화학 분석이나 생명과학 연구를 위해 질량 분석기(LC-MS 등)를 사용하다 보면, 내가 넣은 샘플 외에 정체 모를 피크들이 규칙적인 간격으로 줄줄이 찍혀 나와 당황했던 경험이 한 번쯤 있으실 겁니다.
이러한 피크들은 대부분 실험 과정이나 기기 내부에서 유입된 오염물(Contaminants) 입니다. 이 오염물들은 단순히 데이터만 지저분하게 만드는 것이 아니라, 실제 분석하고자 하는 타겟 물질의 이온화를 방해(Ion suppression)하여 정확한 정량/정성을 가로막는 주범이 되기도 합니다.
질량 분석 데이터에서 가장 흔하게 발견되는 대표적인 오염물 4가지의 정체와 주요 출처, 그리고 데이터상의 특징을 정리합니다.
1. 폴리에틸렌 글리콜 (PEG, Polyethylene Glycol)
실험실에서 가장 흔하게, 그리고 가장 강력하게 나타나는 오염물입니다.
오염물의 출처
플라스틱 튜브(EP tube), 피펫 팁, 일회용 주사기 등 플라스틱 소모품에서 가소제나 윤활제로 사용되던 성분이 용매에 녹아 나옵니다.
실험실에서 사용하는 각종 세제나 세척액, 혹은 일부 완충액(Buffer)에 계면활성제 성분으로 포함되어 있기도 합니다.
데이터상의 특징
PEG는 고분자이기 때문에 C_2H_4O 기차가 계속 연결된 형태를 띱니다. 따라서 질량 분석기 화면에 정확히 44.026 Da 간격으로 빗 모양(Comb pattern)처럼 줄줄이 피크가 뜨는 것이 가장 큰 특징입니다.
특히 환경 중에 흔한 나트륨 이온(Na+)과 잘 결합하기 때문에, 분석 시 수소 결합(H+) 피크 외에도 나트륨이 붙은 피크가 세트로 아주 강하게 검출됩니다.
2. 실록세인 (Siloxane / Polysiloxane)
기기 자체나 소모품의 물리적인 부분에서 유래하는 대표적인 오염물입니다.
오염물의 출처
질량 분석기나 LC/GC 시스템 내부의 고무 셉텀(Septum), 오링(O-ring), 펌프 오일 등에서 유출됩니다.
특히 오랫동안 사용한 LC 컬럼의 고정상이 서서히 분해되면서 씻겨 나오는 현상(Column Bleeding)에 의해 검출되는 경우가 매우 많습니다.
데이터상의 특징
실록세인은 규소(Si)와 산소(O)가 반복되는 구조를 가집니다. 데이터상에서는 정확히 74.018 Da 간격으로 반복되는 피크 패턴을 보입니다.
공기 중에 떠돌아다니는 유기 실리콘 성분이 기기 내부로 유입되어 베이스라인(바탕선) 전체를 높이는 주된 원인이 되기도 합니다.
3. 프탈레이트 계열 (Phthalates / DEHP, DBP 등)
플라스틱을 부드럽게 만들기 위해 사용하는 가소제 성분입니다.
오염물의 출처
일상적으로 사용하는 비닐랩, 플라스틱 용기, 실험용 장갑(Glove) 등에서 광범위하게 용출됩니다.
심지어 공기 중의 먼지나 유기 용매(Solvent) 자체에 미량 녹아있다가 오염을 일으키기도 합니다.
데이터상의 특징
PEG나 실록세인처럼 연속으로 나오는 고분자는 아니며, 특정 질량에서 단발성으로 아주 강하게 튑니다.
가장 대표적인 오염 물질인 DEHP의 경우 수소 결합 기준 391.2843 m/z, 나트륨 결합 기준 413.2662 m/z 에서 피크가 나타납니다. 만약 데이터에 이 숫자가 보인다면 "아, 플라스틱 비닐이나 장갑에서 오염되었구나"라고 생각하시면 됩니다.
4. 나일론 (Nylon)
샘플을 깨끗하게 거르기 위해 사용하는 필터에서 역으로 유출되는 아이러니한 오염물입니다.
오염물의 출처
분석 전 샘플의 찌꺼기를 거르기 위해 사용하는 나일론 재질의 멤브레인 필터(Syringe filter)에서 나일론 성분이 용매에 녹아 나옵니다.
데이터상의 특징
나일론 합성 과정에서 완전히 중합되지 않고 남아있던 이량체(Dimer), 오량체(Pentamer) 등의 작은 조각들이 검출됩니다.
나일론 이량체는 약 227.1754 m/z, 오량체는 566.4276 m/z 부근에서 뚜렷한 피크를 형성합니다. 샘플을 필터링한 직후에 갑자기 이 질량대의 피크가 강해졌다면 필터 재질을 의심해 봐야 합니다.
오염물을 줄이기 위한 현실적인 실험 팁!
이러한 백그라운드 오염물들을 100% 완벽하게 차단하는 것은 불가능에 가깝습니다. 하지만 다음과 같은 습관으로 오염을 최소화할 수 있습니다.
소모품의 등급 확인: 질량 분석용으로 인증된 고품질의 LC-MS Grade 튜브와 팁을 사용하세요(벌크 제품은 가급적 사용하지 마세요).
유기 용매 조심: 강한 유기 용매(Chloroform, Hexane 등)는 플라스틱을 쉽게 녹이므로, 가급적 유리 용기(Glass vial)를 사용하는 것이 안전합니다.
블랭크(Blank) 체크: 본격적인 샘플 분석 전, 용매만 넣은 블랭크를 먼저 찍어 기기나 용매 자체에 깔끔하게 어떤 오염 피크들이 기본으로 깔려 있는지 미리 파악하는 습관이 중요합니다.
데이터를 해석할 때 위에서 언급한 대표적인 오염물들의 질량 값(m/z)을 미리 알고 있다면, 양질의 분석이 가능할 것입니다.
