LC-MS/MS의 전반적인 메커니즘

MS/MS (Tandem Mass Spectrometry)는 HPLC와 결합하여 화합물의 정성 및 정량 분석에 사용되는 강력한 검출기입니다. 아래에서는 HPLC에 MS/MS를 결합한 LC-MS/MS의 메커니즘과 원리를 간단하게 설명하겠습니다.

 

 

1. 시료의 이온화

 

 

MS/MS의 첫 번째 단계는 시료의 이온화입니다. 여기서 시료 분자는 이온화 기술을 사용하여 양이온이나 음이온으로 변환됩니다. 이 이온화 방법은 Electrospray Ionization (ESI)와 Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI) 두가지가 있습니다. 두 가지 방식의 가장 큰 차이점은 시료가 액체 상태에서 이온화가 되는가, 기체상태에서 이온화가 되는가 입니다. 각각의 방식은 물질의 물리화학적 성질에 따라 결정하여 사용하면 됩니다. 이해를 위하여 분석대상물질의 분자량을 M이라고 칭하겠습니다.이온화된 분석대상물질은 양이온화 혹은 음이온화가 이루어지며 그렇게 되면 물질의 분자량은 M+H 혹은 M-H가 됩니다. H(수소) 이외에 Na 등 다양한 분자의 탈착이 가능하지만, 이 글에서는 대표적인 수소의 음이온화 (M-H)를 예시를 들겠습니다. 이후, 이온화된 시료 이온은 질량 분석기로 이동합니다.

 

 

2. Q1 (모분자 통과)

 

 

이온화된 시료는 질량분석기로 이동합니다. 질량분석기는 진공상태이기 때문에 빨려 들어간다고 이해하면 됩니다. 질량분석기로 들어온 시료는 제일 먼저 우리가 타겟으로 하는 시료의 분자량만 통과시키고 나머지는 버립니다. 따라서 M-H의 분자량만 Q1을 통과하게됩니다. 만약 MS/MS가 아닌 MS 검출기라면 해당 이온의 농도가 전기신호로 변환되어 피크로 보여지게 됩니다. 하지만 MS/MS이기 때문에 아직 여정이 남아있습니다. Q1을 통과한 모분자는 이후 Q2로 이동합니다.

 

 

3. Q2 (모분자 깨기; Fragmentaion)

 

 

Q2에서는 Q1을 통과하여 온 이온화된 시료 이온을 여러 조각으로 깨는 과정입니다. 이 행위가 일어나는 곳을 Collision cell, 충돌 셀이라고 부릅니다. 에너지를 가하여 모분자를 파편화시키는데, 이 때 결합이 약한 부분이 깨지게 됩니다. 물질은 고유한 구조를 가지고 있기 때문에 에너지를 가하였을 때 일정한 분자량으로 깨지게 됩니다. 여기에서 깨진 파편들은 Q3로 이동합니다.

 

 

4. Q3 (깨진 파편 통과)

 

 

Q2에서 깨진 파편들은 Q3로 이동해왔습니다. 이 때 이 파편들을 모두 확인할 것이라면 스캔모드를 사용합니다. 그리고 특정 분자량만 확인할 것이라면 MRM모드를 사용합니다. 일반적으로는 초반 분석법 확립 시 스캔모드를 사용하고 그 중 대표적인 분자량을 선정하여 MRM 모드를 사용합니다. Q3를 통과한 이온들은 검출기에서 전기신호로 변환되어 데이터로 나타납니다.

 

 

5. 측정 및 분석

 

 

질량 스펙트럼은 데이터 시스템에 전달되어 분석됩니다. 데이터는 무수한 숫자들로 구성되며 이 점들이 모여 크로마토그램으로 보여집니다. 데이터에서는 각 파편화된 이온의 질량 및 이온비가 계산되며, 이를 사용하여 화합물의 식별 및 정량이 수행됩니다. 분석 결과는 소프트웨어를 사용하여 처리되고 해석할 수 있으며, 결과보고서로 작성합니다.

 

 

6. 응용 및 장점

 

 

MS/MS는 뛰어난 정량적 및 정성적 분석을 제공하는데 사용됩니다. 이 기술은 특히 복잡한 시료 행렬에서 원하는 화합물을 식별하는 데 매우 유용합니다. 또한, MS/MS는 매우 낮은 농도의 화합물을 정량하는 데 뛰어난 감지 한계를 제공하여 의약품 개발, 화학분석, 환경 모니터링 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.

 

MS/MS는 LC, GC, ICP와 결합하여 사용이 가능한 검출기입니다. 낮은 농도도 검출할 수 있기 때문에 반도체, 물 분석, 제약회사, 식품회사 등 정말 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 이러한 MS/MS의 원리를 이해하고 적절히 활용함으로써 높은 효율과 정확성을 갖춘 화합물 분석이 가능해집니다.