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Contents

Introduction 5

Part I. Evaluation of Discrimination Performance 6

Part II. Coffee Ring Effect as a Separation Method 7

Experimental Section 9

Sample preparation 9

IR spectra 10

NIR spectra 10

NMR spectra 11

Raman spectra 11

Wide Area Illumination (WAI) IR Spectra 12

Results and Discussion 12

Part I. Evaluation of discrimination performance 12

1. Spectral features 12

2. PCA Analysis 15

Part II. Coffee Ring Effect as a Separation Method 16

1. Investigation of coffee ring effect 16

2. PCA Analysis 17

3. Coffee ring effect as a preliminary separation method 19

CONCLUSION 20

Figure Legends 23

Reference 24

국문 요약 26

List of Figure

Figure 1. Schematic diagram of WAI-IR scheme (제목없음) 28

Figure 2. Average IR(a), NIR(b) and NMR(c) spectra and the corresponding difference spectrum of normal and great chloroplast tobacco. (제목없음) 29

Figure 3. Score scatter plots using IR(a), NIR(b) and NMR(c) spectra. The first and second principal components are used. (제목없음) 30

Figure 4. Five spectra collectedwith different microscope positions (2 spectra from both edges, 1 spectrum from center and 2 spectra from the middle between center and edge). The spots corresponding to spectral collection are also depicted in the... (제목없음) 31

Figure 5. The variation of scores (first and second) along the diameter of the dried spot (제목없음) 32

Figure 6. Average spectrum of 73 spectra collected along diameter using IR microscope (dotted line)and the spectrum of the same sample collected by WAI-IR scheme (solid line). (제목없음) 33

Figure 7. Average IR spectra of wild and great chloroplast tobacco from pellet samples (a) and dried liquid extract using WAI-IR scheme (b). Additionally, the difference spectrum between average spectra of wild and great chloroplast is shown on... (제목없음) 34

Figure 8. Score scatter plot for the discrimination between wild and great chloroplast tobacco using pellet sample (a) and dried liquid extract sample (b). (제목없음) 35

Figure 9. Score scatter polt (first and second) of spectra collected using a IR microscope along the diameter of the dried spot (a) and average spectra of group of most different scores (b). (제목없음) 36

초록보기

대사체 지문분석 (metabolic finger printing)은 대사물질 분석 중 한 가지 전략이며 이것은 최소한의 전처리만을 거친 시료에 대한 대략적인 분류나 선발을 목적으로 하는 분석법이다. 이러한 전략적인 목적은 시료내부에 존재하는 대사물질 각각에 대한 확인보다는 대량의 시료에 대해 신속하고 고효율의 분석을 요구하며, 일반적으로 분자 분광법이 널리 이용되고 있다. 분자 분광법은 시료의 전처리를 최소화 할 수 있고, 비파괴적으로 빠르게 시료에 대한 화학적, 물리적 정보를 얻어낼 수 있으며, 다변량 통계기법을 이용하여 얻어진 스펙트럼을 분석하여 신속하게 시료에 대한 분류를 수행할 수 있다.

본 연구에서는 유전자 조작을 거쳐 거대 엽록소를 가진 담배시료와 일반 담배시료간의 차이를 구분하기 위해 적외선(IR spectroscopy), 근적외선(NIR spectroscopy), 핵자기공명(NMR)과 라만 분광법(Raman spectroscopy)을 이용하였다. 시료는 가루 형태로 네 가지 다른 분자 분광법을 이용하여 측정되었고, 얻어진 스펙트럼은 PCA 알고리듬을 통해 구분되었다. 첫 번째와 두 번째 스코어를 이용한 2차원 평면상에서, 라만분광법을 제외한 모든 실험에서 일반 담배시료와 거대엽록소 담배의 스펙트럼이 구분되었으며, 구분율은 적외선 분광법이 4.1%로 1.1%, 1.4%의 분리효율을 보인 근적외선이나 핵자기 공명 분석법에 비해 월등히 좋은 효율을 보였다. 이러한 적외선 분광법의 높은 효율을 이용하여 시료의 액체 추출물이 적외선을 이용하여 측정되어 고체시료를 이용한 분리 효율결과와 비교되었다.

액체 추출시료는 자동화를 통한 고효율 분석에 유리하지만 액체시료가 건조되면서 형성되는 커피링 효과(coffee ring effect)는 스펙트럼의 대표성을 떨어뜨리는 원인이 된다. 본 연구에서는 이를 극복하기 위하여 광역조사 적외선 분광법(Wide Area Illumination IR : WAI)을 이용하였으며, 현미경 적외선 분광법을 이용하여 새로운 분리 방법으로서 커피링 효과의 이용을 시도하였다.

광역조사 적외선 분광법을 이용한 실험에서도 역시 거대 엽록소를 가진 담배와 일반 담배가 확연하게 구분되었으며, 적외선 현미경을 이용하여 측정되어진 액체 추출시료의 스펙트럼은 새로운 분리 방법으로서의 커피링 효과의 이용 가능성을 확인하였다.

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