질량분석기 입문서

질량분석기 이해하기

이 입문서는 현대적 질량분석기 사용과 관련된 광범위한 주제를 다루고 있으며 질량분석기의 사용 및 기능에 대해 자주 묻는 몇 가지 질문에 대한 답변을 제공합니다. 또한 전문가가 아닌 사용자들이 보다 깊이 있는 내용을 접할 수 있도록 작성된 자료를 담은 링크도 제공합니다. 첫 번째 섹션에서는 누가 질량분석기를 사용하는지에 대해 살펴보고 질량분석기로 분석할 소스에서 화합물이 어떻게 이온화되는지 알아봅니다. 다음은 다양한 유형의 질량분석기에 대한 설명으로 질량 정확도 및 분리능의 중요한 주제 또는 밀접하게 관련된 화합물 간의 차이를 얼마나 잘 구별할 수 있는지에 대해 알려드립니다. 케미스트리, 샘플 전처리 및 데이터 처리는 물론 오늘날 가장 일반적인 형태의 MS에서 자주 사용되는 몇 가지 용어에 대한 정의도 함께 설명합니다.

질량분석기의 간략한 역사

1897년 – 현대적 질량분석기(MS)기가 탄생하는 데는 영국 맨체스터에서 조지프 존 톰슨(J.J. Thomson)이 수행한 음극선관 실험이 큰 기여를 한 것으로 인정받고 있습니다.
1953년 – 볼프강 파울(Wolfgang Paul)은 Quadrupole 및 Quadrupole 이온 트랩을 발명하여 노벨 물리학상을 수상했습니다.
1968년 – 말콤 돌(Malcolm Dole)은 현재 사용 중인 전기 분무 이온화(ESI)를 개발했지만 그 공로를 크게 인정은 받지는 못했습니다. 진공 상태에서 에어로졸이 생성되기 때문에 실제 사용하기에는 너무 어려운 것으로 여겨졌습니다. 액체는 응축상의 100배에서 1000배 사이의 부피 증가를 나타냅니다(표준 조건에서 물 1mL/분은 증기 1L/분을 발생시킴).
1974년 – 주로 가스 크로마토그래피(GC)를 기반으로 하는 대기압 화학적 이온화(APCI)가 Horning에 의해 개발되었지만 널리 채택되지는 않았습니다.
1983년 – 액체 스트림을 가열하는 Vestal과 Blakely의 연구는 열분무로 알려지게 되었습니다. 이는 오늘날 상업적으로 응용되는 기기의 시초가 되었습니다.
1984년 - Fenn은 ESI 연구를 통해 출판한 저서로 1988년에 노벨상을 수상했습니다.

누가 MS를 사용합니까?

질량분석기(MS)에 대해 알아보기 전에 먼저 자신이 수행하는 분석 유형과 이러한 분석을 통해 기대하는 결과를 고려해야 합니다.

단백질 및 펩타이드와 같은 고분자를 분석하거나 작은 수용성 분자에 대한 데이터를 얻고 싶으신가요?
세부 수준이 정해진 상태에서 타겟 화합물을 찾고 계신가요? 아니면 미지의 샘플을 특성화하고 싶으신가요?
현재 분리 방법이 잘 정립되었나요? 아니면 복잡한 매트릭스에서 분석법을 개발해야 하나요?
400.0125MW(또는 질량 400에서 2mDa)와 같이 400MW 또는 5ppm의 단위 질량 정확도가 필요한가요?
하루에 수백 개의 샘플을 처리해야 합니까? 아니면 수천 개의 샘플을 처리해야 합니까? 심지어 수만 개의 샘플을 처리해야 합니까?

분석물의 특성을 결정하는 능력은 기기의 성능에 따라 증가합니다.

화학, 생화학 및 물리학의 다양한 학문과 하위 학문의 연구자와 실무자는 정기적으로 질량분석기의 분석에 의존합니다. 약물 발견 및 개발에 참여하는 제약 업계 종사자들은 MS의 특이도, 다이나믹 레인지 및 감도에 의존하여 복잡한 매트릭스에서 밀접하게 관련된 대사산물을 구분하고 이어서 대사산물을 식별 및 정량화합니다. 특히 합성 및 초기 약물 동력학으로부터 화합물 ID와 순도를 결정하는 약물 발견에서는 MS가 필수적입니다.

생화학자들은 MS의 사용 범위를 단백질, 펩타이드 및 올리고뉴클레오타이드 분석으로 확장합니다. 그들은 질량분석기를 사용하여 효소 반응을 모니터링하고, 아미노산 서열을 확인하고, 단백질 분해 조각에서 파생된 샘플을 포함한 데이터베이스에서 크기가 큰 단백질을 식별합니다. 그들은 또한 수소-중수소 교환 연구를 통해 수행되는 단백질 폴딩(folding)과 생리학적 조건에서 중요한 단백질-리간드 복합체 형성을 모니터링합니다.

임상 화학자들 역시 약물 검사 및 신생아 선별 검사에서 정확도가 떨어지는 면역측정법(immunoassay)의 결과를 대체하여 MS를 도입하고 있습니다. 식품 안전 및 환경 연구자들도 마찬가지입니다. 산학 연계를 맺고 있는 산업체들과 함께 그들은 PAH 및 PCB 분석, 수질 연구, 식품의 잔류 농약 측정 등을 위해 MS로 눈을 돌렸습니다. 복잡하고 비용이 많이 드는 오일 조성을 파악함으로써 초기 질량분석기의 개발이 촉진되었고 지속적으로 기술 발전을 주도하고 있습니다.

오늘날 MS 실무자들은 입증된 기능을 갖춘 다양한 기기 중에서 응용 목적에 맞는, 강력하고 신뢰할 수 있는 다양한 이온화 기술을 선택할 수 있습니다.

참고 문헌: MS - The Practical Art, LCGC

Profiles in Practice Series: Metabolism ID and Structural Characterization in Drug Discovery, Vol. 23, No. 2, February 2005
- 이것이 중요한 이유: 두 명의 주요 업계 전문가가 대사산물 식별에 사용되는 접근 방식을 설명하고 서로 비교합니다.

Profiles in Practice Series: Stewards of Drug Discovery-Developing and Maintaining the Future Drug Candidates, Vol. 23, No. 4, April 2005
- 이것이 중요한 이유: 대형 제약 회사와 소규모 전문 회사의 관점에서 후보 약물 화합물 및 라이브러리의 개발과 취급을 비교합니다.

Profiles in Practice Series: A Revolution in Clinical Chemistry, Vol. 23 No. 8 August 2005
- 이것이 중요한 이유: 의료 전문가들은 최근 환자 정보의 정확도, 속도 및 품질을 대폭 개선하기 위한 수단으로 MS를 도입했으며, 이는 아직도 진행 중인 과정입니다.

Profiles in Practice Series: Advances in Science and Geopolitical Issues (Food Safety), Vol.23 No. 10 October 2005
- 이것이 중요한 이유: 기기의 견고성과 감도가 향상됨에 따라 MS는 규제 테스트 방식에 변화를 가져오고 있으며, 전 세계에 광범위하게 영향을 미치고 있습니다.