질량분석을 위해 어떤 유형의 기기가 사용됩니까?

질량분석을 위해 어떤 유형의 기기가 사용됩니까?

질량분석에서 실험을 제어하는 능력은 매우 중요합니다. 신중하게 제어된 조건에서 이온이 생성되면 적절한 감도의 개별 이벤트로 이를 감지해야 합니다. 최소한의 증기 용량으로 인해 GC는 초기에 다른 기법과의 결합 기술로서 이상적인 선택이었지만 실제로는 약 20%의 화합물에만 적용됩니다. 오늘날에는 질량분석기 내 이온화를 위해 분석물을 도입하는 수단으로 LC 용리액을 가장 자주 에어로졸화하며, 이를 위해서는 진공 환경이 필요합니다.

모든 질량분석기의 중요한 설계 요소는 펌핑 용량입니다. 진공은 기기의 희박한 대기압 영역에 잘 분포되어야 하며, 이온 주입구의 크기 및 제거해야 하는 증기의 양과 같은 설계 요구 사항을 상쇄하기에 충분해야 합니다.

주입구

분석 압력을 유지하는 데 필요한 펌핑

모세관 GC(1mL/분)

~400

마이크로보어 LC(10mL/분)

~5,000

기존 컬럼 LC(1mL/분)

~50,000

3 × 10-6torr(4 x 10-6mbar)의 일반적인 분석 압력을 유지하여 사용된 주입구에 상대적인 개별 이벤트로 이온을 검출하기 위해 결과적인 증기를 제거하는 데 필요한 펌핑 용량(L/초)의 근사치입니다.

LC-MS 펌핑 요구 사항은 사용하는 인터페이스에 따라 다릅니다. 궁극적으로 이것은 MS에 들어가기 전에 증기를 제거하는 API 소스를 개발하려는 이유 중 하나였습니다.

분석기: 질량분석기의 핵심

분석기: 질량분석기의 핵심

분석기는 기기에서 주입된 이온을 분리하거나 분별하는 수단입니다. 양이온과 음이온(및 하전되지 않은 중성 종) 모두 이온 소스에서 생성됩니다. 그러나 주어진 순간에 하나의 극성만 기록됩니다. 최신 기기는 극성을 밀리초 단위로 전환할 수 있어 피크 폭이 약 1초인 UPLC(초고성능 액체 크로마토그래피) 또는 GC 분리와 같이 일반적으로 빠르고 순간적인 이벤트에서도 정확도가 높은 기록을 생성할 수 있습니다.

Quadrupole

1953년 서독의 물리학자 볼프강 폴과 헬무트 슈타인베델은 Quadrupole 질량분석기의 개발에 대해 설명했습니다. 4개의 병렬 막대 사이에 중첩된 무선 주파수(RF)와 일정한 직류(DC) 전위가 인가되면 질량 분리기 또는 필터로 작동하는 것으로 나타났습니다. 이를 통해 일정한 진폭의 진동을 나타내는 특정 질량 범위 내의 이온만 분석기에서 수집할 수 있습니다.

오늘날 기기 제조업체는 특정 응용 분야를 타겟팅합니다. 단일 Quadrupole 질량분석기는 원치 않는 이온의 간섭을 방지하기 위해 깨끗한 매트릭스가 필요하며 감도가 매우 좋습니다.

Triple Quadrupole 또는 Tandem Quadrupole 질량분석기(MS/MS)는 Single Quadrupole 기기에 Quadrupole을 한개 더 추가하여 다양한 방식으로 작동할 수 있습니다. 한 가지 방법은 이온의 고유한 질량 대 전하비(m/z)로 복잡한 혼합물에서 관심 이온을 분리하고 검출하는 것입니다. 추가적인 Quadrupole가 유용할 수 있는 또 다른 경우는 제어된 조각화 실험과 함께 사용할 때입니다. 이러한 실험에는 관심 이온을 다른 분자(일반적으로 아르곤과 같은 기체)와 충돌시키는 과정이 포함됩니다. 이러한 응용에서 precursor 이온은 product 이온으로 조각화되고 MS/MS 기기는 고유한 구성 성분으로 관심 화합물을 식별합니다.

Quadrupole 분석기는 일반적으로 평행 배치되고 몰리브데늄 합금과 같은 금속으로 만들어진 4개의 막대로 구성됩니다. Quadrupole 설계 개발에 엄청난 기술과 과학적 노력이 투입되었습니다. 질량은 이온의 이동에 따라 분류되며, 직류(DC) 및 무선 주파수(RF) 필드는 기기의 분석기로 유도됩니다. 작동 소프트웨어를 통해 자기장 강도를 체계적으로 변경하면 주어진 시간에 필터링되거나 검출기로 전송되는 m/z 값이 달라집니다. Quadrupole은 TOF(Time-of-Flight) 기기와 같은 일부 질량분석기 설계보다 분리능이 낮습니다. 그러나 Quadrupole은 비교적 간단하고 사용하기 쉬우며 매우 실용적인 기기로서, 비교적 저렴한 비용으로 다양한 인터페이스를 제공합니다.

이 입문서 후반에 상세하게 정의된 일부 용어는 MS 성능을 비교하고 설명하는 데 필요합니다.

분리능

종종 "res"로 줄여 부르는 분리능은 두 질량을 분리하는 질량분석기의 능력입니다.

  • 낮은 분리능 = 단위 질량 = 1000
  • 높거나 중간 분리능 = 1000~10,000
  • 높은 분리능 = 10,000 이상
  • 초고 분리능 = 최대 300만~500만
  • 분리능에 대한 자세한 검토와 이를 측정하는 방법은 "질량 정확도 및 분리능" 섹션에 나와 있습니다.

Exact Mass는 화합물의 질량에 대한 이론적으로 정확한 값이고, Accurate Mass는 5ppm과 같은 관련 오차 막대를 가진 화합물에 대해 측정된 질량 값입니다. Accurate Mass는 또한 측정된 질량이 아닌 기술을 참조하는 데 일반적으로 사용됩니다. Exact Mass 연구(예: 학회지에 개제하거나 특허 출원)에 대해 일반적으로 허용되는 기준은 이론상 질량의 5ppm 이내에서 기기의 측정값을 도출하는 능력으로, 250Da에서 5ppm은 1.25mDa입니다(250Da에서 20ppm인 5mDa와 혼동하지 말 것).

MS/MS

MRM(Multiple Reaction Monitoring) 및 SRM(single-reaction monitoring)과 같은 다양한 실험을 설명합니다. 이는 precursor 이온 또는 조각화에서 product 이온으로의 전환을 모니터링하는 것으로, 일반적으로 단일 단계 기기 실험에 비해 검출의 선택도, 특이도 및/또는 감도를 높이는 경향이 있습니다. 직렬로 연결된 두 개의 질량분석기 또는 단일 기기에서 두 단계의 질량분석기가 함께 사용됩니다.

Triple Quadrupole 질량분석기에는 세 개의 Quadrupole 필터 세트가 있으며 첫 번째와 세 번째만 질량분석기로 기능합니다. 보다 최근의 설계에서는 중간 장치(이전 설계의 Quadrupole을 대체함)를 충분히 차별화함으로써 기능이 향상되어 Triple 또는 Tandem Quadrupole 용어가 대신 자주 사용됩니다. 질량 필터 역할을 하는 첫 번째 Quadrupole(Q1)은 선택된 이온을 충돌 셀이라고 하는 Q2로 전송하고 가속합니다. 일부 설계에서는 Q2가 다른 두 개의 Quadrupole과 유사하지만 RF는 질량 선택이 아닌 전송 목적으로만 사용됩니다. Q2의 압력은 더 높고 충돌 셀에서 이온이 중성 가스와 충돌합니다. 그 결과 충돌 유도 분해(CID)로 인한 조각화가 발생합니다. 그런 다음 조각이 검출기에 들어가기 전에 정렬을 거치는 또 다른 스캔 질량 필터인 Q3으로 가속됩니다.

조각화

조각화

충돌 유도 분해(CID)는 충돌 활성화 분해(CAD)라고도 하며 분자 이온이 일반적으로 진공 영역에서 높은 운동 에너지로 전위에 의해 가속된 후 헬륨, 질소 또는 아르곤과 같은 중성 기체 분자와 충돌하여 기체 상태에서 조각화되는 메커니즘입니다. 충돌에 의해 운동 에너지의 일부가 변환되거나 내재화되어 화학적 결합이 끊어지고 분자 이온이 더 작은 조각으로 환원됩니다. 이와 유사한 '특수 목적' 조각화 방법으로는 전자 전환 해리(ETD), 전자 포획 분해(ECD)가 포함됩니다. '생체 분자 이온화 방법' 섹션을 참조하십시오.

Endosulfan-ß Product 이온 스펙트럼

왼쪽으로 들어온 237-Da precursor 이온은 MS/MS 충돌 셀로 조각화되었습니다. 데이터 시스템은 전체 스캔 MS 스펙트럼과 비교해 상대적으로 단순한 스펙트럼을 생성하는 관심 조각(생성된 모든 조각이 아니라)만 표시할 수 있습니다. Precursor 이온을 선택하여 조각화 정도를 조절할 수 있습니다.

역상 HPLC

역상이라는 용어는 순상, 즉 극성 이동상과 비극성 [소수성] 고정상을 사용하는 경우와 반대되는 크로마토그래피 모드를 나타냅니다. 그림 S-2는 이러한 프로토콜을 사용하여 분리되는 검은색 3가지 염료 혼합물을 보여줍니다.

MRM 반응(왼쪽)과 SIR 반응(오른쪽)을 비교한 이 그림은 분석물 피크가 용액에 존재하더라도 매트릭스의 화학적 배경으로 인해 SIR 데이터로부터 측정되지 않을 수 있는 메커니즘을 보여줍니다. 탠덤 또는 Triple Quadrupole는 단일 Quad의 모든 실험을 수행할 수 있으므로 이 일대일 비교에는 하드웨어나 샘플 전환이 관련되지 않습니다. 동일한 GC/MS/MS 기기를 사용하여 146m/z 부틸레이트 이온을 precursor로 필터링한 후 product 이온(57 m/z로 표시됨)으로 조각화하여 그 존재를 정량적으로 확실하게 식별했습니다.

일부 규제 산업에서 확증적 화합물 식별에 대한 사양을 충족하기 위해 MRM 전환은 1.5 "식별 포인트"로 계산되고, SIR 트레이스는 1.0으로 계산됩니다. 따라서 3 "IPS"를 얻기 위한 선택도가 충분하다고 가정하면 MRM 전환은 2, SIR 트레이스는 3의 수치가 필요합니다.

자기 섹터형 또는 섹터 필드 질량분석기는 현재 매우 적기는 하지만(ESI 이온화 모드에서 작동할 수 있는 현대적 ESI 기기로 대체됨) 오늘날까지 지속적으로 사용되는 초기 기기 설계입니다. 예를 들어 Waters AutoSpec은 매우 높은 감도의 다이옥신 분석에 널리 사용됩니다.

섹터는 원호 모양의 이온 궤적을 휘게 만듭니다. 이온의 "전하당 운동량" 비율은 궤적의 반경을 결정하며, 궤적 자체는 전기장이나 자기장에 의해 결정됩니다. m/z 비율이 큰 이온은 더 작은 이온보다 더 긴 경로로 진행됩니다. 경로는 자기장의 강도를 바꾸어 제어합니다. 이중 초점 질량분석기는 자기장과 전기장을 다양한 조합으로 결합하지만, 전기 섹터 다음에 자기 섹터를 배치하는 것이 더 일반적입니다. 가장 초기의 혼성화는 전기 섹터를 사용하여 이온이 소스에서 나올 때 운동 에너지로 이온을 집중시킵니다. 에너지 초점 전에 각 초점을 맞추면 공칭 질량은 같지만 화학식이 다른 이온을 분리할 수 있습니다.

이온 트랩 및 기타 비스캐닝 기기

이온 트랩 및 기타 비스캐닝 기기

이온 트랩 기기는 Quadrupole 기기와 유사한 원리로 작동합니다. 그러나 스트리밍 이온을 필터링하는 Quadrupole 기기와 달리 이온 트랩 및 보다 기능이 뛰어난 이온 사이클로트론(ICR) 기기는 3차원 공간에 이온을 저장합니다. 포화가 되기 전에 트랩 또는 사이클로트론을 통해 검출을 위해 선택된 이온을 질량에 따라 배출시킬 수 있습니다. 트랩 범위 내에서 일련의 실험을 수행하고 관심 이온을 조각화하여 해당 조각으로 precursor를 더 잘 정의할 수 있습니다. 쌓아 올려진 또는 "샌드위치" 모양(양쪽 끝에 엔드 캡 전극이 있음)에 인가된 RF 전압으로 생성된 필드가 두 전극 사이의 공간에 이온을 가둡니다. RF 전압을 램핑하거나 스캔하면 영속 주파수 또는 트랩된 상태에서 이온이 방출됩니다. 때로 다이나믹 레인지가 제한됩니다. 이온에 대한 유한한 부피 및 용량이 특히 복잡한 매트릭스를 가진 샘플에서 기기의 범위를 제한합니다.

이온 트랩 기기는 1980년대에 도입되었습니다. 그러나 이러한 초기 기기에 사용된 내부 이온화 방식에 따른 제한으로 인해 많은 응용 분야에 사용할 수 없었습니다. 이 기기는 외부 이온화가 등장하고 나서야 더 보편화되었습니다.

순차적 조각화(즉, 이온 조각화, 특정 조각 선택 및 프로세스 반복)를 수행하여 단일 분석물에서 더 많은 구조적 정보를 도출하는 기능을 MSn이라고 합니다. GC 크로마토그래피 피크는 단일 조각화(MS/MS 또는 MS2) 이상을 허용할 만큼 충분히 폭이 넓지 않습니다. 이온 트랩 기기는 Quadrupole 및 섹터형 기기와 같이 공간이 아닌 시간에 따라 MS/MS 또는 조각화 실험을 수행합니다. 따라서 중성 손실 및 precursor 이온 비교와 같은 특정 MS/MS 실험에는 사용할 수 없습니다. 또한 이온 트랩 기기를 사용한 MS/MS 작업 시 트랩 설계의 결과로 MS/MS 스펙트럼의 아래쪽 3분의 1이 손실됩니다. 이러한 손실을 방지하기 위해 일부 제조업체에서는 소프트웨어를 통해 데이터 수집 중에 작동 파라미터를 전환하도록 하여 더 넓은 스캔 요구 사항을 충족합니다.

트랩 설계는 precursor의 질량 대 전하비(m/z) 및 일반적으로 "1/3 규칙"이라고 하는 가장 낮은 포획된 조각 이온의 비율에 상한을 둡니다. 예를 들어, m/z 1500에서 이온의 조각 이온은 m/z 500 미만에서 검출되지 않습니다. 이것은 펩타이드의 De Novo 서열 결정에 있어 상당한 제한입니다. 이온 트랩은 다이나믹 레인지가 제한적인데, 트랩 공간에 너무 많은 이온이 들어가는 경우 공간 전하 효과가 발생하기 때문입니다. 제조업체는 트랩에 들어가기 전에 이온을 카운트하고 허용하는 수를 제한하거나 게이팅하는 자동 스캔 기능을 개발했습니다. 많은 수의 백그라운드 이온에 상대적으로 적은 관심 이온이 존재하는 경우에도 어려움에 직면할 수 있습니다.

기능적 설계의 유사성으로 인해 Quadrupole 기기는 스트리밍 Quadrupole 및 이온 트래핑 동작의 장점을 도입하도록 혼성화되어 감도를 개선하고 둘 중 하나만으로는 수행할 수 없는 실시간 실험을 가능하게 합니다. 이러한 기기를 때로 선형 트랩 또는 Q-트랩이라고 합니다. 3차원 이온 트랩에 비해 선형 트랩 기기의 증가된 부피는 다이나믹 레인지를 향상시킵니다.

이온 트랩 기기는 Quadrupole 기기와 같이 스캔하지 않으므로 SIM(single ion monitoring) 또는 SIR(single ion recording) 기술을 사용하면 Quadrupole 및 섹터형 기기에서와 같이 이온 트랩에서 감도가 개선되지 않습니다.

고속 퓨리에 변환 이온 사이클로트론(FTCR)은 밀접하게 연관된 질량을 분석할 수 있는 기능을 통해 질량 측정 능력을 향상시킵니다. 대부분의 응용 분야에서 비실용적이기는 하지만 14.5테슬라 자석은 350만 이상의 분리능을 달성할 수 있으므로 질량이 단일 전자 질량보다 적게 변하는 분자 물질 간의 차이를 표시할 수 있습니다.

사이클로트론 기기는 일정한 자기장을 사용하여 셀에서 이온을 정전기적으로 가둡니다. RF 전압의 펄스는 궤도 이온 운동을 생성하고 궤도 이온은 셀의 검출 플레이트에서 미세한 신호를 생성합니다(이온의 궤도 주파수). 이 주파수는 이온의 m/z와 반비례하며 신호 강도는 셀에서 동일한 m/z 이온의 수에 비례합니다. 매우 낮은 셀 압력에서 사이클로트론 기기는 이온 궤도를 장시간 유지하여 매우 높은 분리능을 제공할 수 있습니다.

지속적인 공진 이탈, 조사, 충돌 유도 분해(SORI-CID)는 퓨리에 변환 이온 사이클로트론 공명 질량분석기에 사용되는 CID 기술입니다. 압력이 증가하면 충돌이 발생하여 조각이 생성되는 사이클로트론 운동에서 이온이 가속됩니다. 조각화 후, 압력이 감소하고 고진공이 복원되어 조각 이온을 분석합니다.

TOF(Time-of-Flight) 기기는 수년 전에 개발되었지만 ESI와 같은 최신 이온화 기술과 빠르고 정확한 electronics(전자 기기) 덕분에 훨씬 현대적인 연구 수행을 위한 기초가 되었습니다. TOF 기기는 분자의 실제 질량의 수 ppm(parts-per-million) 내에서 accurate mass 측정을 제공합니다. 시간적으로 분산되는 질량분석기인 TOF 기기는 선형 방식으로 사용되거나 정전기 그리드 및 렌즈를 활용해 리플렉트론으로 사용됩니다. 리플렉트론으로 작동할 경우, 감도를 크게 잃거나 Flight(또는 드리프트) 튜브의 크기를 늘릴 필요 없이 분리능이 증가합니다.

이온은 고전압 펄스에 의해 드리프트 또는 Flight 튜브로 가속됩니다. 가벼운 이온은 무거운 이온보다 더 빨리 다중 채널 플레이트(MCP 또는 검출기)에 도달합니다.

TOF 분석에는 이온 그룹을 짧은 순간에 검출기로 가속하는 과정이 포함됩니다. 이온은 각각 "푸셔" 전극으로부터 동일한 전하 또는 전위를 받아 소스에서 방출됩니다. 각 이온의 전위는 매우 낮은 압력 튜브로 가속 또는 촉발을 일으킵니다. 유사하게 하전된 모든 이온은 동일한 운동 에너지(운동 에너지 = ½ MV2, 여기서 m은 이온 질량이고 v는 속도)를 공유하므로 질량이 낮은 이온은 검출기에 부딪히기 전에 속도가 더 빠르고 간격이 더 짧다는 것을 확인할 수 있습니다. 이온이 검출기에 도달하는 시간은 질량, 전하 및 운동 에너지에 의해 결정되므로 이온의 속도는 v = d/t = (2KE/m)1/2로 나타낼 수 있습니다. 이온은 주어진 거리(d)를 일정 시간(t) 동안 이동합니다. 여기서 t는 질량 대 전하비(m/z)에 따라 달라집니다. 모든 질량은 각 "푸시"에 대해 측정되므로 TOF 기기를 통해 스캔 기기에 비해 매우 높은 감도를 얻을 수 있습니다.

오늘날 Quadrupole MS 시스템은 일반적으로 초당 10,000Da 또는 amu로 스캔합니다. 따라서 짧은 기간(예를 들어 LC 또는 GC에서 1초의 피크)일지라도 각 이온을 1초에 10회 이상 포획할 수 있는 포괄적인 스캔이 가능합니다. TOF 기기의 검출기는 나노초 이내에 플레이트에 충돌하는 이온을 기록합니다. 이러한 분리능은 Quadrupole와 같은 스캐닝 기기와 직접 비교할 때 더 넓은 다이나믹 레인지와 뛰어난 감도를 추가적으로 제공합니다. 하지만 일반적으로 Quadrupole 기기는 복잡한 혼합물에서 표적 분석물을 검출하는 경우 더 민감하므로 일반적으로 정량화 도구로서 더 좋다고 말할 수 있습니다. 이온 트랩과 같은 일부 기기는 이러한 기능을 조합적으로 제공합니다. 그러나 하이브리드 기기가 등장하기 전까지는 어느 누구도 모든 측면에서 높은 수준의 성능을 제공할 수 없었습니다.

초기 MALDI-TOF 설계(매트릭스 지원 레이저 탈착 이온화 사용)는 이온화 소스에서 이온을 즉시 가속했습니다. 분리능이 상대적으로 낮고 정확도가 제한적이었습니다. MALDI-TOF 기기용으로 개발된 지연 추출(DE)은 이온이 형성된 후 약 150나노초 동안 이를 "냉각"시키고 집중시킵니다. 그런 다음 이온을 Flight 튜브로 가속합니다. 냉각된 이온은 냉각되지 않은 이온보다 운동 에너지 분포가 낮으며, 궁극적으로 이온이 TOF 분석기로 들어갈 때 이온의 시간적 확산을 감소시켜 분리능과 정확도를 높입니다. 거고분자(예: 단백질 30,000Da 이상)의 경우에는 DE의 유용성이 크게 떨어집니다.

TOF는 QQQ에 비해 스캔 모드 감도에서 5배-10배 이상의 이점을 제공합니다. 이러한 데이터는 동일한 샘플 분취량에서 얻은 것입니다. 그러나 TOF 기기에 사용된 Autosampler에는 5uL 실린지가 장착되었습니다. Triple Quadrupole 기기에 사용된 Autosampler에는 10uL 실린지가 장착되었습니다. 따라서 각각 0.5 및 1.0uL의 주입을 수행했습니다.

하이브리드

"하이브리드"라는 용어는 이중 초점, 자기 섹터 그리고 최근 사이클로트론 "대항" 이온 트랩과 같은 기존 기술을 결합한 다양한 질량분석기 설계에 적용됩니다. 가장 흥미로운 설계 중 하나인 Quadrupole QTOF(time-of-flight) 질량분석기는 TOF 기기와 Quadrupole 기기를 결합한 것입니다. 이러한 결합을 통해 accurate mass 측정, 조각화 실험 수행 능력 및 고품질 정량화와 같은 여러 성능 특성을 최적으로 조합할 수 있습니다.

SYNAPT/TRIWAVE 워크플로우

또한 이온 이동상 측정 및 분리와 탠덤 질량분석기의 결합도 발전했습니다. 이온 이동상 질량분석기(참고: 이미징 질량분석기는 종종 'IMS'라는 약어로 표현하기 때문에 여기서는 약어로 'IMMS'로 사용함)는 크기, 모양, 전하, 질량과 같은 다양한 요소의 조합을 기반으로 이온을 구별하는 기술입니다. IMMS 장치는 이동성이 알려진 저분자를 신속하게(20msec) 검출하기 위해 공항 및 휴대용 현장 장치(예: 특정 마약 및 폭발물 감지)에 일반적으로 사용됩니다. 더 높은 차원의 기기에 맞게 조정하여 IMMS를 사용하면 직교 차원의 분리(LC 및 MS 모두에 해당)를 제공하며 다음과 같은 몇 가지 고유한 기능이 얻어집니다:

  • 이성질체, 동중체 및 이형태체(단백질부터 저분자까지)의 분리 및 평균 회전 충돌 단면적의 결정
  • 복잡한 혼합물의 향상된 분리(MS 또는 LC-MS를 통해)로 피크 용량 증가 및 샘플 정제의 이점 실현(이온, 특히 화학적 노이즈 및 관심 분석물에 간섭을 일으키는 이온의 물리적 분리)
  • CID/IMMS, IMMS/CID 또는 CID/IMMS/CID의 성능 및 구조적 해석 연구에서 조각화 실험을 통해 얻을 수 있는 의미 있는 정보의 양 개선.

세 가지 분석 시나리오 모두에서 고효율 이온 이동성과 탠덤 질량분석기를 함께 사용하면 기존의 질량분석기 또는 액체 크로마토그래피 기기를 포함한 다른 분석 수단으로 해결할 수 없는 분석 문제를 해결할 수 있습니다.

이 섹션 끝에 인용된 HH Hill Jr. 의 리뷰 기사에서는 2007년 이 논문이 게재될 당시에 이용할 수 있었던 다양한 유형의 이온 이동상 질량분석기를 비교 및 대조하고 이를 광범위한 분석물에 적용할 때의 장점을 설명합니다. 현재 질량분석기와 함께 사용되는 다음 네 가지 이온 이동성 분리 방법이 다뤄집니다:

  • DTIMS(Drift-Time Ion Mobility Spectrometry)
  • AIMS(Aspiration ion mobility spectrometry)
  • DMS(Differential-mobility spectrometry), FAIMS(Field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry: 전기장 비대칭 파형 이온 이동상 분석기)이라고도 함
  • TWIMS(Traveling-wave ion mobility spectrometry)

저자에 따르면 "DTIMS는 가장 높은 IMS 분리능을 제공하며 충돌 단면을 직접 측정할 수 있는 유일한(IMMS) 방법입니다. AIMS는 저분리능 이동성 분리 방법이지만 이온을 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. DMS 및 FAIMS는 연속 이온 모니터링 기능뿐 아니라 높은 분리 선택도를 달성할 수 있는 직교 이온 이동성 분리도 제공합니다. TWIMS는 분리능이 상대적으로 낮은 새로운(IMMS) 분석법입니다. 그럼에도 불구하고, 이 기술은 우수한 감도를 보여주며 상용 질량분석기 작동에 쉽게 통합됩니다."

컬러 공으로 표시된 상이한 이동성의 분별되지 않은 이온들이 포획되고 축적되어 T형파 IMS(이동 이동성 분리) 장치(위 그림)로 배출됩니다.
T형파 영역으로 방출된 후, 이동 파형이 중성 버퍼 가스(일반적으로 0.5mbar의 질소)를 통해 이온을 구동시켜 이동성에 따라 이온을 분리합니다(가운데 그림).
그런 다음 이동성이 동일한 이온의 분리된 ‘패킷’이 TOF 드리프트 튜브로 전달되고 여기서 m/z 값이 측정됩니다(아래 그림). 따라서 이 시스템은 질량분석 전에 동중 이온(동일한 m/z의 이온) 또는 매우 유사한 m/z의 이온을 분리하여 MS 또는 LC-MS 시스템의 전체 피크 용량을 증가시킬 가능성을 가지고 있습니다.

이온 이동성은 MS와 결합하여 생체 분자의 기체상 구조를 연구하는 데에도 적용되고 있습니다. Pringle 등(여기서 인용됨)은 하이브리드 Quadrupole/진행파 이온 이동성 분리기/직교 가속 TOF 기기를 사용하여 일부 펩타이드 및 단백질 이온의 이동성 분리를 연구했습니다. 진행파(TWIMS) 분리 장치에서 얻은 이동성 데이터와 다양한 다른 이동성 분리기를 사용하여 얻은 데이터를 비교하면 "이동성 특성은 유사하지만 새로운 하이브리드 기기의 지오메트리가 질량분석기의 기본 감도를 저하시키지 않으면서 이동성 분리를 제공합니다. 이를 통해 분석적으로 유의한 수준에서 샘플의 이동성 연구를 촉진할 수 있습니다."


기타 참고 문헌:

  • Special Feature Perspective: Ion mobility-Mass Spectrometry, A. B. Kanu, P. Dwivedi, M. Tam, L. Matz and H. H. Hill Jr., J. Mass Spectrom. 2008; 43: 1-22 Published online in Wiley InterScience, (https://onlinelibrary.wiley.com/) DOI: 10.1002/jms.1383
    • 이것이 중요한 이유: MS와 결합된 이온 이동상에 대한 간략한 개요를 제공합니다. IMMS(이온 이동상 질량분석기)에 대한 160개의 참고 자료를 제공합니다.
  • An investigation of the mobility separation of some peptide and protein ions using a new hybrid quadrupole/traveling wave IMS/oa-ToF instrument, S. D. Pringle, K. Giles, J. L. Wildgoose, J. P. Williams, S. E. Slade, K. Thalassinos, R. H. Bateman, M. T. Bowers, J. H. Scrivens, Published online (www.sciencedirect.com), International Journal of Mass Spectrometry (2006), doi:10.1016/j.ijms.2006.07.021
    • 이것이 중요한 이유: IMMS가 생체 분자에 작용하는 방식을 설명합니다.

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