전기 분무 이온화
전기분무이온화(Electrospray ionization, ESI)는 액체에 높은 전압을 가하여 에어로졸을 생성하고 이를 통해 질량분석을 위한 이온을 생성하는 기술입니다. 생체 고분자는 상대적으로 취약하여 이온화 과정에서 구조가 쉽게 손상될 수 있습니다. 전기분무이온화는 이러한 이온화 시 분자의 파괴 경향을 극복합니다. 대기압 이온화 과정 중 ESI는 다중 전하 이온을 생성할 수 있으며, 이는 관찰된 kDa-mDa 범위의 단백질 및 관련 펩타이드의 크기에 맞추어 분석기의 질량 범위를 효과적으로 확장합니다.
전기분무이온화 원리
ESI는 모세관 출구에서 높은 전압을 가하여 높은 전기장을 생성하고 이로 인해 모세관에서 흘러나오는 액체를 미세한 전하를 띤 액적으로 분무합니다. 용매가 증발함에 따라 액적의 표면 전하 강도가 점차 증가하여 결국 액적이 하나 이상의 전하 이온으로 분리되어 분석물이 단일 전하 또는 다중 전하 형태로 기상 이온으로 변환됩니다.
기상 이온 생성 메커니즘에는 두 가지 설명이 있습니다: Thomsona와 Iribarne가 제안한 이온 증발 모델(IEM)과 Dole과 Rllgen이 제안한 전하 잔류 모델(CRM)입니다. 두 모델 모두 분석할 이온이 외부 에너지에 의해 자극되지 않으며, 기상 이온으로 변환되는 과정에서 파편이 생성되지 않습니다.
전기분무이온화의 메커니즘
전기분무이온화의 과정
ESI 과정은 크게 세 단계로 나눌 수 있습니다: 액적 형성, 탈용매화, 기상 이온 형성.
1. 액적 형성. 고전압 전기장의 영향으로 샘플 용액이 모세관에서 분무되어 전하를 띤 액적을 형성합니다.
2. 탈용매화. 분무실로 들어간 액적은 가열된 건조 가스(예: 질소)에 의해 증발하여 액적의 직경이 작아지고 표면 전하 밀도가 증가합니다. 레일리 한계에 도달하면 전하 간의 쿨롱 반발력이 액적의 표면 장력을 상쇄하여 액적이 분열되고 더 작은 전하를 띤 액적이 생성됩니다.
3. 기상 이온 형성. 전하를 띤 액적의 크기가 나노미터 수준에 도달하면 액적 내 이온이 기상 이온으로 변환됩니다.
전기분무이온화 과정
전기분무이온화의 장단점
ESI는 새로운 소프트 이온화 기술로, 많은 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 이 기술은 일부 전통적인 질량분석 기술의 단점을 보완하지만 여전히 몇 가지 한계점이 있습니다.
ESI의 장점
1. 전기분무는 비휘발성 용액을 이온화하는 비교적 간단한 방법을 제공하여 질량분석기가 민감한 직접 검출을 제공할 수 있게 합니다. 전기분무 질량분석은 무기 물질의 검출 및 분석뿐만 아니라 유기 금속 이온 착체 및 생체 고분자의 분석에도 사용될 수 있습니다.
2. 전기분무 질량분석에서 고분자량 분자는 일반적으로 여러 전하를 갖고 있으며, 전하 상태의 분포는 분자량을 정확하게 정량화할 수 있도록 하여 정확한 분자량 및 구조 정보를 제공합니다.
3. 다양한 이온화 모드 선택 가능: 양이온 모드와 음이온 모드.
4. 다양한 크로마토그래피와 효과적으로 결합하여 복잡한 시스템 분석에 사용될 수 있습니다.
ESI의 단점
1. 해결해야 할 문제에 따라 실험 매개변수 또는 기술 조건을 신중하게 선택해야 합니다.
2. 용매 선택과 사용할 수 있는 용액의 범위에는 제한이 있습니다. 동시에, 질량분석기는 서로 다른 착체에 대해 매우 다른 반응을 보여 정확한 정량 분석을 방해합니다.
3. 용액 매개변수가 분무 과정을 제어하므로, 좋은 조건에서도 이온 신호에 변동이 발생할 수 있습니다.
ESI의 응용
ESI는 높은 극성, 열적 불안정성 단백질의 이온화 및 고분자 유기물의 분자량 결정 문제를 해결하는 소프트 이온화 기술입니다. 이전의 질량분석 기술과 비교할 때, ESI는 혼합물 분석의 민감도, 정확성 및 복잡성을 현저히 향상시켜 단백질 분야에서 질량분석의 적용 범위를 넓혔습니다.
펩타이드와 단백질: ESI는 단백질 용액에 전하를 주입한 후 용매를 증발시켜 최종적으로 전하를 띤 펩타이드를 얻습니다. ESI-MS는 분리 및 식별 기능을 가지고 있으며, 복잡한 펩타이드 혼합물의 식별, 예를 들어 혼합 단백질 분해물 또는 SDS-PAGE 젤의 혼합 단백질 밴드에서 자주 사용됩니다. ESI-MS는 다중 전하 이온이 쉽게 분해되어 충돌 활성화 민감도가 증가하기 때문에 연쇄 질량분석에 특히 적합합니다. 이는 목표 펩타이드를 모니터링하고 전체 서열 정보를 얻는 데 사용됩니다.
핵산: ESI의 출현은 올리고뉴클레오타이드 및 유사 구조의 구조 및 서열 분석에 강력한 방법을 제공합니다. ESI는 부분적으로 분해된 테스트 올리고뉴클레오타이드 샘플을 제공하고, 다른 시간에 이를 샘플링하여 질량분석을 수행하여 올리고뉴클레오타이드 부분 분해의 분자 이온 피크 신호를 얻습니다. 두 인접한 조각의 분자량을 비교하여 절단된 뉴클레오타이드 모노머의 분자량을 계산할 수 있으며, 올리고뉴클레오타이드의 서열을 네 개의 디옥시리보뉴클레오타이드의 표준 분자량과 비교하여 읽을 수 있습니다.
이온의 분자 질량: 전기분무이온화의 특징은 파편 이온 대신 높은 전하 이온을 생성하여 질량 대 전하 비(m/z)를 대부분의 질량분석기가 검출할 수 있는 범위로 낮추어 분자량 분석의 범위를 크게 확장하는 것입니다. 이온의 분자 질량은 질량 대 전하 비와 전하 수로 계산할 수도 있습니다.
ESI는 소프트 이온화 방법으로, 질량분석에서 ESI 소스의 광범위한 사용을 촉진합니다. 심지어 분자량이 크고 안정성이 낮은 화합물도 이온화 과정에서 분해되지 않습니다.
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