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이매스교육 및 공지사항

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    [MS Basics] MS/MS 란?
  • 작성자

    이매스
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기초입문자를 위한 ASMS 가이드보기 -> Mass Spectrometry Basics        
 
 
아래 내용은 ASMS 에서 보는 내용과 상관없이 eMass 에서 정리한 내용입니다.
 
  MS/MS 란?
 
     ◈   Drug 또는 peptide 혼합물
 
                     MS  
 
          ◈   Drug 또는 peptide 혼합물중
                특정 분자의 분자만 선택하여
                MS/MS 실행
 
                 MS/MS ↓ 
 
          ◈   선택한 화합물 ( Precursor Ion ) 을 깨어 생성된
                모든 조각 이온들 ( Product Ions ) 의 질량을 측정 
 
°    MS/MS 는 혼합된 물질들 중 특정분자량의 화합물의 선택하여 조각 내고 이들의 질량을 측정
     하여 선택한 분자량의 화합물 구조를 유추할 수 있음
 
°     MALDI -TOF 에서는 PSD (post source decay) , CID (collision induced dissociation) MS/MS 방법이 
      있음            
 
°    각 조각들의 정확한 질량을 퍼즐을 이루는 각 조각으로 사용하여 전체적인 구조를 유추할 수 있음
 
°    MS/MS 데이터를 해석하여 구조분석을 하는 것은 조각 퍼즐을 맞추는 것과 같음
 
                      PSD (Post Source Deray)
 
▷   PSD : Source 이후에 분자이온이 분해 된다는 의미로, 강한 laser 세기에서, 일부의 분자 이온들은
      ion source 떠나 flight tube 내를 비행할 때 분해되어 ion fragment  와 neutral fragment 가 생성 됨
 
▷   생성된 neutral fragment 와 ion fragment 계속 flight tube 내의 field free region 를 이동
 
▷   이 조각 이온들은 조각나지 않은 원래 이온 (Original ion) 과 동일한 속도롤 그러나 감소된 질량 비행을 reflector 에 도달할 때까지 계속하나 reflector 에서 원래 이온들과 불니되어 initial acceleration 적게 받은 것처럼 행동한다.
 
             Reflector 내에서 조각이온의 이동
 
 °    적은 질량의 이온들은 적은 KE/charge 값을 가져 빠르게 되돌아 감
 °    Neutrals 은 되돌아 가자 못함
 °    Precursor 와 큰 fragment ions 은 큰 KE/charge 를 갖게 되어 늦게 되돌아 감
 
   Fragment  ions 은 fragment mass/ precursor mass ratio 에 비례하는 KE 를 갖음
 
                 TIS ( Timed Ion Selector)
 
 °  TIS 는 문과 같이 reflector 에 들어오는 이온들을 조절할 수 있다. TIS on/off 시간을 조절하여 여러 이온들 중 
    특정 이온만을 선택하여 reflector 에 들어 오게 하고, 특정 이온보다 빠르거나 늦게 비행하여 오는 이온들을 
    반발시켜 reflector 부위로 통과하지 못하게 할 수 있음
 
°   TIS 와 High laser 를 이용하여 특정 분자량을 갖는 분자들만의 조각들의 스펙트럽을 얻을 수 있음.
 
°  Voyager DE- PRO 와 DE-STR 모델은 Bradnury-Nielson gate 를 TIS 로 사용하여 resolution of 100 을 갖음
 
               CID (Collision Induced Dissociation)
 
°   CID : Source 부위에 collision cell 을 장착하여 공기 분자들을 채우면 분자 이온들이 이동하다 공기분자들과
    충돌하여 조각이온들이 생성됨.   PSD 보다는 좀 더 조각이온을 생성할 수 있는 방법
°   PSD 조건에서 조각이온이 생송되지 않던 이온들도 CID 에서 조각이온응 생성될 수 있음
°  Side xhain fragmentation 으로 동일한 분자량의 Leucine 과  Isoleucine 을 구별 가능
°  펩타이드 분석에서 PSD 보다 더 많은 immonium ions 생성
 
그럼 이제 이러한 개념이 적용된 바이오 분야에서 MS 유형별 개념을 살펴보겠습니다.
 
입문자가 알아두면 좋은 개념을 간단하게 정리합니다.
 
논문을 참고해서 분석을 하다보면 여러종류의 MS 가 왜 있는지 모호하거나 좀 더 좋은 결과를 낼 수 있는 MS 선택을 하지 못하는 경우도 있습니다. 바이오와 관련된 분석을 하는데 가장 많이 접하는 세가지 종류의 MS 가 있습니다.
LC-MS/MS, MADLI-TOF(TOF-TOF), Q-Tof
같은 분석을 서로 다른 기술을 이용한다고 생각하는 분도 있겠지만, 장비의 기술이 다른 이유는 큰 분자량을 더 정확하게 구분하려고 나오게 된 기술들 입니다.
 
LC-MS/MS (Triple Quadrupole 또는 Tandem Mass)
LCMS 는 기본적으로 커봐야 4000까지가 한계입니다. 보통 3000 정도가 이상적인 제품이구요. 제한이 있는 것은 Quadrupole 방식의 물리적 한계라서 그 원리는 다른 코너에서 설명합니다. 장점은 MADLI 와 달리 이온화에 matrix 도움이 필요없어 저분자에서도 물질의 분자량을 정확하게 구분합니다. 또한 MS/MS 분석모드에서 MRM분석법으로 정량성이 뛰어나 현재 제약, 환경, 식품, 바이오 분야에서 각광받는 분석방법입니다.
 
MALDI-TOF(TOF-TOF)
TOF 방식을 사용하는 것은 그 이상의 분자량, protein 과 DNA 분석을 목적으로 하는 경우가 많은데 이들을 분석하기 위해서는 LCMS 가 한계를 많이 가지고 있어 개발된 기술입니다. 일본이 시마즈사 고이치 다나까 상이 개발해서 노벨상을 탄 바로 그 분석기술 입니다. TOF 기술은 그 전에 있었지만 MALDI(매트릭스보조 레이져탈착 이온화 방식) 라는 방법을 알아냄으로 단백질 연구에 엄청난 획을 그엇다는 것이 핵심적인 업적입니다. 수천 수만의 분자량을 쉽고 정확하게 알아내는 분석기술입니다. matrix 를 사용하기 때문에 수십, 수백에 있는 분자량은 지식과 경험이 있어야 정확하게 구분하기 떄문에 이런 분자량 영역은 LCMS 가 접근이 쉽습니다. TOF-TOF 는 Quadrupole MS 의 MS-MS(MS/MS)와 같은 표현입니다.
 
Q-TOF (Quadrupole-TOF)
위의 두가지 분석기술은 각각 단점을 갖고 있습니다. 위에서 이야기 한 단점이 무엇이죠? 하나는 이온화에 단점을 갖고 있고 다른 하나는 단백질과 같은 큰 분자량을 분석하는데 한계(단점)를 지니고 있습니다.
그렇다면 이 둘을 합하면 어떨까요? 네, 바로 이 둘을 합한것이 Quadrupole-TOF Mass Spectrometer 라고 합니다. LC로 샘플을 주입하니 고상방식에 matrix 를 이용하지 않고, TOF를 사용하니 수천 수만의 분자량도 쉽게 볼 수 있습니다. 그래서 단백질 연구자들은 모두 갖고 싶어하는 장비라고 알려져 있습니다. 워낙 고가인게 흠이죠.. 이 장비를 다른 말로는 Hybrid MS 라고도 합니다. Quadrupole 없이 LC-TOF 만으로도 분석이 가능한 모델도 만드는 회사가 있습니다. 저분자 영역에서는 LC에서 나와 바로 이온화 시키면 TOF 로 좋은 resolution 을 얻고 분석하기도 편한 장점이 있기 때문에 LCMS 를 대체하는 기술로도 알려져 있습니다. 허나 이 또한 가격이 흠이어서 쉽게 보편화 되지은 못하고 있는 실정입니다.