maldi-tof mass 의 원리 및 응용

MALDI-TOF Mass 의 원리 및 응용(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization – Time Of Flight Mass Spectrometry)

+20 kV

LaserSample plate h

VariableGrid

Ground Grid

AH+

1. 시료 (A) 가 과량의 매트릭스 (M) 과 혼합되어 MALDI plate 에 건조됨 .

2. 레이저 섬광이 매트릭스 분자들을 이온화함 .

3. 시료분자들이 매트릭스로부터 proton transfer 에 의해 이온화됨 :

MH+ + A M + AH+.

• 매트릭스 는 유기산 (organic acid : M) 종류를 사용• 여기에서는 시료가 protonation 되는 것을 설명하고 있으나 , 물질에 따라 deprotonation 이 쉽게 되어 이온화 되는 경우도 있음 .• 측정되는 질량값은 시료분자 (A) 의 분자량 +1 이거나 , 분자량 -1 임

MALDI 시료 플레이트에 준비

가벼운 이온들은 무거운 이온들보다 먼저 검출기에 도착한다 .

Flight Tube (0.5 – 4m)

DetectorIon Source (4 – 25 KV)

TOF 에서 분자 이온들의 분리

Flight TubeDetector

Ion Source

4-25 kV

Reflector (Ion Mirror)

주어진 진공상태의 비행관 (tube) 내에서 이온이 비행할 수 있는 거리를 길게 해주어

분리능 (resolution) 을 향상 되는 디자인

Peptide 등의 정확한 질량 분석이 필요한 Proteomics 응용에 적합함

Reflector (ion mirror) 를 비행관의 끝에 설치하여 이온 비행 방향을 바꾸어 주고 또 하나

의 검출기 (detector) 를 반대편에 설치함 .

이 디자인의 장비로는 응용에 따라 Linear 또는 Reflector 모드로 사용함

Reflector 또는 ion mirror 는 이온발생 부위에서 동일한 질량의 이온들이 초기 에너지 분포 (initial energy spread) 를 갖는 것을 보정하여 분리능을 증가 시킨다 .

Reflector TOF 내 분자이온의 비행

DLS & SLS 의 원리

Center for Supramolecular Nano-Assembly

분자의 운동은 분자간의 상대적인 위치 변화 를 일으키게 하고 이에 따른 위상변화의 결과로 빛의 간섭현상이 시간에 따라 변화 하게 되므로 산란광의 세기가 시간에 따라 변화

즉 , 산란광 세기의 시간에 따른 변화를 추적 - 분자의 운동 -

분자들의 확산 계수 - 분자의 크기를 알 수 있음

Photon detections

Light intensity at 0

time

< 산란광의 세기 변화 >

I · I

I 2

G(

)

time

< 상관 관계 함수 >

G() = I(t)I(t + )

DLS (Dynamic Light Scattering)

DLS (Dynamic Light Scattering)

DLS 의 구성

동적 광산란 실험에서는 일정한 시간 간격 (t ) 사이에 PMT( photo-multiplier tube ) 에 도달하는 광량자의 수를 세어서 그들 사이의 time auto-correlation function 을 계산하게 된다 .

G() = n (t, t ) n (t+, t )

DLS (Dynamic Light Scattering)

확산계수 측정* g(t) = 1 + Aexp(-2 Γt), Γ = 1/τ) ; 이완시간의 역수를

지수감소율 (exponential decay rate, Γ) 로 정의

Semilog plot

* 각도에 따른 Γ vs. q2 plot

확산계수와 지수감소율 사이의 관계

* Γ = Dq2

Stokes-Einstein 식 이용 (D = kT/f, f = 6πηRh)

* Rh 를 결정

10 100 1000 10000

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

g(t)

t / s

40 deg 50 deg 70 deg 90 deg 110 deg

1 10 100 1000

0

20

40

60

80

100

120

140

<Rh> = 44.2 nm

Inte

nsity

(a.

u.)

Diameter (nm)

40o

50o

70o

90o

0.0000 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.00070.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

Dt = 2718 nm2/ms

Rh = 102 nm

q2

DLS (Dynamic Light Scattering)

1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

g2 (t)-

1

Lag time (ms)

30 deg 45 deg 60 deg 75 deg 90 deg 105 deg 130 deg 145 deg

SEM

H2O

THF

TEM

100 nmJ. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6294. 

B

10000

1 10 100 1000

C

B

A

3nm

18nm

100nm

Radius (nm)

100 nm

A

50 nm

10 nm

C

OO

O

N

O

NN N

ORRO

OR

OROR

ROORRO

OH

O OH

HA : R =

B : R =

C : R =

TEM DLS

J. Am. Chem. Soc. 2004, in press

Zimm plot:

분자량 , 제 2 비리얼 계수 그리고 관성 회전반경을 구하는

방법으로 주로 사용 (Kc / R(θ) vs. sin2(θ) + kc)

Berry plot (square root plot):

큰 분자량의 zimm plot 에서는 위로 약간 휘어지는 모양이

나타나 실제 보다 약간 큰 분자량과 관성 회전반경이 구해짐 .

이 경우 berry plot 을 이용 ((Kc / R(θ))1/2 vs. sin2(θ) + kc)

Zimm Plot vs. Berry Plot

Zimm Plot of a PS Standard

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.145.0x10-4

1.0x10-3

1.5x10-3

2.0x10-3

2.5x10-3

3.0x10-3

3.5x10-3

Mw = 704kR

g = 35.8 nm

A = 4.26 x 10-4 cm3·mol/g2

Kc/

R

sin2() + 100c

0.50

0.8451.013

1.203 mg/mL

c

cA

M

/sinRncA

MPR

Kc

wo

g

w22

2222

2 21

3

21612

11

0 4 8 12 16-5.0x10-8

0.0

5.0x10-8

1.0x10-7

1.5x10-7

2.0x10-7

1 x 10-5

8 x 10-67 x 10-6

6 x 10-6

5 x 10-6 (g/mL)

Mw = 2.18 x 107 (g/mol)R

g = 48.8 (nm)

A2 = -2.9812E-6

Aggregation no. = 10,380

Area per molecule = 2.88 nm2

SIN2 (/2) + 106c

Kc/

R (

mol

/g)

Static Light Scattering in water/THF

Aggregation number 2.18 x 107 g/mol (micelle) / 2,100 (rod-coil)

= 10,400

Area per molecule4(48.8 nm)2 / 10,400 = 2.88 nm2 / molecule

Rg/ Rh = 48.8/44.2 = 1.10

Rg/Rh

Uniform sphere: 0.774

Polymer coil: 1.50

Spherical Shell: 1.0

3))0(ln())(ln(

22gRq

IqI

q2/cm-2

ln(I(q))3/2

gR

Calculation of Rg