 전기이동적 분리인자 = 25
• 1.4.1 서론 = 25
• 1.4.2 이동시간 = 25
• 1.4.3 분리효율 = 26
• 1.4.4 분리도 = 28
• 제2절 Sheath flow cuvette = 31
• 2.1 서론 = 31
• 2.2 Sheath flow cuvette = 34
• 제3절 모세관 전기이동법에서의 전기화학발광 검출법 = 40
• 3.1 서론 = 40
• 3.2 화학발광(Chemiluminescence, CL) = 41
• 3.3 Ru(bpy)_(3)^(2+) 전기화학발광(Electrochemiluminascence, ECL) = 43
• 제3장 실험 = 48
• 제1절 측정 기기 및 실험 기구 = 48
• 제2절 시료와 이동상 = 51
• 제3절 실험 방법 = 53
• 3.1 Phenothiazine 유도체의 Ru(bpy)_(3)^(2+) CL = 53
• 3.1.1 Sheath flow 유속의 효과 = 53
• 3.1.2 CE를 이용한 phenothiazine의 분리조건결정 및 검출한계 = 53
• 3.1.3 Phenothiazine 표준물들이 첨가된 인뇨 시료의 준비 = 54
• 3.2 Phenothiazine 유도체의 Ru(bpy)_(3)^(2+) ECL = 54
• 3.2.1 pH의 효과 = 54
• 3.2.2 Sheath flow 유속의 효과 = 55
• 3.2.3 유기용매 효과 = 55
• 3.2.4 Phenothiazine의 분리조건결정 및 검출한계 = 55
• 3.2.5 Phenothiazine 표준물들이 첨가된 인뇨 시료의 준비 = 56
• 제4장 결과 및 고찰 = 57
• 제1절 Phenothiazine 유도체의 Ru(bpy)_(3)^(2+) CL = 57
• 1.1 Sheath flow reactor 제작 = 57
• 1.2 Sheath flow 유속의 효과 = 60
• 1.3 CE를 이용한 phenothiazine의 분리 조건 결정 및 검출한계 = 63
• 1.4 Phenothiazine 표준물들이 첨가된 인뇨 시료의 검출 = 65
• 제2절 Phenothiazine 유도체의 Ru(bpy)_(3)^(2+) ECL = 67
• 2.1 ECL cell 제작 = 67
• 2.2 Sheath flow 유속의 효과 = 69
• 2.3 pH 효과 = 71
• 2.4 Phenothiazine 유도체들의 상대적 ECL 세기 비교 = 73
• 2.5 유기용매의 효과 = 76
• 2.6 검정곡선 및 검출한계 = 76
• 2.7 Phenothiazine 표준물들이 첨가된 인뇨 시료의 검출 = 79
• 제5장 결론 = 81
• 참고문헌 = 83
• 영문요약 = 86