*생물리학 발표 PPT

시스템 생물학과 4 학년 정승연

Mass Spectrometry

시스템 생물학과 4 학년 정승연

Quattro microTM LC-MS/MS system LCT Mass Spectrom-eter

GCT Premier GC/MS Thermo Finnigan Trace GC/MS

Mass Spectrometer

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Thermal ionization MS

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이 기계는 초전도 자석 내에서 이온의 회전 주파수를 측정해 분자무게를 측정하는 장비로 ,

가장 가벼운 분자인 수소분자의 100 만분 1 의 무게 차이도 정확히 측정할 수 있는 초정밀 장비입니다 .

한국기초과학지원연구원 – 15T FT-ICR MS’

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Mass Spectrometry 란

• MS, 질량분석법

• 전체 질량의 0.01%, Small organic molecule의 500만분의 1에 달하는 정확도

• 매우 높은 민감도

• 다양한 물질에 사용가능 –Proteins –Oligonucleotides –Oligosaccharides –Lipids –Others

• Proteomics 에 활용 * 단점 : 고가 , 고 진공, 고전압, 높은 유지비 등이 있음

• 주입 시스템 : 먼저 시료를 도입한다 .

• 이온 발생원 (Ionization source) : 시료분자의 이온화 , 더 작은 이온으로 쪼갬

• 질량 분리기 (Mass analyzer) : 이온을 질량 대 전하 비로 선택적 분리

• 검출기 (Detector) : 이온 흐름을 그 양에 비례하는 전기적 흐름으로 전환 , 증폭시켜 signal 을 생성

Mass Spectrometry 의 과정

Q. 분석하려는 시료를 이온화를 하는가 ?

  

Q. 진공시스템은 왜 필요한가 ? 

Mass Spectrometry 의 과정

Mass Selection

3. Time of Flight(TOF)

4. Quadrupole

–Magnetic Sector –Ion Trap –Ion Cyclotron

Ion source

1. Electrospray Ion-ization(ESI) 액체

–Atmospheric Pressure Ionization (APCI) –Chemical Ionization (CI) –Electronic Ionization (EI)

2. Matrix Assisted Laser DesorptionIon-ization (MALDI)고체

Detector

–Phosphor / Photo Diode

5. Multi-channel Plate (MCP)

MS 분류하기

http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=777579&cid=559&categoryId=559

Ionization 의 종류

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Ion source : ESI분자량이 10 만 이상인 폴리펩티트 , 단백질 , oligonu-cleotide

• 1984

•포름산 같은 산성 용액 사용

•(+)charge 의 반발력 사용

보통 MS 는 m/z 가 1,500 이하인 곳에서 분해능이 뛰어나다 .

ESI 방법을 사용하면 전하가 +2, +3, +4 등 전하가 높기 때문에 충분히 m/z 가 1,500 이하로 떨어져 분석할 수 있게 된다 . ESI는 HPLC 를 사용하여 직접 시료를 도입할 수 있는 장점이 있다 .

• 전자 분사 이온화

• 액체 상태의 시료를 이온화 (LC-MS)

• 기존의 방법으로는 얻기 힘들었던 intact 상태의 peptide 나 단백질을 이온화

• 한 개 이상의 전하를 띤 이온을 생성

ESI 의 특징

Ion source : MALDI

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Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI)

• 분자량이 수천에서 수만에 이르는 극성 생화학 고분자 화합물

•1988 년 독일과 일본

•MALDI 법은 매트릭스 물질과 분석 시료를 섞어 스테인리스 강 탐침 끝에 바른다 .

• 매트릭스는 레이저를 강하게 흡수하며 그 후에 매트릭스와 분석물은 탈착되어 이온화된다 .

•MALDI 법은 분석기로 비행 시간(TOF) 를 사용한다 .

Ion source : MALDI

Laser

matrix + analyte

Sample

support

a

m

m

m

m

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+

+

+

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+

1.Matrix 와 sample 을 약 1000~10000:1 로 섞어서 적당한 유기 용매에 혼합

2. 혼합물을 시료용 plate 에 올려놓고 진공 조건 만들어주면 유기 용매는 기화되고 시료는 matrix 와 함께 균질하게 결정화 된다 .

3. 이 때 laser 조사하면 에너지가 matrix 를 통해 sample 로 전달되어 약한 이온화가 일어난다 .

4. 전기장을 사용해서 이온들을 모으고 m/z 에 따라 나누어 분석한다 .

hn

Laser

+20 kV

Variable Ground Grid Grid

AH+

Sample plate 1. Sample (A) is mixed with excess matrix (M) and dried on a MALDI plate.

2. Laser flash ionizes matrix molecules.

3. Sample molecules are ionized by proton transfer from matrix:

MH+ + A M + AH+.

Time Of Flight(TOF)

Flight TubeIon Source

20-25 kV

++

The Mass Analyzer: TOF

The Mass Analyzer: TOF

Flight Tube

Detector

Ion Source

+

+ +

The Mass Analyzer: TOF

Flight Tube

Detector

Ion Source

+

+

+

HiRes mass spectrum

Iondetector

MALDI ionsource

Ion reflector

The reflector focuses ion of same mass but different velocity on

detector; high resolution is obtained

Laser

MALDI TOF 의 특징• 큰 분자량 물질을 분석 가능 (>400kDa)• 혼합물 분석 가능• 미량 분석 가능 ( 펩타이드의 경우 fmol 분석

가능 )• 데이터 분석 용이• 염의 영향 덜 받음• 비용 저렴 , 빠른 시간 내에 가능• 높은 throughput (>1000 sample/hour)

MALDI/TOF Mass spectrum

Calibration of the mass scale

The mass-to-charge ratio of an ion is proportional to the square of its time of flight in the analyzer (“drift time”).

2

22

L

Kt

z

m

The Mass Analyzer: Quadrupole

The Mass Analyzer: Quadrupole

Quadrupole(Mass filter)

- 4 개의 금속 막대로 이루어져 있으며 , 한쌍 (1,2) 은 DC voltage, 다른 한 쌍 (3,4) 은 Radio frequency voltage 가 가해진다 .

- Quadrupole 의 막대는 각각 (+) 와 (-) 의 서로 반대되는 전하를 가진다 .

- 가해지는 전압의 진폭은 선택된 m/z 에 해당되는 ion 만 ion source 에서 detector 까지 통과하게 한다 .

- Quadropole 의 전압을 바꾸면서 주어진 mass 범위의 이온을 scanning 한다 .

The Mass Analyzer: Quadrupole

Detectors : MCPMCP: Multiple-channel plate

+

-1000 V -100 V

Primary Ion from Flight Tube

L

D= 6-25 u

Ions are detected with a Microchannel Plate

처음 들어온 primary inci-dent particle 이 surface를 치거나 , some material을 통과하게 되면 sec-ondary particle 의 방출이 유도된다 .

+

-1000 V -100 V

L

D= 6-25 u

Ions are detected with a Microchannel Plate

+

-1000 V -100 V

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L

D= 6-25 u

Ions are detected with a Microchannel Plate

Multification by secondary emission

Secondary emissive materials: Beryllium oxide, magnesium oxide etc

+

-1000 V -100 V

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L

D= 6-25 u

Ions are detected with a Microchannel Plate

+

-1000 V -100 V

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Amplification

Ions are detected with a Microchannel Plate

Secondary particle 이 여기서와 같은 electron 일 때 이것을 secondary electron emission 이라고 한다 .

Tandem MS(MS/MS)MS/MS : MS 를 두 번 사용하는 방법

Tandem MS(MS/MS)MS/MS : MS 를 두 번 사용하는 방법

CID : collision induce dissociation – 1 차적으로 생성된 이온이 collision cell에서 가스 분자와 충돌하면 fragmentation 이 발생한다 .

Peptide Mass Fingerprinting

• 단백질을 sequencing 하는 분석 방법

• Protease 를 사용하여 peptide 를 잘게 쪼갠다 .

• 절단 후 발생하는 단편들을 질량 분석을 통하여 분석한다 .

• Mass measured with MALDI-TOF and ESI-TOF

• 분석 가능 장비 : Q-TOF, MALDI-TOF, ESI MS 

Peptide Mass Fingerprinting

Peptide Mass Fingerprinting

Peptide Mass Fingerprinting

Thank you!!*