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

MALDI 시료 플레이트에 준비 Laser Sample plate hn AH+ +20 kV 시료 (A) 가 과량의 매트릭스 (M) 과 혼합되어 MALDI plate에 건조됨. 레이저 섬광이 매트릭스 분자들을 이온화 함. 시료분자들이 매트릭스로부터 proton transfer 에 의해 이온화됨: MH+ + A  M + AH+. AH+ Variable Grid Ground Grid +20 kV 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

TOF에서 분자 이온들의 분리 Flight Tube (0.5 – 4m) Ion Source (4 – 25 KV) 가벼운 이온들은 무거운 이온들보다 먼저 검출기에 도착한다. Flight Tube (0.5 – 4m) Detector Ion Source (4 – 25 KV)

Reflector TOF내 분자이온의 비행 Flight Tube Detector Ion Source 4-25 kV Reflector (Ion Mirror) Reflector 또는 ion mirror 는 이온발생 부위에서 동일한 질량의 이온들이 초기 에너지 분포(initial energy spread)를 갖는 것을 보정하여 분리능을 증가 시킨다. 주어진 진공상태의 비행관 (tube) 내에서 이온이 비행할 수 있는 거리를 길게 해주어 분리능(resolution)을 향상 되는 디자인 Peptide등의 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

DLS & SLS 의 원리 Center for Supramolecular Nano-Assembly

DLS (Dynamic Light Scattering) < 산란광의 세기 변화 > 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 Light intensity at 0 time Photon detections < 상관 관계 함수 >  I · I  G()  I 2 time G() = I(t)I(t + )

DLS (Dynamic Light Scattering) 동적 광산란 실험에서는 일정한 시간 간격 (t ) 사이에 PMT( photo-multiplier tube )에 도달하는 광량자의 수를 세어서 그들 사이의 time auto-correlation function을 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) * Rh를 결정

DLS (Dynamic Light Scattering)

SEM H2O THF TEM 100 nm J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6294. 

TEM DLS A J. Am. Chem. Soc. 2004, in press 100nm 100 nm B 18nm 50 nm 10000 1 10 100 1000 C A 3nm 18nm 100nm Radius (nm) 100 nm 50 nm 10 nm J. Am. Chem. Soc. 2004, in press

Zimm Plot vs. Berry Plot 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 plot에서는 위로 약간 휘어지는 모양이 나타나 실제 보다 약간 큰 분자량과 관성 회전반경이 구해짐. 이 경우 berry plot을 이용 ((Kc / R(θ))1/2 vs. sin2(θ) + kc)

Zimm Plot of a PS Standard 0.50 0.845 1.013 1.203 mg/mL q = 0 c = 0 Zimm Plot of a PS Standard

2.18 x 107 g/mol (micelle) / 2,100 (rod-coil) Static Light Scattering in water/THF Aggregation number 2.18 x 107 g/mol (micelle) / 2,100 (rod-coil) = 10,400 Area per molecule 4(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

Calculation of Rg q2/cm-2 ln(I(q))