애질런트 Ion Mobility Q-TOF 질량

분석기 시스템

기술 개요

애질런트 Ion Mobility Q-TOF 질량 분석기 시스템

• 한층 더 높은 분리 차원을 제공합니다.

• 정확한 충돌 단면적의 직접적인 측정 방법을 제공합니다.

• 분자 형태의 구조적 특성을 보존합니다.

• 복잡한 시료에 대한 분석법을 확장합니다.

개요

Agilent 6560 Ion Mobility Quadrupole Time-of-Flight(IM-QTOF) LC/MS 시스템은

표준물질을 이용한 검량과정 없이 고성능의 Ion Mobility 및 매우 정밀하고 정확한

충돌 단면적(CCS 또는 W) 측정이 가능합니다. 애질런트 Ion Mobility 기기는 균일한

저전기장 조건에서 작동하므로 이온의 드리프트 시간 정보가 충돌 단면적 정보로

직접 변환될 수 있습니다. 이 기기의 기술 혁신적인 Ion Funnel 기술은 질량

분석기에 이온 샘플링을 급격히 증가시키므로 극미량 수준에도 높은 품질의

MS/MS 스펙트럼이 가능합니다.

Agilent IM-QTOF 시스템은 최초의 상용으로 이용 가능한 균일 전기장 Ion Mobility

시스템으로서 Agilent 1290 UHPLC를 장착하여 LC, IM 및 MS 기술의 결합된

분리력과 선별성을 제공합니다. 최첨단 연구와 관련된 실험실에서는 연구

프로그램의 속도에 박차를 가할 수 있고, Ion Mobility 측정으로 제공되는 구조

정보의 획득뿐만 아니라 부가적인 분리 차원으로 혼합물 식별에 신뢰도를 높일

수 있습니다. 본 기기는 드리프트 튜브 이용 고해상도 Ion Mobility LC/MS

시스탬으로써 높은 감도를 제공할 뿐만 아니라 동시에 표준물질을 이용한 검량과정

없이 정확한 충돌 단면적 측정이 가능한 유일한 상용화 시스탬 입니다.

저자

Ruwan Kurulugama, Ken Imatani 및

Lester Taylor

Agilent Technologies, Inc.

Santa Clara CA

애질런트 Ion Mobility 시스템은 많은 학술 기관 및 정부 연구소의 과학자들이

협력하여 개발한 시스템입니다. 다수의 연구 보고서에서 본 기기는 단독의

고분해능 질량 분석법 기술과 비교하여 복잡한 시료를 분석하는데 상당히 우수한

분석결과를 생산함을 증명하였습니다.

그 동안 많은 연구자들은 단백체학, 대사체학 및 기타 매우 복잡한 시료 분석이

요구되는 다양한 연구 실험법에서 고분해능 질량 분석법을 이용하여 많은 연구

결과를 발표 하였지만, 여전히 추가적인 분리 분석법에 대한 요구는 끊임없이 제기

되어 오고 있었습니다. 본 신제품의 Ion Mobility 기술은 연구자들에게 이전보다

휠씬 더 세부적인 분석 사항을 제공합니다.

Ion Mobility 분리의 원리

Ion Mobility에 따른 분리가 일어나는 균일 전기장 드리프트 관에서는 드리프트 셀

내의 전기장이 장치를 통해 이온을 이동시킵니다.아울러, 이동하는 이온이 정지형

완충 기체와 충돌하여 생기는 항력이 이온을 이동시키는 전기력에 대항하여

작용합니다. 이온이 충돌하는 항력은 충돌 단면적(크기와 모양의 함수), 전하 및

질량에 따라 달라집니다. 다중 전하 이온은 전기장으로 인해 더 큰 힘에 부닥치기

때문에 단일 전하 이온에 비해 효과적으로 완충 기체를 통과하여 이동합니다.(즉,

더 빨리 드리프트 관을 통과합니다.) 큰 단면적을 가진 이온은 드리프트 관에서

완충 기체와의 충돌로 인해 더 쉽게 저지됩니다.(즉,상대적으로 느리게 드리프트

관을 통과합니다.) 완충 기체 분자와 이온의 충돌로 생기는 항력은 전기장에 의해

생긴 가속도를 저지합니다. 따라서 빠르게 평형 상태에 도달하고 이온은 가해진

전기장(E)에 비례하여 일정한 속도(Vd)로 이동을 시작합니다. 비례 상수(K)는

이온의 기체상 이동도입니다. 확산 제한 분해능은 드리프트 셀의 길이(L), 전기장(E),

분석 이온의 전하 상태(Q) 그리고 완충 기체 온도(T)에 따라 달라집니다.

Vd = KE

이동도는 완충 기체, 질량 및 전하와 이온의 상호 작용에 대한 함수입니다. 또한

감소된 이동도(K0)는 기체 온도 및 완충 기체 분자의 질량에 따라 다릅니다.

2

K0 =LtdE

P760 T

273.2

여기서 L은 드리프트 셀의 길이, td는 보정된 드리프트 시간, E는 드리프트 셀을

가로지르는 전기장, P는 드리프트 셀의 압력이며 T는 완충 기체의 온도입니다.

Agilent IM-QTOF 시스템

Agilent IM-QTOF 시스템은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

• 60 이상의 Ion Mobility 분해능

• 표준물질을 이용한 검량과정 없이 정확한 충돌 단면적(~ 1%)의 자동 계산

• 극미량 화합물에 대한 높은 감도

• 정교한 데이터 검색 및 마이닝 툴

3

그림 1. Ion Mobility 기기의 계통도. 이온 소스 영역에서 생성된 이온은 단일 구경 모세관을 통하여 전면

Ion Funnel로 운반됩니다. 전면 Ion Funnel은 기체상 이온을 트래핑 Funnel로 효율적으로 전달하면서

과도한 기체 및 중성 분자를 펌핑함으로써 감도를 향상시킵니다. 트래핑 Funnel은 드리프트 관으

로 이온을 축적하고 방출합니다. 드리프트 셀은 길이가 ~80cm이며 일반적으로 20V/cm 드리프트

전기장에서 작동합니다. 드리프트 관에서 나오는 이온들은 후면 Ion Funnel로 들어가서 효과적으로

질량 분석기로 방향을 바꾸어 이온을 전달합니다.

작동 설명

그림 1에 표시한 바와 같이 애질런트 Ion Mobility 시스템은 전면 Funnel, 트래핑

Funnel, 트래핑 게이트, 드리프트 관 그리고 헥사폴을 통해 Q-TOF 질량 분석기에

연결되는 후면 Funnel로 구성되어 있습니다. 전면 Funnel은 고압에서 작동하여

Funnel DC 및 RF 전압이 이온을 트래핑 Funnel로 보냅니다. 전면 Ion Funnel의 핵심

기능은 시료 이온을 농축하고 과도한 기체를 제거하는 것입니다.

전자분무 과정에서 나오는 연속 이온 빔은 Ion Mobility 분리 이전에 펄스 이온

빔으로 변환되어야 합니다. 트래핑 Funnel은 먼저 개별 이온 패킷을 보관한 다음

드리프트 셀로 방출하여 작동합니다.

이온은 이온의 크기와 전하에 기초하여 Ion Mobility 셀을 통과할 때 분리됩니다.

큰 충돌 단면적을 가지는 이온은 작은 충돌 단면적의 이온에 비해서 드리프트 기체

분자와 더 많은 충돌을 거치게 됩니다. 그래서 큰 이온은 작은 이온보다 드리프트

셀을 통해 더 천천히 이동합니다. 또한 높은 전하 상태의 이온은 높은 전기력에

부딪혀서 낮은 전하 상태의 이온에 비해 높은 속도로 이동합니다. 드리프트 셀은

저전기장 제한 조건에서 작동하기 때문에 기기는 화합물에 대해 정확한 구조 정보를

생성할 수 있습니다. 저전기장 조건 하에서 이동도는 전기장에 종속되지 않고,

분자의 구조 그리고 완충 기체와 분자의 상호 작용에 따라 결정됩니다.

드리프트 셀을 나가는 이온은 헥사폴 이온 가이드에 들어가기 전에 후면 Ion Funnel에

의해 방향을 바꿉니다.

Funnel

Funnel Funnel

성능 최적화 – 드리프트 시간 분해능

Ion Mobility 분석법의 경우 드리프트 분해능은 확산 피크 확대, 초기 이온 패킷의

너비 및 공간 전하 효과에 따라 다릅니다. 이 세 가지 요소 중 가장 중요한 것은 확산

피크 확대입니다. 확산 제한 분해능은 드리프트 셀의 길이(L), 전기장(E), 분석 이온의

전하 상태 및 완충 기체 온도에 따라 결정됩니다. 드리프트 관이 길수록 더 오랜

시간 동안 이온이 드리프트할 수 있으므로 더 나은 이온 분리와 드리프트 분해능이

발생합니다.

4

애질런트 Ion Mobility 드리프트 관 길이는 약 80cm이며 드리프트 분해능을

최적화하고 신호 손실을 최소화하도록 설계되었습니다. 질소 완충 기체를 사용하여

높은 드리프트 관 전압에서 견고하게 작동하며 60 이상의 드리프트 분해능을

제공합니다.

높은 드리프트 분해능을 제공하는 또 다른 요소는 최초 이온 패킷의 너비입니다.

이 기기는 이온 용량을 높이고 이온 패킷은 좁히는데 최적화하는 이중 그리드 트래핑

Funnel 장치를 사용합니다. 적절한 이온 게이트 펄스 시간을 설정하면 이후에

Ion Mobility 셀로 주입되는 이온 패킷에 포함된 이온의 수를 결정합니다. 펄스

시간은 일반적으로 60 ~ 100밀리세컨드 범위에 있습니다.

R = =tD

Dt 16kbTln2LEQ

(ms) 28

27

26

25 25.7626.68

24

28

27

26

25

24

1.2×105

1.00.80.60.40.20

527.0

526.8 527.2 527.6 528.0m/z

528.4 528.8 529.2 529.6

527.5

527.1580

528.0 528.5 529.0 529.5

OH

OHO

HO

HOH

H

HH

H

OH

HOH

OH

OH

O

O

H

HO

HO

HOH

HH

H

H

H

O

O

OH

OHO

HOHO H

HH

HH

OH

OHH

OH

OH

OH

O

H

HO

O

HO

H

HH

H

HH

O

O

그림 2. IM-QTOF를 이용한 동중원소 삼당류의 분리. 주사기 펌프를 사용하여 멜레지토스와 라피노오스의

1:1 혼합물이 주입되었습니다. 이 2개의 탄수화물은 Ion Mobility 드리프트 셀을 사용하여 분리되고

Q-TOF 질량 분석기를 사용하여 Sodium Adduct 형태로 검출될 수 있습니다. 이 분리를 위한

Ion Mobility 분해능은 60입니다.

마지막으로 트래핑 Funnel의 배출 영역에서 좁아지는 부위는 이온 손실을 방지하고

분해능과 감도를 향상시키기 위해 이온 패킷을 드리프트 셀로 보내도록

설계하였습니다.

결과적으로 매우 농축되고 제한된 패킷의 이온이 드리프트 영역으로 들어가서 높은

드리프트 분해능과 높은 감도를 제공합니다.

감도의 최적화

균일 전기장 Ion Mobility는 오랫동안 수 많은 연구용으로 만들어진 디자인에

사용해왔습니다. 이 균일 전기장 디자인은 드리프트 관 앞의 이온 게이팅 영역에서

매우 높은 이온 손실(> 99.9%)을 보여줍니다. 추가적으로 작은 배출구 때문에

드리프트 관의 출구에서 상당수의 이온이 소실될 수 있습니다.

PNNL(미국 에너지부의 국립태평양북서연구소)의 Richard Smith 그룹이 개척한

현대적인 전기 역학 Ion Funnel 기술이 출현함으로서 균일 전기장 드리프트 관

디자인에 더 높은 감도 이득이 가능하게 되었습니다. PNNL 트래핑 Ion Funnel은

고압에서 이온을 가두는 최초의 장치였습니다. 시스템 감도 성능은 이온화 효율성,

드리프트 관 영역의 내부와 외부로 효율적인 이온 이동 그리고 이온 소스와 질량

분석기 사이의 이동 손실 최소화 기능입니다.

Agilent IM-QTOF를 그림 3에 체계적으로 표시하였습니다. 애질런트 제트 스트림

이온화 소스는 표준 전자분무 디자인에 비해 5배 높은 감도 향상과 매우 높은

이온화 효율성을 제공합니다. 첫 번째 단계 Ion Funnel은 과도한 기체를 효율적으로

제거하면서 두 번째 단계의 트래핑 Funnel을 위해 이온 빔을 농축합니다.

드리프트 관의 출구에서 이온 패킷이 질량 분석기의 광학 장치에 들어가기 전에

더 좁은 빔으로 바꾸기 위해 후면 Funnel이 사용되었습니다. 고효율성 이온

트래핑과 후면 Funnel을 함께 사용함으로써 이전의 비-Funnel 디자인보다 1,000 배

로 감도가 향상되었습니다.

5

Funnel

Funnel Funnel

IBC

그림 3. Agilent IM-QTOF 기기의 계통도. Ion Mobility 분석기가 헥사폴 이온 가이드를 사용하여 사중극자

시간비행형 질량 분석기와 연결되었습니다.

정확한 충돌 단면적 측정 방법의 개발

충돌 단면적 값은 Ion Mobility를 이용하여 계산됩니다. Ion Mobility를 결정하는

모든 1차 방정식은 저전기장을 적용합니다. 균일 전기장 드리프트 관 디자인은

일반적으로 저전기장에서 작동하므로 매우 예측 가능하고 정확한 이동도 값이 측정

가능합니다.

기존의 균일 전기장 드리프트 관 Ion Mobility는 아래에 명시한Mason-Schamp

등식을 사용하여 충돌 단면적(W)을 계산하는 직접적인 방법을 제공합니다.

6

W =(18p)1/2

16ze

(kbT)1/2

1+ml

1 1/2

mB

tdEL P

760N1T

273.2

여기서 W는 회전 평균 충돌 단면적이며, kb는 Boltzman 상수, T는 완충 기체의 온도,

ml은 분석 이온의 질량, mB는 완충 기체 분자의 질량, td는 보정 드리프트 시간, ze는

분석 이온의 전하 상태, E는 전기장, L은 드리프트 셀의 길이, P는 드리프트 셀의

압력, N은 드리프트 셀에서 수밀도입니다. td는 IMS QTOF 시스템에서 총 이온

드리프트 시간으로 결정될 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. td 값이

계산되면 그 값들은 직접 CCS 측정값을 생성하기 위해 사용할 수 있습니다.

충돌 단면적이 계산되는 정확도는 이동도 실험 동안에 실험 파라미터(압력, 온도

및 전기장)가 유지되는 범위에 의해 결정됩니다. 언제라도 정의된 드리프트 영역을

벗어나서 이온이 소비되면 “앤드 효과”가 생성되어 측정 정확도가 떨어지게 됩니다.

균일 전기장 드리프트 관을 사용하여 2% 미만의 정확도 이내로 CCS의 측정값을

정기적으로 얻을 수 있습니다.

표 4. 테트라 알킬 암모늄(TAA) 염 계열에 대한 충돌 단면적 데이터. TAA 염의 혼합물은 7가지 다른

드리프트 전기장에서 직접 Agilent IM-MS 기기로 주입되었습니다. 각 염의 t0 값은 드리프트

시간 대 1/전압 그래프의 플롯으로 구해졌습니다. 그 후 수정된 드리프트 시간이 CCS 값 계산에

사용되었습니다.

*Campuzano, I., Bush,M. F., Robinson, C. V., Beaumont, C., Richardson, K., Kim, H., Kim, H. I. Anal Chem2012, 84(2) 1026-33. Structural Characterization of Drug-like Compounds by Ion Mobility Mass Spectrometry.

분해 물질 질량(Da) CCS 참조문헌*(Å2) CCS Agilent IM-MS (Å2) 참조문헌과의 편차 %

TAA-3 186.22 143.8 ± 0.1 146.1 ± 1.0 1.54

TAA-4 242.28 166.0 ± 0.3 167.3 ± 0.9 0.77

TAA-5 298.35 190 ± 0.1 190.3 ± 1.1 0.10

TAA-6 354.41 214.0 ± 0.3 213.9 ± 0.6 0.04

TAA-7 410.47 236.8 ± 0.2 237.7 ± 0.4 0.37

TAA-8 466.54 258.0 ± 0.4 258.7 ± 0.4 0.14

TAA-10 578.66 – 296.2 ± 0.4 –

TAA-12 690.79 – 325.5 ± 0.5 –

TAA-16 915.04 – 365.6 ± 0.7 –

분자 형태의 구조적 특성 보존

충돌 단면적 측정 방법은 기체상에서 분자 형태의 보존 방법에 따라 다르며 여러

연구에서 이온 가열을 줄임으로써 구조적 형태가 보존될 수 있음을 증명하였습니다.

애질런트 Ion Mobility 디자인은 드리프트 셀에서 이온을 앞으로 나아가게 하기

위해 직류(DC)가 사용되기 때문에 이온 가열이 최소화로 전달됩니다.

또한 Agilent IM-QTOF 시스템은 다양한 불안정 화합물부터 매우 안정적인 화합물

범위까지 구조적 형태의 보존을 위해 조정 가능한 트랩 전압 설정을 사용할 수

있습니다. 이온 가열은 Ion Funnel에 조정 가능한 RF 전압을 가하여 최소화하며

특정 연구에 맞게 최적화할 수 있습니다. 이온의 이동에 따른 조각화는 드리프트

셀과 Q-TOF 인터페이스에서 전기장 강도와 압력을 최적화함으로써 최소화됩니다.

그림 4는 저에너지 구조를 보존하기 위해 조정 가능한 트래핑 전압을 사용하여 다른

유비퀴틴 전하 상태의 IMS-TOF 분리를 보여주고 있습니다.

7

그림 4. 유비퀴틴 전하 상태의 IM-QTOF 분리. 유비퀴틴을 0.1% 아세트산의 물과 MeOH 용액 50:50에용해하여 IM-QTOF 기기에 주입하였습니다. 드리프트 시간 대 m/z의 3D 플롯은 드리프트 및 m/z공간에서 전하 상태의 분포를 보여줍니다. 왼쪽에 표시된 드리프트 시간 분포 플롯은 다른 전하

상태에 대한 모든 드리프트 분포를 합하여 생성되었습니다. 일부 전하 상태는 복수의

형태이성질체에 상응하는 여러 개의 드리프트 피크를 나타냅니다.

(ms)

38

35

30

25

600

600 700

14+

13+

12+ 11+ 10+9+

8+7+

6+ 5+800 900 1,00 1,100

m/z1,200 1,300 1,400 1,500 1,600 1,700 1,800

800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800

36343230282624

40 20

2.5×106

(×106)

2.01.51.00.50

분리력 및 피크 용량의 향상

분리력은 여러 화합물 유형이 포함된 복합 혼합물 분석에 특히 중요합니다. 심도

분석의 경우 크로마토그래피 분리만으로는 단일 LC 피크에서 용출될 수 있는 여러

화합물을 특성화하기에 충분하지 않습니다. 게다가 고분해능 질량 분석기의 MS

스캔 속도는 한계가 있으며, 효율적인 프론트 엔드 분리 없이는 시료의 모든

화합물에 대한 데이터를 생성할 수 없습니다. 일반적으로 데이터 의존적 MS/MS

실험에서는 흔히 저농도 피크를 놓치게 됩니다.

Ion Mobility 분리 속도(밀리세컨드)는 HPLC(초) 시간 척도와 TOF 분석기 시간

척도(마이크로세컨드) 중간에 해당됩니다. Ion Mobility는 크로마토그래피로

분석되지 않는 극미량 화합물의 분리 기능을 제공합니다. 기존의MS/MS 조건에서는

Fragmentation을 위해 Precursor Ion 선택 시 사중극자가 사용됩니다. All Ion

MS/MS 실험에서는 Precursor Ion선택이 완료되지 않고 모든 이온이

Fragmentation을 위해 충돌 셀로 보내집니다. 기존의 MS/MS에 비해 All Ion

MS/MS의 장점은 존재하는 모든 화합물에 대한 구조 정보를 수집할 수 있다는

것입니다. 드리프트 시간 분리가 시료 복잡성을 이해하고 Precursor Ion과 그와

관련된 Product Ion을 더 쉽게 결합할 수 있도록 추가적인 분리를 제공하기 때문에

Ion Mobility와 결합하면 All Ion MS/MS를 더 강력하게 사용할 수 있습니다. 이에

따라 극미량 화합물에 더 나은 검출 한도를 가진 All Ion MS/MS를 사용하면 화합물

식별의 애매모호성을 줄일 수 있다는 것이 장점입니다.

예를 들어 최근 Agilent IM-QTOF 시스템을 이용한 밴더빌트 대학교의 연구에 따르면

지질의 전체적인 적용 범위가 5배까지 증가하였음을 증명하였습니다. 이와 유사하게

그림 5에 도해한 바와 같이 국립태평양북서연구소의 최근 단백질체학 연구에서는

IM-QTOF를 사용하여 단독의 LC/MS 분석과 비교하여 식별된 펩타이드와 단백질의

수에서 3배의 개선 사항을 얻었습니다.

분리력의 일반적인 측정은 피크 용량이며 다차원적 방법에 적합한 최대 피크

수로 정의될 수 있습니다. 각 분석법(LC, IMS, MS)의 분해능이 높고 분리

메커니즘(직교성)의 차이가 현저할 경우 높은 피크 용량이 달성될 수 있습니다.

피크 용량은 단독의 질량 분해능과 비교하였을 때 더 좋은 분리력 지시기입니다.

이상적인 상황에서 다차원적 방법의 피크 용량은 각 차원의 곱셈 결과입니다.

피크 용량 = UHPLC 분해능 × IM 분해능 × MS 분해능 × 분석법의 직교성

최근 밴더빌트 대학교의 연구에서는 이전 LC/MS 방법과 비교하여 단일 전하

화합물의 피크 용량이 5배로 증가함을 증명하였습니다.

Agilent IM-QTOF 시스템은 탁월한 감도 성능으로 UHPLC, IM 및 질량 분해능의

분해능을 동시에 조합할 수 있기 때문에 매우 높은 피크 용량을 달성합니다. 그림

6에 표시한 바와 같이 근접 동중원소 농약의 분리는 0.2mDa 미만의 질량 차이로

이루어지며, 효과적인 분석을 위해 2,000,000의 질량 분해능이 필요합니다.

8

9

IMS

(C7H14N2O4S)

[M+Na]+ = 245.056649

H

O

SOO

ON

N

(C10H11ClN4)

[M+Na]+ = 245.056445

Cl

CN

CH3

CH3

N

N N

4

3

2

1

017 18 19 20 21

19.441

×104

1.0

0.6

0.8

0.4

0.2

017 18 19

(ms)

20 21

18.297

×104

5

3

4

2

1

017 17.5 18

(ms)

18.5 19 19.5 20 20.5

*18.297

*19.441

×104

그림 5. Agilent IM-QTOF 기기를 이용하여 얻어진 선택성 증가. m/z 대 드리프트 시간의 플롯은 20개의

기준 펩타이드를 첨가한 생쥐 혈장 시료에서 추출한 트립신 펩타이드의 분리를 보여줍니다. 시료는 IM-QTOF 분석 전에 15분 동안 LC 분리되었습니다. 삽입한 그림은 10개의 펩타이드가

LC-IM-QTOF 실험에 확인된 3D 플롯의 영역에서 확대한 모습을 나타내고 있습니다. 참고로,

LTQ-FT-MS 기기를 사용하여 동일한 시료를 100분 동안 LC 기울기로 분석했을 경우 별표로

표시된 바와 같이 3개만 식별되었습니다.

그림 6. 0.2mDa의 질량 차이가 있는 농약 알디카르브 술폰 및 아세트아미프리드의 IM-QTOF 분리. 이 두 개의 화합물을 하나의 m/z 영역에서 분리하려면 약 2백만의 질량 분해능이 필요합니다. 하지만, 이 화합물 간의 구조적 차이 때문에 드리프트 차원에서는 쉽게 분리될 수 있습니다.

1,330,000

0

49,400

0

02,430,000 026,600

피크 용량 이외의 중요한 요소 – 감도의 중요성!

고분해능이나 피크 용량은 질량이나 기타 물리적 특성에 차이가 있는 경우에

유용합니다. 동중원소 화합물을 분석하는 경우에는 단순히 질량분해능이 1백만

이상이라도 이성질체를 분리하고 식별하기에 충분하지 않을 수 있습니다.

퍼메틸화 올리고당에 대하여 아래의 그림 7에서 표시한 바와 같이 CCS 값 결정

기능을 사용하여 구조 이성체의 동일성을 확인할 수 있습니다.

10

그림 7. 페메틸화 올리고당의 IM-QTOF 분리. 이들 올리고당 시료들은 각각 별도로 주입되어

IM-QTOF상에서 Sodium Adduct 형태로 분석되었습니다. 이 동중원소 헥소오스는 다른 드리프트

분포를 보여주며 구조적 차이를 나타냅니다. Ion Mobility 분리는 서로 다른 구조를 가진 동중원소

화합물을 분리하기 위해 사용할 수 있는 유용한 기법입니다.

1.0Cel6Mal6Lam6Man6IM63,4Glu

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

035 36 37 38 39 40

(ms)41 42 43 44 45

결론

Agilent IM-QTOF LC/MS 시스템은 Ion Mobility 질량 분석법의 상용 개발에 있어서

큰 발전을 이루었습니다. 균일한 드리프트 전기장 이동도 셀과 인터페이스를

고분해능 Q-TOF 기기로 최적화하여 개발하였기에 Ion Mobility 성능에 상당한

이득을 제공합니다. 지난 3년 동안 애질런트의 QQQ와 Q-TOF 기기에 적용하며

검증된 Ion Funnel 기술에 새로운 IM-QTOF 시스템을 통합시켰습니다. 따라서 높은

감도를 가진 복합 Ion Mobility 분리와 질량 분리능이 가능합니다.

여러 협력 연구 기관과의 최근 연구에서 본 기기가 다음과 같은 사항을 수행하는

것으로 확인되었습니다.

• 지질과 글리코펩티드계의 분리 개선

• 구조 형태와 이성질체 화합물의 확실한 특성화가 가능한 충돌 단면적 측정

정확도 개선

• 복잡한 매트릭스에서 더 많은 수의 극미량 펩타이드 측정

• 액체상 용액에서 금속 단백질의 구조적 정확도 보존

이 시스템의 분석 활용도를 극대화하기 위해 애질런트는 Ion Mobility 데이터의

시각화를 위한 소프트웨어 도구도 개발하였습니다. 이 소프트웨어는 연구원들이

Mobility/질량 영역 데이터를 얻고 높은 정밀도와 정확도로 충돌 단면적 값을 쉽게

결정할 수 있도록 설계되었습니다.

참조 문헌

드리프트 분해능에 영향을 미치는 요인

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Triwave의 설명과 작동

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3. S.D. Pringle, K. Giles, J.L. Wildgoose, J.P. Williams, S.E. Slade, K. Thalassinos,R.H. Bateman, M.T. Bowers, and J.H. Scrivens, “An Investigation of the mobilityseparation of some peptide and protein ions using a new hybridquadrupole/travelling wave IMS/oa-TOF instrument”, Int. J. Mass Spectrom.,261, 1-12, 2007.

전기 역학 Funnel을 이용한 감도 개선에 대한 PNNL 연구

4. K. Tang, A.A. Shvartsburg, H.N. Lee, D.C. Prior, M.A. Buschbach, F.M. Li,A.V. Tolmachev, G.A. Anderson, and R.D. Smith, “High-sensitivity ion mobilityspectrometry/mass spectrometry using electrodynamic ion funnel interfaces”,Anal. Chem., 77, 3330-3339, 2005.

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6. B.H. Clowers, Y.M. Ibrahim, D.C. Prior, W.F. Danielson, M.E. Belov, andR.D. Smith, “Enhanced ion utilization efficiency using an electrodynamic ionfunnel trap as an injection mechanism for ion mobility spectrometry”, Anal.Chem., 80, 612-623, 2008.

미지 화합물에 대해 Triwave 시스템을 이용한 단면적 측정의 한계를 보여주는 연구.이온 가열 및 검량 부족에 대한 여러 가지 참조 자료 – T-Wave의 파라미터에 따른

급격한 이온 가열

7. D. Morsa, V. Gabelica, and E. De Pauw, “Effective temperature of ions in travel-ing wave ion mobility spectrometry”, Anal. Chem., 83, 5775–5782, 2011.

T-Wave에서 이온 가열 이론

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단백질 검량: 검량선 주위에 광범위한 데이터 포인트(± 10%까지) 클레머 데이터와

비교하여 훨씬 적은 수의 이형태체 시토크롬 C(펼처진 경우에만)가 검출되었습니다.

10. D.P. Smith, T.W. Knapman, I. Campuzano, R.W. Malham, J.T. Berryman,S.E. Radford, and A.E. Ashcroft, “Deciphering drift time measurements from travelling wave ion mobility spectrometry-mass spectrometry studies”, Eur. J. Mass Spectrom., 15, 113–130, 2009.

큰 오류(20 ~ 30%)가 발생하는 여러 가지 유형의 단백질(예: native vs. denatured)을이용한 단백질 CCS 검량. 일부의 경우 측정된 CCS는 파장의 높이에 따라 달라집니다.

11. M.F. Bush, Z. Hall, K. Giles, J. Hoyes, C.V. Robinson, and B.T. Ruotolo, “Collisioncross sections of proteins and their complexes: A calibration framework anddatabase for gas-phase structural biology. CCS values and increased coverageof lipids”, Anal. Chem., 82, 9557–9565, 2010.

12. J. May, C. Goodwin, R.T. Kurulugama, A. Mordehai, G. Stafford, and J. McLean,“Ion mobility conformational space mapping for complex sample characteriza-tion”, Vanderbilt University department of chemistry, Nashville, TN and AgilentTechnologies, Inc., Santa Clara, CA, Oral session at 61st Annual ASMS conference, 2013, Minneapolis, MN.

분리 및 피크 용량

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