전자 이온화

전자 이온화(Electron ionization, EI)는 전자 충돌 이온화 및 전자 폭격 이온화라고도 하며, 주어진 유기 화합물을 식별하는 데 가장 효과적인 질량 분석 방법 중 하나의 기초입니다. 이 방법은 고에너지 전자가 고체상 또는 기체상의 원자나 분자와 상호작용하여 이온을 생성하는 이온화 방법입니다. 이 기술은 고에너지 전자를 사용하여 이온을 생성하기 때문에 강한 이온화 방법(높은 분해)을 사용한다고 간주됩니다. 이로 인해 광범위한 분열이 발생하여 알려지지 않은 화합물의 구조 결정에 도움이 됩니다. EI는 분자량이 600 미만인 유기 화합물 분석에 사용될 수 있습니다. 또한 다양한 분리 방법과 결합할 때 전자 이온화 기술을 사용하여 열 안정성과 휘발성이 있는 고체, 액체 및 기체 화합물도 검출할 수 있습니다.

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전자 이온화 EI의 원리

일반적으로 이온 소스는 샘플을 이온으로 변환하고, 이온을 가속화하고, 이온을 이온 빔으로 집중시킵니다. 이온 빔은 슬릿을 통해 질량 분석기로 들어갑니다. 전기장 또는 자기장 내에서 다른 이온의 행동 차이를 통해 질량 대 전하비로 이온을 분리하여 질량 스펙트럼을 얻습니다. 질량 스펙트럼을 분석하여 샘플의 정성 및 정량 결과를 얻습니다.

EI 소스는 일반적으로 음극(필라멘트), 이온실, 전자 수신기 및 일련의 정전 렌즈로 구성됩니다. 고진공 조건에서 필라멘트에 전류를 가하여 전자를 방출하고, 전자는 필라멘트에서 전자 수신기로 가속됩니다. 이 과정에서 샘플 분자는 이온실에서 전자와 충돌하여 샘플 분자가 이온화되거나 조각으로 분해됩니다. 생성된 이온 흐름을 안정화하기 위해 일반적으로 전자 빔의 에너지를 70 eV로 설정하여 안정적인 표준 질량 스펙트럼을 생성합니다.

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분석된 기체 또는 증기는 장치의 이온 소스로 들어가 이온으로 변환됩니다. 전자는 다목적 와이어로 만들어진 직접 가열 음극에서 방출되며, 이온화실(양극)과 음극(음극) 사이에 직류 전압(70 V)을 가하여 전자가 이온화실로 가속됩니다. 이러한 전자가 이온화실 내의 기체(또는 증기)의 원자나 분자(M)를 폭격할 때, 원자나 분자(M)는 전자를 잃고 양이온 또는 분자 이온(M +)으로 변환됩니다. 분자 이온은 전자 폭격을 계속 받아 일부 화학 결합이 끊어지거나 재배열되어 순간적으로 여러 조각 이온 또는 양이온으로 분해됩니다.

고전적인 EI 방법의 많은 장점:

1. EI는 비선택적 이온화로, 샘플이 기화될 수 있기만 하면 이온화될 수 있습니다.
2. EI는 높은 이온화 효율과 감도를 가지고 있습니다.
3. EI 스펙트럼은 풍부한 구조 정보를 제공하여 화합물의 '지문' 역할을 합니다.

하지만 EI에도 몇 가지 결함이 있습니다:

1. EI 소스는 휘발성이거나 열에 불안정한 샘플에는 적합하지 않습니다.
2. 일부 화합물은 EI 모드에서 쉽게 분해되어 정확한 질량 스펙트럼을 제공할 수 없습니다.
3. EI 방법은 양이온만 감지할 수 있으며 음이온은 감지할 수 없습니다.

EI의 응용

EI는 질량 분석을 위한 최초의 이온 소스 중 하나로, 기기 분석에 널리 사용됩니다. GC-MS와 EI의 결합은 소분자, 휘발성, 열 안정성 및 기화 가능한 화합물을 분석하는 데 사용될 수 있습니다. GC-EI-MS는 생물 액체, 유기물 요소, 농약 잔류물 분석에 사용될 수 있습니다. 예를 들어, GC-EI-MS는 단백질 회전 연구에 사용되며, 이는 인간 단백질 합성 연구 과정에서 조직 단백질의 아미노산 농축을 나타내는 d-페닐알라닌의 매우 낮은 함량을 측정합니다. EI는 유기물의 요소 분석에도 사용할 수 있으며, 전자 이온화 고해상도 질량 분석기(EI-HRMS)는 유기 분자(단일 이온뿐만 아니라)의 요소 분석(EA)에 사용할 수 있습니다. EI-HRMS는 요소와 총 유기물의 비율을 측정하여 유기 요소의 유형을 결정합니다. 예를 들어 산소/탄소(O/C), 수소/탄소(H/C), 질소/탄소(N/C) 및 유기물과 유기 탄소의 비율(OM/OC)을 통해 단일 주입 분석으로 신선한 식품의 농약 잔류물을 확인할 수 있습니다.