질량분석 입문서

질량분석기는 동전보다 작을 수도 있고 큰 방을 채울 수도 있습니다. 다양한 기기 유형이 광범위한 응용 분야에 사용되지만, 기기에 특정한 작동 개념은 크게 다르지 않습니다. 측정 단위는 amu와 같은 다른 용어를 대체하는 달톤(Da)입니다. 1Da = 탄소 12 동위원소 단일 원자 질량의 1/12(¹²C).

화합물 ID를 결정하는 부가적 정성 분석 기기로만 채택되었던 질량분석기는 엄격한 정량화에는 이용할 수 없는 것으로 여겨졌습니다. 그러나 최근 들어 정량 및 정성 분석에 적합한 기기로서 가치를 입증하고 있습니다.

질량분석기는 분자를 기체상 이온으로 변환한 후에만 분자의 질량을 측정할 수 있습니다. 이를 위해 분자에 전하를 전달하고 결과적으로 전하를 띤 이온 플럭스를 비례적인 전류로 변환하면 데이터 시스템에서 값을 판독할 수 있습니다. 데이터 시스템은 전류를 디지털 정보로 변환하여 질량 스펙트럼으로 표시합니다.

이온은 해당 타겟 분석물에 적합한 다양한 방법으로 생성될 수 있습니다.

• MALDI와 같은 평면 표면의 매트릭스에 용해된 화합물을 레이저 어블레이션(laser ablation)을 통해
• 전자 이온화(EI)와 같이 에너지가 공급된 입자 또는 전자와의 상호작용을 통해
• 액체 크로마토그래프의 용리액이 고전압을 받아 에어로졸에서 이온을 생성하는 전자 분무(ESI)를 통해 전달 프로세스 자체의 일부로서

이온은 질량 대 전하비(m/z)에 따라 분리, 검출 및 측정됩니다. 상대 이온 전류(신호)는 m/z에 대해 플롯되어 질량 스펙트럼을 생성합니다. 저분자는 일반적으로 단일 전하만 띠므로 m/z는 임의의 질량을 1로 나눈 값입니다. '1'은 이온화 과정에 추가되는 양성자이거나[양성자의 손실로 형성된 경우 M+H+ 또는 M-H-를 나타냄] 전자의 손실로 인해 이온이 형성되는 경우 라디칼 양이온[M+]으로 표시됩니다. 질량분석기의 정확도 또는 실제 질량을 얼마나 잘 측정할 수 있는지는 차이가 있을 수 있습니다. 이는 본 입문서의 이후 내용에서 확인할 수 있습니다.

고분자는 구조 내 둘 이상의 위치에서 전하를 포획합니다. 작은 펩타이드는 일반적으로 두 개의 전하(M+2H+)를 가지는데 비해, 매우 큰 분자는 수많은 사이트를 가지고 있어 간단한 알고리즘으로 스펙트럼에 표시된 이온의 질량을 추론할 수 있습니다.

얼마나 질량이 큰 분자까지 분석이 가능합니까?

탈착 방법(이 입문서에 설명되어 있음)을 통해 취약한 비휘발성 고분자를 분석할 수 있는 가능성이 확장되고 있습니다. 0.01% 정확도(또는 4Da 이내) 내에서 40,000Da를 일상적으로 검출함으로써 번역 후 변형(PTM)과 같은 작은 변화를 판별할 수 있습니다. 다전하를 띤 물질은 질량분석기의 범위를 설계 상한값 이상으로 확장하여 1,000,000Da 이상의 질량까지 포괄합니다.

동위원소 및 원소 질량분석기

자연 동위원소의 존재비는 특성화가 잘 됩니다. 안정적이라고 생각되는 경우가 많지만 그럼에도 불구하고 유의미한 특징적인 변동을 나타낼 수 있습니다. 동위원소비 측정은 대사 연구(동위원소가 풍부한 원소가 트레이서 역할을 함)와 온도에 따른 산소 및 탄소 변화를 측정하는 기후 연구에 사용됩니다. 실제로 복잡한 분자는 자기 섹터형 기기에서 볼 수 있는 것과 같은 고정밀 기능을 사용하여 측정 전에 단순한 분자 성분으로 축소됩니다(다음 섹션 참조).

원소 분석은 일반적으로 무기 재료의 (구조가 아닌) 원소 조성을 측정하기 위해 수행되며 경우에 따라 고체 금속 샘플을 사용합니다. 유도 결합 플라즈마(ICP) 소스는 일반적으로 방전(또는 저전력 글로우 방전) 장치가 샘플을 이온화하는 경우에 사용됩니다. ppt(part per trillion) 수준의 전용 기기를 사용한 검출은 특별한 것이 아닙니다.