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질량 분석의 마법: 충돌 활성화 분자 단편화가 어떻게 숨겨진 구조를 드러낼 수 있을까?
질량 분석계에서 질량 분석 기술은 특히 CID(충돌 활성화 분자 단편화) 기술을 통해 무한한 가능성을 제공합니다. 이 기술을 통해 과학자들은 분자의 구조와 특성을 깊이 파고들어 분자 조각을 통해 표면 아래 숨겨진 복잡성을 드러낼 수 있습니다. CID 기술은 주로 이온을 가속하고 중성 가스와의 충돌을 유발하여 분자 내에서 에너지 변형을 일으키고 궁극적으로 분자가 부서지게 만듭니다.
"충돌 활성화 반응을 통해 우리는 분자의 존재를 확인할 수 있을 뿐만 아니라 그 기본 구조도 추측할 수 있습니다."
충돌 활성화의 기본 원리
충돌 활성화 단편화는 선택된 이온을 고에너지 상태로 가속하여 중성 분자와 충돌할 때 에너지의 일부가 내부 에너지로 변환되어 결합이 끊어지고 작은 파편이 생성되는 방식으로 작동합니다. 그런 다음 이러한 단편을 질량 분석법으로 추가 분석하여 분자 구조의 비밀을 밝힐 수 있습니다.
저에너지 및 고에너지 CID
저에너지 CID는 주로 1keV(킬로전자볼트) 미만에서 수행되며 분자 조각을 생성하는 데는 효율적이지만 관찰되는 조각화 유형은 이온의 운동 에너지에 크게 영향을 받습니다. 이온 운동 에너지가 매우 낮으면 대부분의 분절이 구조적 재배열로 변환되고, 이온 운동 에너지가 증가할수록 직접 결합 절단 가능성도 증가합니다.
저에너지 CID와 비교하여 고에너지 CID는 1keV ~ 20keV 범위의 운동 에너지를 갖는 이온을 사용합니다. 이 접근법은 탄화수소 구조를 포함하는 분자에서 발생하는 장거리 전하 절단과 같이 저에너지 CID에서 관찰할 수 없는 조각을 생성할 수 있습니다.
삼중 사중극자 질량 분석기
삼중 사중극자 질량분석기는 세 개의 사중극자로 구성되며, 첫 번째 사중극자(Q1)는 질량 필터로 사용되어 이온을 선택적으로 통과시키고 두 번째 사중극자(Q2)로의 이동을 가속화합니다. Q2는 고압 환경에서 선택된 이온이 중성 가스와 충돌하여 CID가 발생하는 충돌실 역할을 합니다. 그 결과 생성된 단편은 질량 분석을 위해 Q3으로 가속되며, 그 결과는 분자 구조에 대한 자세한 정보를 얻는 데 사용될 수 있습니다.
푸리에 변환 이온 사이클로트론 공명
푸리에 변환 이온 사이클로트론 공명 질량 분석기에서 입자는 ICR 셀에 갇히고 공진 주파수에서 펄스 전기장을 적용하여 운동 에너지가 증가합니다. 이 과정에서 충돌 가스의 짧은 폭발이 도입되어 여기 이온과 중성 분자 사이의 충돌을 촉진하여 원하는 조각을 생성합니다. 또한 연속적인 비공명 조사를 통해 여기와 역여기가 교대로 이루어지므로 이온이 낮은 충돌 에너지에서 다중 충돌을 겪을 수 있습니다.
고에너지 충돌 골절
고에너지 충돌 단편화(HCD)는 Orbitrap 질량 분석기에 특화된 CID 기술입니다. 분리가 트랩 챔버 외부에서 일어나는 것이 특징이며, 이 과정은 공명 여기의 질량 차단에 의해 제한될 수 없으므로 동위원소 표지를 기반으로 하는 정량 분석에 매우 적합합니다. 이름에 담긴 높은 에너지에도 불구하고 HCD의 충돌 에너지는 실제로 일반적으로 100eV 미만입니다.
파괴 메커니즘
CID 과정에서 파괴 메커니즘은 동형 단편화와 이형 단편화로 구분됩니다. 동질분해 파열에 의해 생성된 단편은 원래의 결합 전자를 유지하는 반면, 이종분해 파열 동안 결합 전자는 하나의 단편으로 손실됩니다. 보다 구체적으로, 원격 전하 절단은 깨진 결합이 전하 위치에 인접하지 않은 기상에서 발생하는 공유 결합 절단 과정입니다.
향후 논의
질량 분석 기술의 발전은 전례 없는 가능성, 특히 복잡한 분자 구조를 식별하고 분석할 수 있는 가능성을 가져올 수도 있습니다. 충돌 활성화 기술의 발전을 통해 우리는 더 많은 분자의 신비를 밝힐 수 있게 되어 화학과 생물학 분야의 새로운 탐구의 장을 열게 될 것입니다. 미래를 맞이하여, 보다 정확한 구조 분석이 우리의 과학적 이해를 어떻게 변화시킬지 생각해 본 적이 있습니까?
