빠른 원자 폭격

빠른 원자 폭격(Fast atom bombardment, FAB)은 1981년에 개발된 이온화 기술로, 질량 분석 시스템에서 이온 소스로 널리 사용됩니다. 다른 이온화 기술과는 달리, 빠른 원자 폭격은 중성 원자(Xe, Ar)를 사용하여 샘플을 이온화합니다. 중성 원자의 사용은 절연 샘플에서 전하의 축적을 피하고 샘플의 이온화를 촉진합니다. 빠른 원자 폭격은 휘발성이 없거나 유도체화되지 않은 화합물 및 일부 고분자 화합물을 성공적으로 분석할 수 있습니다. 또한, 빠른 원자 폭격은 올리고당, 올리고펩타이드, 올리고뉴클레오타이드, 열에 불안정한 유기 화합물 및 금속 유기 화합물의 측정에 효과적입니다.

빠른 원자 폭격의 원리

빠른 원자 폭격은 중성 원자의 고속 방향성 운동을 사용하여 샘플 표면을 직접 폭격하여 샘플을 이온화하고 양이온[M + H]+, 음이온[M - H]- 및 파편 이온을 형성합니다. 빠른 원자 폭격 이온 소스는 냉음극 방출 이온 총과 충돌 전하 교환실로 구성됩니다. Ar은 방출 이온 총에서 Ar+로 이온화된 후, Ar+는 가속 전압과 초점 전극의 작용으로 고속 Ar+ 이온 빔을 형성합니다. 전하 교환실은 Ar로 가득 차 있습니다. 이온 빔이 교환실에 들어가면 다음 반응이 발생합니다:

빠른 원자 폭격1

'< >'는 빠른 방향성 운동을 가진 입자 기호를 나타냅니다. Ar+의 빠른 방향성 운동은 Ar로부터 전자를 획득하여 Ar의 빠른 방향성 운동을 형성합니다. 전하 교환 과정에서 ＜Ar+＞의 에너지 손실은 매우 적기 때문에 생성된 ＜Ar＞도 높은 에너지를 가집니다. ＜Ar+＞는 편향 전장에서 분리되고, ＜Ar＞는 원래 방향으로 고속으로 전진하여 샘플 목표물에 충돌하여 샘플을 이온화합니다. 샘플은 용매에 용해되어 빠른 원자 폭격에서 작은 금속 조각에 도포됩니다. 사용된 용매의 증기압은 샘플을 용해 상태로 유지할 수 있을 정도로 충분히 낮아야 합니다. 사용된 용매에는 글리세롤, 디에탄올아민, 에틸렌 글리콜, 디메틸설폭사이드 등이 포함됩니다.

빠른 원자 폭격2

샘플이 이온화된 후, 양전하 생성물은 주로 프로톤 결합 또는 알칼리 금속 이온 결합 형태로 존재합니다. 일반적으로 소량의 알칼리 금속 이온만 필요하며 질량 분석기에서는 [M + Na]+ 또는 [M + K]+ 신호가 나타납니다. 강한 염기성 그룹을 가진 샘플(폴리펩타이드)에서는 처음으로 [M + Na]+ 피크가 관찰됩니다. 샘플에 산이 혼합되어 있으면 신호가 강화됩니다. 반면에 음이온 생성물은 [M - H]- 형태로 나타납니다. 산성 샘플은 종종 [M - H]-로 이온화되며, 염 샘플은 양이온 또는 음이온의 분해를 통해 전하를 가진 이온을 형성합니다. 연구에 따르면 염 이온은 샘플의 분자량을 결정하고 샘플 구조를 분석하는 데 중요합니다.

빠른 원자 폭격의 장단점

빠른 원자 폭격은 비휘발성, 열에 불안정한 극성 화합물을 분석하는 데 매우 효과적입니다. 이온화 생성물 [M + H]+와 [M - H]-는 빠른 원자 폭격에서 쌍으로 생성되어 양이온 질량 분광법과 음이온 질량 분광법을 분석하는 데 도움이 됩니다. 빠른 원자 폭격의 민감도는 높고 샘플 소모량은 적습니다. 샘플의 최소 측정 분자량은 10-9g일 수 있으며 샘플 활용률이 높습니다. 생물 활성 물질의 경우, 폭격에 사용되는 중성 입자 때문에 남은 샘플은 활성을 유지하고 재사용할 수 있습니다. 또한 샘플의 각 구성 요소의 이온화 확률과 검출 민감도는 샘플 구성에 따라 다릅니다. 샘플 내 한 구성 요소의 이온화에 필요한 에너지가 다른 구성 요소보다 낮으면 그 구성 요소의 이온화 확률이 더 큽니다.

그러나 빠른 원자 폭격은 샘플을 분리하는 데 적합하지 않습니다. 빠른 원자 폭격은 친화력이 낮은 프로톤과 친화력이 높은 프로톤을 분리하기 어렵습니다. 또한, 휘발성이 다른 혼합 샘플의 경우 빠른 원자 폭격은 구성 요소를 분별하고 이온화할 수 없습니다.

빠른 원자 폭격의 응용

질량 분석 이온 소스로서, 빠른 원자 폭격은 고극성, 열에 불안정한 화합물, 특히 펩타이드 및 단백질의 분석에 적합합니다. 빠른 원자 폭격-MS 연속 기술의 응용은 세부적인 샘플 분자 구조 정보를 제공하며, 생물의학 분야에서 널리 응용됩니다. 펩타이드 화합물에서, 빠른 원자 폭격은 수천 분자량의 대분자를 성공적으로 분석하고, 폴리펩타이드 내 아미노산의 순서와 유형을 제공하며, 폴리펩타이드의 이성질체를 구별합니다. 예를 들어, 뇌인지질, 인간 위장 호르몬, 소 인슐린, 브래디키닌, 부신피질 자극 호르몬 등이 있습니다. 또한, 빠른 원자 폭격은 네오마이신, 스트렙토마이신, 겐타마이신, 에리스로마이신, 테트라사이클린 등의 극성 항생제를 검출할 수 있습니다. 화합물의 뉴클레오타이드 및 그 인산염을 분석할 때, 빠른 원자 폭격은 니코틴아미드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산(C21H29N7O17P3) 및 비타민 B12(C63H88CoN14O14P)를 성공적으로 분석했습니다.

열에 불안정한 극성 유기 화합물은 증발하기 어렵고 쉽게 분해되는 물질입니다. 빠른 원자 폭격은 비활성 원자의 이온화 기술을 기반으로 하여 이러한 화합물의 분석에 효과적인 솔루션을 제공합니다. 질량 분석과 결합하여, 빠른 원자 폭격은 정량 분석 및 구조 분석에서 중요한 발전을 이루었습니다. 질량 분석 기술의 지속적인 발전으로, 빠른 원자 폭격의 응용 분야는 더욱 확대될 것입니다.