참고: 이 노트는 2016~2017년 Crick College와 Kang Yusheng이 주최한 Proteomics 온라인 수업에서 편집되었으며 삭제되었습니다. 이 강좌는 중국농업대학교 생물학과의 Mr. Li Qin 선생님이 가르치고 있습니다.

질량 분석기 사용자로서 질량 분석기의 성능을 어떻게 평가합니까? 즉, 질량 분석기를 어떻게 선택합니까? 질량 분석기의 주요 성능 매개변수는 다음과 같습니다. 이러한 멋진 매개변수 이름이 무엇을 의미하는지 차례로 설명하겠습니다.

"공식적인" 정의는 소음의 3배에 해당하는 물질의 양입니다. 이는 질량 분석기가 감지할 수 있는 가장 낮은 양의 화합물의 농도 또는 양이라고 이해할 수 있습니다. 이보다 낮은 값을 갖는 화합물의 경우 이 질량 분석기는 무력해질 것입니다.

질량 분석기의 검출 한계가 무엇인지 어떻게 알 수 있나요? 일반적으로 질량분석기의 검출한계를 결정하기 위해 레세르핀을 표준물질로 사용합니다. 예를 들어, 50 fg(fettg) 레세르핀을 질량 분석기에 주입할 때 우리가 얻은 신호 대 잡음비가 100-1000에 도달할 수 있다면 이 질량 분석기의 검출 한계는 좋다고 생각할 수 있습니다. 50fg(펨토그램)의 레세르핀에는 아마도 수만 개의 레세르핀 분자가 들어 있을 것입니다. 즉, 수만 개의 작은 분자를 포함하는 화합물을 검출할 수 있다면 이 질량 분석기의 감도는 상당히 높을 것입니다. 민감도와 검출한계는 동일한 성능을 평가한다고 생각하시면 됩니다.

이 성능 매개변수도 매우 중요합니다. 이는 질량 분석계에 의해 감지된 신호와 샘플 농도 사이에 선형 관계가 있는 농도 범위를 나타냅니다. 간단히 말해서, 이 농도 범위 내의 샘플은 이 질량 분석기로 검출하기에 더 적합합니다. 이 농도 범위보다 높거나 낮은 샘플은 이 질량 분석기로 검출되기 전에 농축되거나 희석되어야 합니다.

일반적으로 질량 분석계의 선형 범위는 3~6자릿수, 즉 1,000~1,000,000 범위 내에 있습니다. 대부분의 질량 분석기는 1,000 – 10,000 범위에 있습니다.

이 매개변수가 중요한 이유는 우리가 분석하는 샘플의 함량이 매우 광범위하게 분포되어 있는 경우, 예를 들어 일부 샘플에는 수십 μg/ml만 포함되어 있는 반면 일부 샘플에는 수 mg/ml에 도달할 수 있기 때문입니다. ml. 이렇게 상대적으로 넓은 농도 범위 내에서 질량 분석기의 선형 범위가 매우 좋으면 저농도 시료를 농축할 필요가 없고 고농도 시료를 희석할 필요도 없습니다. 샘플 전처리의 복잡성을 줄여 시간과 실험 단계를 절약합니다.

이는 매우 중요한 두 가지 매개변수입니다. 우리가 흔히 고분해능 질량 분석법이라고 부르는 것은 극도로 높은 분해능과 매우 높은 질량 정확도를 의미합니다. 이 두 매개변수를 어떻게 이해하나요? 먼저 아래 그림을 살펴보겠습니다.

질량 분석기가 구별할 수 있는 가장 최근의 두 질량 스펙트럼 피크 간의 질량 차이입니다.

이게 무슨 뜻인가요? 동일한 강도를 갖는 두 개의 질량 스펙트럼 피크가 있다고 가정합니다. 이 두 피크가 매우 가까울 때 어떤 상황에서 이것이 하나가 아닌 두 개의 피크라고 명확하게 판단할 수 있습니까? 기본 기준은 두 피크가 겹치는 부분의 높이가 임의의 질량 스펙트럼 피크의 피크 높이를 10만큼 초과하지 않을 때 이러한 두 개의 분리 가능한 피크를 고려하는 것입니다. 반대로, 두 피크 사이의 중첩이 10을 초과하면 분리 불가능한 것으로 간주됩니다. 즉, 질량 스펙트럼을 처리할 때 두 개의 피크로 처리할 방법이 없습니다.

두 개의 피크가 10 기준선 분리를 달성하면 질량 스펙트럼 피크의 절반 피크 폭(즉, 피크 높이의 절반에 있는 피크 폭)을 측정한 다음 질량-전하를 나눕니다. 피크의 비율을 최대 폭의 절반으로 나누면 분해능을 얻을 수 있습니다.

현재 고분해능 질량 분석기의 분해능은 50,000~100,000 정도에 도달할 수 있고 일반 사중극자는 5,000~10,000에 도달할 수 있습니다.

그렇다면 고분해능 질량분석기의 장점을 어떻게 실현할 수 있을까요? 위의 오른쪽 사진을 예로 들면, 특정 물질을 검출하기 위해 저해상도 질량분석기를 사용하면 가장 바깥쪽의 파란색 질량 스펙트럼 피크만 얻을 수 있습니다. 이 질량 스펙트럼 피크 내부에는 실제로 여러 개의 작은 질량 스펙트럼 피크가 포함되어 있습니다. 고해상도 질량 분석기로 얻은 질량 대 전하 비율과 저분해능 질량 분석기로 얻은 질량 사이에는 매우 분명한 차이가 있습니다. 이는 화합물 식별에 매우 중요한 정보입니다. 질량 대 전하 비율을 잘못 계산하면 올바른 단백질을 식별하기 어려울 것입니다.

아래 그림을 통해서도 질량분석기 검출에서 고해상도의 장점을 직관적으로 알 수 있습니다.

예를 들어 분해능 17,500으로 화합물을 스캔하면 질량 대 전하 비율 280.09에서 매우 굵은 질량 스펙트럼 피크가 있음을 알 수 있습니다(첫 번째 스펙트럼( 빨간색 원), 우리는 이것이 화합물이라고 생각할 수 있으므로 이 화합물을 식별하기 시작합니다. 그러나 질량 분석기의 분해능을 어느 정도 지속적으로 향상시키면 이것이 실제로 두 개의 서로 다른 피크라는 것을 알 수 있습니다(네 번째 스펙트럼은 빨간색 원으로 표시됨).

즉, 화합물을 식별하기 위해 저해상도 질량 분석법에서 얻은 질량 대 전하 비율을 사용하면 실제로 불완전한 정보(반드시 틀린 것은 아님)가 생성되는 반면, 고해상도 질량 분석법을 통해 우리는 다음을 수행할 수 있습니다. 보다 포괄적인 화합물 정보를 얻을 수 있으며 올바른 판단을 내리는 데 도움이 됩니다.

질량분석기로 측정한 질량-전하비와 실제 질량-전하비의 차이를 실제 질량-전하비와 1,000,000의 곱으로 나눈 값을 말합니다. . 그래서 더 편리한 것 같습니다. 현재 고분해능 질량 분석기의 질량 정확도는 2~5ppm 범위 내에 있습니다.

그렇다면 질량 분석기의 실제 분해능과 질량 정확도를 어떻게 결정합니까? Li Qin 선생님의 실험 데이터를 예로 들어 보겠습니다.

예를 들어 질량 대 전하 비율이 511.6인 피크를 선택하고 피크의 반값 폭을 0.012로 계산하므로 분해능은 다음과 같습니다. 511.6을 0.012로 나눈 값은 42,500이고 소프트웨어에서 제공하는 해상도는 48,700으로 매우 가깝습니다.

같은 예를 들어 질량 정확도를 계산해 보겠습니다. 측정된 질량-전하 비율은 511.5978이고, 이 피크의 실제 질량-전하 비율은 511.5995이므로 질량 편차는 3.3ppm으로 계산되는데, 이는 본 실험의 오차가 3.3ppm이라는 것을 의미합니다. 질량 편차 범위는 일반적으로 허용됩니다.

분해능의 중요성은 누구나 쉽게 이해할 수 있지만, 질량 정확도 수준이 화합물 식별에 어떤 영향을 미치나요? 리세르핀을 예로 들어보겠습니다.

레세르핀 분자는 질량 스펙트럼의 609.28066에서 질량 스펙트럼 피크를 갖습니다. 단일 사중극자를 사용하여 레세르핀을 분석할 때 단일 사중극자의 질량 정확도는 약 0.1 질량 단위(165ppm)입니다. 즉, 레세르핀을 사중극자 질량 분석기에 주입하면 사중극자 질량 분석기는 이 화합물의 질량 대 전하 비율이 대략 609.2-609.4 범위 내에 있음을 알려줍니다.

그렇다면 문제가 발생합니다! 609.2-609.4 범위 내에서 C, H, O 및 N의 네 가지 원소를 사용하여 화학적으로 가능한 화합물은 몇 개나 결합할 수 있습니까? 정답은 209종! 즉, 이 화합물이 레세르핀인지 판단하고자 한다면 정확한 결과를 얻을 가능성은 1/209에 불과하다는 것입니다!

질량 정확도가 지속적으로 향상됨에 따라 결합할 수 있는 화합물의 수가 점점 줄어들 것입니다. 질량 정확도가 3ppm에 도달하면 가능한 화합물은 4개뿐입니다. 2ppm에 도달하면 가능한 화합물은 두 가지만 남습니다. 이때 해당 화합물이 레세르핀인지 판단하면 정확도가 훨씬 높아진다. 이것이 바로 후보 화합물의 수를 크게 줄이고 식별 성공률을 높일 수 있는 고분해능 질량분석법이 화합물 식별에 중요한 이유입니다.

분해능과 질량편차는 각각 질량분석기의 정밀도와 정확도를 평가한다고 할 수 있습니다. 예를 들어 우리가 과녁을 쏠 때처럼 매번 오른쪽 상단에 있는 점을 맞출 수 있다면 과녁 사격의 정확도가 매우 높다는 뜻이고, 내 표적이 불스아이라면 정확도가 매우 높다는 뜻입니다. 상대적으로 열악합니다. 또 다른 상황에서는 예를 들어 여러 번 쏘았는데 타점이 매우 분산되어 있어서 한 발은 동쪽, 한 발은 서쪽에 있지만 평균 위치는 딱 불스아이에 있다고 볼 수 있습니다. 정확도는 괜찮지만 정밀도가 상대적으로 나쁩니다. 그래서 우리가 원하는 것은 질량 분석기가 매우 정밀하고 정확하기를 바라는 것입니다.

현재 우리가 사용할 수 있는 고해상도 질량 분석기는 QTOF 시리즈든 Orbitrap 시리즈든 50,000 이상의 분해능을 달성할 수 있으며 질량 정확도도 2-3ppm에 달할 수 있습니다. 그래서 요즘 단백질체학 연구를 하고 있는 아이들이 예전보다 훨씬 더 행복해하고 있는 것 같아요!

앞서 저는 질량 분석기를 평가하기 위한 몇 가지 중요한 매개변수를 여러분께 알려 드렸습니다. 다음으로, 다양한 질량 분석기의 성능을 대략적으로 요약하겠습니다.

1. 사중극자 및 이온 트랩: 질량 스캔 범위는 일반적으로 10-4,000으로 제한됩니다. 4,000 이상에서는 사중극자 및 이온 트랩은 이온 전송에만 사용할 수 있으며 이온 검출에는 사용할 수 없습니다. 분해능은 일반적으로 2,000~4,000이고 더 나은 이온 트랩은 10,000~20,000에 도달할 수 있습니다. 스캔 속도는 그다지 빠르지 않으며 가격이 매우 저렴하고 전체 장비를 매우 작게 만들 수 있다는 장점이 있습니다.

2. TOF: 측정 가능한 질량 범위가 이론적으로 무한히 크고, 무한히 작을 수 있다는 것이 가장 큰 장점입니다. 검출하려는 이온에 질량이 없으면 비행 시간이 0이 되므로 질량 대 전하 비율이 0인 이온을 측정할 수 있습니다. 마찬가지로 이온의 질량이 무한하다면 비행시간도 무한하며 이론적으로 검출이 가능하다. TOF의 분해능은 5,000~60,000이며 스캔 속도가 매우 빠르다는 단점이 있습니다. TOF에는 매우 긴 이온 활주로가 필요하므로 장비 크기가 매우 커집니다.

3. FTICR: 장점은 해상도가 매우 높아 1,000,000 이상에 도달할 수 있다는 것입니다. 단점은 스캔 속도가 상대적으로 느리고 초전도 자석이 필요하다는 것입니다. 가격도 매우 높으며, FTICR 질량분석기 자체의 가격도 보통 100만 달러를 넘을 정도로 매우 높습니다.

4. Orbitrap: 초전도 자석을 사용해야 하는 FTICR의 단점을 극복합니다. 해상도는 100,000~1,000,000에 달합니다. 스캔 속도가 그다지 빠르지 않으며 가격도 FTICR Lower보다 높습니다. . 특허로 보호되며 현재 Thermo에서만 생산됩니다.

단백질체학 연구의 경우 질량 분석기 성능에 대한 최소 요구 사항은 분해능 최소 40,000~50,000, 질량 정확도는 5ppm 이상, 질량 스캔 범위는 100~3,000 이내, 스캔 속도는 다음과 같습니다. 초당 최소 하나의 고해상도 1차 스펙트럼과 10개의 고해상도 2차 스펙트럼을 얻는 것입니다. 위의 조건이 충족된다면 프로테오믹스에 대한 가장 기본적인 요구사항을 충족한 것으로 간주됩니다.

다양한 질량분석기의 장점과 단점은 위에서 논의되었으므로 여기서는 동일하거나 다른 질량분석기를 직렬로 연결하여 직렬 또는 병렬 작동을 달성하는 탠덤 질량분석기의 개념을 소개합니다. 여기에는 두 가지 목적이 있습니다. 2차 단편 이온을 생성하는 것(2차 단편 이온이 생성되는 이유는 나중에 설명하겠습니다)과 다양한 질량 분석기 성능의 보완적인 이점을 달성하는 것입니다.

우리는 질량 분석기마다 성능이 다르다는 것을 알고 있습니다. 예를 들어, 사중극자 질량 분석법은 이온 선택을 달성할 수 있지만 분해능이 상대적으로 낮고, TOF는 이온 선택을 달성할 수 없지만 분해능이 상대적으로 높습니다. 그렇다면 성능이 서로 다른 질량 분석기를 함께 묶어 함께 작동하게 할 수 있을까요? 우리는 일반적으로 이 요구 사항을 달성하기 위해 직렬 질량 분석기 또는 MS-MS를 사용합니다. 이를 결합하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.

첫 번째는 Triple Quadrupole 또는 Series Quadrupole로 세 개의 사중극자를 직렬로 연결하는 것입니다. 이것의 주요 목적은 2차 질량의 스캐닝을 실현하기 위한 것입니다. 분광법.

두 번째 유형은 사중극자와 비행시간형 질량분석기를 직렬로 연결한 것으로, 실제로 우리가 흔히 듣는 Q-TOF는 2차 질량분석기의 분해능을 높이기 위한 것이다.

세 번째 유형 : Orbitrap Fusion과 같은 Orbitrap과 Quadrupole의 조합 또는 Orbitrap Elite와 같은 Orbitrap과 이온 트랩의 조합 등이 그러한 조합입니다.

먼저 탠덤 질량 분석기를 통해 2차 조각 이온을 얻는 방법에 대해 이야기하겠습니다.

위는 직렬 4중봉 구조의 개략도이다. 직렬 쿼드 또는 트리플 쿼드는 직렬로 연결된 세 개의 쿼드로 구성됩니다. 일반적으로 두 번째 쿼드는 여섯 번째나 여덟 번째로 대체되지만 우리는 여전히 이를 쿼드라고 부릅니다. 이 사중극자는 질량 선택 시스템이 아니라 이온을 단편화하는 데 사용되는 충돌 셀입니다.

계열 사중극자가 작동하면 첫 번째 사중극자는 질량 선택 모드를 켜서 특정 질량 대 전하 비율의 이온이 질량 분석기를 통과하고 다른 이온은 버릴 수 있도록 합니다. 4층 기둥에 던지거나 4층 기둥 공간에 던집니다. 그런 다음 특정 이온(전구 이온이라고 함)이 선택되면 충돌 셀로 들어갑니다.

충돌 셀에는 입구와 출구 사이에 전압 차이가 나는 구조가 있습니다. 일반적으로 전구체 이온이 들어오면 입구 전압이 출구 전압보다 높습니다. 전압 차이로 인해 가속됩니다. 더욱이, 충돌 셀은 헬륨이나 질소로 채워질 것입니다. 이온이 가속되면 충돌 셀의 헬륨이나 질소 분자와 충돌하여 조각이 나고 조각 이온 또는 생성 이온이라고 하는 조각이 형성됩니다. 이러한 조각 이온은 세 번째 사중극자로 들어가고 2차 스캐닝을 거쳐 2차 질량 스펙트럼을 얻습니다.

아래 사진은 탠덤 사중극자 질량 분석기인데, 여전히 매우 컴팩트한 구조임을 알 수 있습니다.

락토파민을 예로 들어, 그 분자가 탠덤 질량분석기를 통과하면 어떤 변화가 일어나고, 어떤 스펙트럼이 얻어지는지 살펴보겠습니다.

락토파민 이것은 동물용 의약품입니다.

분자량은 301.1672이며 구조식은 위 그림과 같습니다. 첫 번째 사진에서 측정된 질량 대 전하 비율은 302.1744입니다. 이는 302.1744에 락토파민의 질량 스펙트럼 피크가 있습니다.

그런 다음 질량 분석기에 302.1744에서 이온을 선택하고 CID(충돌 유도 해리) 전압을 10V로 설정하도록 지시합니다. 즉, 충돌 입구와 출구에 10V를 추가합니다. 셀 전압 차이로 인해 이온이 10V의 충돌 에너지로 충돌할 수 있습니다. 충돌 후 두 번째 사진을 보면 302번의 신호세기가 약해지고, 284번과 164번번의 신호세기가 강해지며, 이전에는 볼 수 없었던 107번, 121번, 136번의 신호도 나타나는 것을 알 수 있습니다. .

다음으로 충돌 전압을 10V에서 25V로 높인 후 302의 신호가 완전히 사라지는 것을 발견할 수 있습니다. 이는 이온이 원래 고에너지 이후에 첫 번째 사중극자에서 선택되었음을 나타냅니다. 충돌하면 91, 107, 121, 136 및 164와 같은 조각 이온으로 완전히 조각화됩니다. 그렇다면 이러한 조각 이온은 무엇입니까?

구조를 분석하면 이들이 락토파민의 다양한 조각 구조에 해당한다는 것을 알 수 있습니다. 예를 들어 164는 실제로 락토파민의 오른쪽 끝에 해당하고, 136은 왼쪽 절반에 해당하는 식입니다.

조각의 화학 구조를 분석함으로써 우리는 조각들을 하나로 모아 완전한 락토파민 분자를 형성할 수 있습니다. 이것이 바로 2차 질량 스펙트럼을 통해 화합물의 구조적 식별을 달성하는 방법입니다. 실제 식별 과정은 더 복잡하고 신경이 쓰이는 경우가 많지만, 위의 내용은 단순한 예일 뿐입니다.

따라서 폴리펩티드 또는 단백질 분해 후 폴리펩티드 단편의 경우 동일한 과정을 거쳐 폴리펩티드에서 이론적으로 어떤 단편을 얻을 수 있는지 분석한 다음 이를 스펙트럼과 비교하여 폴리펩티드 서열을 식별할 수 있습니다. . 이 부분은 나중에 자세히 다루겠습니다. 먼저 아래와 같이 간단한 예를 살펴보겠습니다.

예를 들어 왼쪽 상단에 이와 같은 펩타이드 세그먼트가 있으면 이론적으로 회색으로 표시된 다양한 b-y 이온을 얻을 수 있습니다. 질량 스펙트럼을 이용하면 해당 조각 이온(오른쪽 표에서 빨간색으로 표시된 것이 질량 스펙트럼에서 찾을 수 있는 조각 이온)을 찾을 수 있고, 이 정보를 종합하면 해당 조각 이온의 순서를 알 수 있습니다. 폴리펩티드는.

위의 내용은 탠덤 질량 분석기가 2차 조각 이온과 2차 스펙트럼을 얻는 방법을 공유하기 위해 삼중 사중극자를 예로 사용합니다. 그런 다음 일부 다른 직렬 질량 분석기에도 비슷한 프로세스가 있습니다.

Q-TOF는 세 번째 사중극자를 비행 시간 질량 분석기로 대체한다는 점을 제외하면 실제로 직렬 사중극자와 매우 유사합니다. 즉, 사중극자, 충돌 셀, 비행 시간 질량 분석기가 뒤따릅니다. 비행 거리를 늘리기 위해 이온이 돌아서 다시 날아가게 만드는 것을 반사 모드 비행이라고 하며, 이를 통해 이온이 더 짧은 공간에서 더 멀리 날아갈 수 있습니다.

아래 사진은 브루커가 생산한 Q-TOF 질량분석기이다. 비행 튜브의 길이는 3.6미터에 달하고 이온 이동 시간은 7.2미터입니다. 이 숫자에 주목하시면 되며, 나중에 진공도에 대해 이야기할 때 다시 언급하겠습니다.

Orbitrap 시리즈는 일반적인 탠덤 질량분석기보다 더 복잡합니다. 아래의 구성도를 통해 느낄 수 있습니다.

이 시리즈에는 Q Exactive 질량 분석기와 같은 여러 가지 직렬 질량 분석기가 있습니다. Q1도 4중극자이고, Q2는 충돌 셀이며, Q3은 Orbitrap으로 대체됩니다.

또 다른 예는 Orbitrap Elite입니다. Q1은 이온 트랩, Q2는 충돌 셀, Q3은 Orbitrap Elite에는 4중극자가 없습니다. 트랩을 교체했습니다.

3개의 질량분석기를 혼합한 Orbitrap Fusion(아래 그림 참조)도 있습니다. 1단은 사중극자, 2단은 이온 트랩, 3단은 입니다. 이온 트랩입니다. 스테이지는 Orbitrap이고 충돌 풀도 있습니다. 전체 구조는 매우 복잡합니다. Orbitrap과 Ion Trap을 동시에 스캔할 수 있는 것이 특징입니다.

일반 질량 분석기에서는 두 개의 질량 검출량을 동시에 스캔할 수 없습니다. 하나는 질량 검출 기능으로만 사용할 수 있고 다른 하나는 필터로 사용할 수 있습니다. Orbitrap Fusion의 이온 트랩과 Orbitrap은 동시에 스캔할 수 있습니다. 즉, 단순히 직렬이 아닌 병렬 구조이기 때문에 스캔 속도가 더 빠르고 성능도 더 좋아질 것입니다. Fusion의 해상도는 240,000 – 960,000에 달할 수 있습니다.

위에서 일반적으로 사용되는 여러 가지 질량 분석기를 공유했습니다. Q-TOF를 예로 들어 질량 분석기의 기본 구조를 알아 보겠습니다.

질량분석기의 핵심부분은 질량분석기인데, 이는 앞서 자세히 소개해드린 질량필터와 질량검출기 두 부분으로 구성되어 있습니다. 질량 분석계의 다른 모든 부분은 이 핵심 부분을 담당합니다.

이 핵심 구성 요소 외에도 질량 분석기에는 다음 지원도 필요합니다.

진공 시스템: 진공 시스템이 필요한 이유는 무엇입니까? 우리는 질량 분석기가 기체 이온의 질량 대 전하 비율을 감지하는 도구라는 것을 알고 있습니다. 기체 이온이 공기 중에 날아갈 때 공기 분자와 충돌하여 전하가 파괴되어 충전되지 않은 기체가 될 수 있습니다. 분자 때문에 질량 분석기는 더 이상 질량 대 전하 비율을 측정할 수 없습니다. 따라서 우리는 우리가 얻는 기체 이온이 질량 분석기 내에서 안정적으로 존재할 수 있기를 바랍니다. 따라서 질량 분석기에는 이온이 다른 공기 분자의 간섭 없이 안정적으로 날아갈 수 있도록 진공 시스템이 필요합니다.

진공 시스템에는 일반적으로 두 가지 레벨이 필요합니다. 첫 번째 레벨은 기계식 펌프 또는 오일 펌프에 의해 제공되는 저진공입니다. 이는 약 1-3mbar의 압력 환경을 제공할 수 있습니다. 저진공의 목적은 고진공을 위한 백업 압력 환경을 제공하는 것입니다. 고진공은 터빈 펌프에 의해 제공되며 진공 수준은 -1E-5~-1E-10mbar입니다. 이러한 진공 환경에서는 기본적으로 공기 분자가 펌핑됩니다.

왜 이 정도 크기의 진공 조건이 필요한지 묻고 싶을 수도 있습니다.

먼저 이온의 평균 자유 경로라는 개념을 소개하겠습니다. 이는 이온이 다음 공기 분자를 만나기 전에 진공 환경에서 얼마나 오랫동안 비행하는지를 의미합니다. 이는 이온이 진공에서 얼마나 오랫동안 안정적으로 유지될 수 있는지를 결정합니다.

탠덤 사중극자를 예로 들면, 탠덤 사중극자 질량분석기는 길이가 약 1m이므로 1m를 비행하는 동안 이온이 다른 공기 분자와 만나지 않기를 바랍니다.

따라서 시리즈 4단 막대의 경우 진공이 유지되어 1미터 거리 내에 공기 분자가 만나지 않도록 해야 합니다. 따라서 직렬 사중극자는 일반적으로 -1E5mbar의 진공만 필요합니다.

Q-TOF의 경우 이온의 비행 거리는 약 5~7미터 정도입니다. (아직도 기억하시나요? 앞서 Q-TOF를 소개할 때 비행 거리가 7미터라고 구체적으로 언급한 적이 있습니다.) 직렬 사중극자의 거리는 거의 한 데이터 수준 더 길기 때문에 이온이 다른 공기 분자와 충돌하지 않도록 Q-TOF 질량 분석기에 필요한 진공도는 약 -1E-6 ~ -1E-7mbar입니다.

Orbitrap 질량 분석기의 경우 이온이 내부로 1초 동안 날아갈 수 있고 매우 먼 거리를 날아갈 수 있으므로 Orbitrap에는 -1E-10mbar의 진공도가 필요합니다.

이온 소스 시스템: 외부 대기압의 비이온화 환경에서 샘플을 질량 분석기로 유입하여 기체 이온으로 변환해야 하므로 이 기능을 구현하려면 이온 소스가 필요합니다.

컴퓨터 시스템: 질량 분석기의 제어와 데이터 수집을 실현합니다.

가스 시스템: 가스 공급 및 배기 가스 처리(질소, 아르곤)

전원 공급 장치: UPS 무정전 전원 공급 시스템

Plus 핵심 구성 요소 질량 분석기, 위에는 질량 분석기를 구성하는 6개의 시스템이 있습니다. 각 부분의 구조, 사용, 유지 관리에 대해서도 나중에 논의하겠습니다.

이러한 6개의 구성 요소가 설치된 질량 분석기는 다음 개략도로 나타낼 수 있습니다. 일반적으로 질량 분석기와 고진공 터빈 펌프는 큰 상자에 설치됩니다. 이 모듈을 본체라고 하며 저진공 펌프(오일 펌프)는 진동이 많이 발생하기 때문에 본체 외부에 배치됩니다. , 소음 및 열은 진동이 질량 분석계에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 별도로 유지되어야 합니다. 질량 분석기 앞에는 이온 소스가 있고 측면에는 배기구가 있습니다. 질량 분석기와 펌프에서 생성된 배기 가스는 이 배기관을 통해 외부로 배출됩니다. 특히, 펌프에서 발생하는 배기가스는 발암성이 있는 경우가 많기 때문에 배기가스가 특히 중요합니다.

위 내용에서는 질량 분석기의 성능을 평가하는 방법, 직렬 질량 분석기의 작동 방식, 질량 분석기를 구성하는 6가지 구성 요소에 대해 설명합니다. 다음 기사에서는 액체 크로마토그래프의 구성과 액체 질량 분석 장비의 작동 원리에 대해 설명합니다.