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질량분석기의 구성

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질량분석기의 구성 - PowerPoint PPT Presentation


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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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Presentation Transcript
slide1

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

slide2

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.
slide3

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.
slide5

Mass analyzer의 종류

Magnetic sector Ion trap

Quadrupole

slide6

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
slide7

MALDI-TOF 질량분석기

  • MatrixAssistedLaserDesorptionIonization
  • Time Of Flight Mass Spectrometry

Voyager

Voyager DE-STR

slide8

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

slide9

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.

slide10

Flight Tube (0.5 – 4m)

Ion Source (4 – 25 KV)

Detector

KE=1/2mv2

TOF에서 분자 이온들의 분리

slide11

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

slide12

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

slide13

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

slide14

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

slide15

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.

slide17

+

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.

slide18

+

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.

slide20

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.