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질량분석기의 구성

Turbo pumps Diffusion pumps Rough pumps Rotary pumps. High Vacuum System. Ion source. Mass Filter. Data System. Inlet. Detector. Sample plate Target HPLC GC Solids probe DCI. MALDI Electro-spray (IonSpray) APCI FAB LSIMS EI CI. TOF Quadrupole Ion Trap

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질량분석기의 구성

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Presentation Transcript

  1. Turbo pumps Diffusion pumps Rough pumps Rotary pumps High Vacuum System Ion source Mass Filter Data System Inlet Detector • Sample plate • Target • HPLC • GC • Solids probe • DCI • MALDI • Electro-spray • (IonSpray) • APCI • FAB • LSIMS • EI • CI • TOF • Quadrupole • Ion Trap • Magnetic • Sector • FTMS • Micro-channel • Plate • Electron • Multiplier • “Hybrid” • PC’s • Sun SPARKStation • DECStation 질량분석기의 구성

  2. 질량분석에서의 이온화 방법들 • EI (Electron ionization) - Filament 등의 thermionic emission에 의해 방출되는 열전자를 이용한 이온화. 이용하기가 매우 간단하고 용이함. 비선택적 이온화 과정에서 fragmentation되는 경향이 강함. • PI (Photoionization) – Lamp나 laser등에서 나오는 빛을 이용한 이온화. 선택적으로서 들뜬 상태에 대한 정보를 필요로 함. 많은 장비가 필요하나 fragmentation이 심하지 않고 다양한 변형이 가능함. • ESI (Electrospray ionization) & TSI (Thermospray ionization) – 응축상 시료에 대한 전기장 또는 열을 이용한 분무방식의 vaporization/ionization. Multiply charged ion이 생성. Fragmentation 이 심하지 않고 액체등의 시료에 매우 적합함.

  3. CI (Chemical ionization) – 이온/분자간 화학반응에 의한 이온화. EI 다음으로 널리 사용되며 양이온뿐만 아니라 음이온도 생성됨. • FI (Field ionization) – 양자역학적 electron tunneling에 의한 이온화. 거의 fragmentation이 없슴. 매우 낮은 감도. • FAB (Fast atom bombardment) ionization - 전하교환을 통해 얻어진 고속 원자를 액체/고체 시료에 충돌시켜 일어나는 분자의 ejection/ionization. 비휘발성 물질 및 쉽게 분해되는 분자들의 질량 분석에 적합. • MALDI (Matrix-assisted laser desorion/ionization) – matrix solution에 laser를 조사할 때 일어나는 탈착 및 이온화. 휘발성이 작거나 잘 녹지 않는 시료에 적합함. Fragmentation이 적음.

  4. TOF (Time-of-Flight) FT-ICR

  5. Mass analyzer의 종류 Magnetic sector Ion trap Quadrupole

  6. Why interested in MALDI-TOF MS? • High mass range • Speed of analysis • Sensitivity • Simplicity/ease-of-use • New research approach • Robustness/tolerance for sample impurities • Utility as a complement to other MS methods • Low cost • Basic interest in the technique

  7. MALDI-TOF 질량분석기 • MatrixAssistedLaserDesorptionIonization • Time Of Flight Mass Spectrometry Voyager Voyager DE-STR

  8. Matrix의 화학구조 2,5-dihydroxybenzoic acid (2,5-DHB) 2,4,6-trihydroxy acetophenone (THAP) Sinapinic acid (3,5-Dimethoxy-4-hydroxy cinnamic acid) 2-(4-hydroxyphenylazo)-benzoic acid (HABA) trans-3-indoleacrylic acid 3-hydroxypicolinic acid (3-HPA) -cyano-4-hydroxycinnamic acid Dithranol

  9. Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) In Matrix-Assisted Laser Desortion Ionization (MALDI), sample is embedded in a low molecular weight, UV-adsorbing matrix that enhances intact desorption and ionization of the sample. The matrix is present in vast excess of sample, and therefore isolates individual sample molecules.

  10. Flight Tube (0.5 – 4m) Ion Source (4 – 25 KV) Detector KE=1/2mv2 TOF에서 분자 이온들의 분리

  11. Flight Tube Detector 4-25 kV Ion Source Reflector (Ion Mirror) Reflector 또는 ion mirror 는 이온발생 부위에서 동일한 질량의 이온들이 초기 에너지 분포(initial energy spread)를 갖는 것을 보정하여 분리능을 증가 시킨다. Reflector TOF 내 분자이온의 비행

  12. N(n0) Grids n0 fast slow + + detector sample + + Uslow > Ufast tslow = tfast hn < DE의 원리 > Initial velocity distribution of desorbed ions of the same mass DE affords velocity focusing of desorbed ions at the detector that enhances resolution and mass accuracy

  13. 1996 년 Linear mode Reflector mode continuous extraction R=650 delayed extraction R=1,100 delayed extraction R=11,000 continuous extraction R=125 6130 6140 6150 6160 6170 10600 10800 11000 11200 11400 11600 m/z m/z Sample: mixed base DNA 36-mer Sample: mixed base DNA 20-mer 1999 년 Bov. ubiquitin Cytochrome c 100 8564.8 12360.5 90 80 M/DM=33,000 M/DM=37,000 70 60 % Intensity 50 40 30 20 10 Mass (m/z) Mass (m/z) 12354 12378 8540 8560 8580 DE 방식에 의한 분리능의 향상

  14. Drug 또는 peptide 혼합물중 특정 분자의 분자만 선택하여 MS/MS 실행 Drug 또는 peptide 혼합물 + + MS MS/MS + + + + MS / MS 란? MALDI-TOF 에서는 PSD (post source decay), CID (collision induced dissociation) MS/MS 방법이 있음

  15. PSD (Post Source Decay) • PSD: Source 이후에 분자이온이 분해 된다는 의미로, 강한laser 세기에서, 일부의 분자 이온들은 ion source 떠나 flight tube내를 비행할 때 분해되어 ion fragment 와neutral fragment가 생성 됨. • 생성된 neutral fragment 와 ion fragment가 계속해서 flight tube내의 field free region을 이동. • 이 조각 이온들은 조각나지 않은 원래 이온( original ion ) 과 동일한 속도를 가지고 감소된 질량 비행을 reflector 에 도달할 때 까지 계속하나 reflector 에서 원래 이온들과 분리되어 initial acceleration을 적게 받은 것 처럼 행동한다. Ion mirror또는 reflector에서 이온들은 electric field 에 의해 날라왔던 방향으로 되돌아 가게 됨.

  16. Q-TOF mass spectrometer

  17. + M + (M+1) + (M+2) Isotope patterns C10H18 화합물에 C-atoms의 수가 증가함에 따라 화합물에 한 개의 13C 이 존재할 확률도 증가하게 된다. 10 carbon atoms를 갖는 화합물에서 대량적인 (M+1) 상대적인 피크 크기는 10 x 1.1 = 11 %이다. 또한 두개의 13C atoms 이 존재할 확률도 증가하게 된다.

  18. + M + (M+1) + (M+2) Angiotensin I (resolution 3000) 큰 질량의 화합물에서(carbon atom 수 가 많은 경우) 상대적으로 isotopes의 존재가 많아져 isotopic pattern이 강해지게 된다. Angiotensin I (C62H89O14N17) 은 mass가 1296.68 이며 13C peak (M+1)는 순수한 12C peak 약 70%세기이다.

  19. MALDI-TOF 주요 응용분야

  20. Monoisotopic mass 는 isotope peak 중 가장 작은 질량의 peak Monoisotopic mass 1 • Isotopes 들이 명확이 분리되는 경우 monoisotopic mass가 가장 정확하게 (accurate ) 측정된 질량값으로 이용된다. C, H, O, N, S, P 만을 포함하는 화합물에서 monoisotopic mass 값은 isotopic peak들 중 가장 적은 질량의 peak에 해당한다. • Monoisotopic mass는 화합물의 구성하고 있는 원소들의 자연계에 가장 많이 존제하는 isotope의( H = 1.007825, C = 12.000000(by definition), O = 15.994915, etc. ) 정확한 질량값을 합하여 계산됨으로 가장 정확하게 정의되는 질량이므로 분리능이 좋으면 가장 선호되는 질량 표현법이다.

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