가스크로마토그래피/
​질량 분석 기초

전자 이온화(EI)는 상대적으로 높은 이온화 에너지(70eV)를 이용해 고진공에서 작동합니다. 스펙트럼이 광범위한 조각화와 낮은 수준의 분자 이온 존재비를 특징으로 하기 때문에 종종 "경질" 이온화 기술이라고 합니다. EI는 스펙트럼 데이터의 반복성이 높고 광범위한 스펙트럼 라이브러리를 이용할 수 있다는 장점이 있습니다. 예를 들어, NIST EI 라이브러리에는 300,000개 이상의 고유한 화합물이 포함되어 있어 EI는 화합물 식별에서 우위에 있습니다.

화학적 이온화(CI)는 메탄이나 암모니아와 같은 시약 가스를 GC/MS 소스에 추가합니다. 시약 가스 분자는 CI 소스에서 이온화되어 소스의 분석물질 분자와 반응하는 이온을 형성합니다. 전통적으로 CI는 "연성" 이온화 기술이라고 불려왔는데, CI는 이온화 에너지가 낮아 EI보다 이온 조각화가 덜 발생하기 때문입니다. 또한 일반적으로(항상 그런 것은 아님) 분자 질량을 양의 CI의 경우 M⁺¹, 음의 CI의 경우 M^-1로 유지합니다. 또한 CI는 때로 M+C2H5(C2H5=29) 및 M+C3H5(C3H5=41)와 같은 부산물을 생성합니다. CI의 대안으로 Agilent 7250 GC/Q-TOF에서 사용할 수 있는 저에너지 EI가 있습니다. 이 소프트웨어 제어 기능을 사용하면 분자 이온을 보다 쉽게 보존하여 식별력을 얻을 수 있습니다.

GC 시스템의 90% 이상이 작동 수명의 90% 이상 동안 EI를 실행합니다. CI는 사용 빈도가 더 적지만 일부 CI 기술은 EI보다 향상된 결과를 제공합니다.

애질런트는 다양한 응용 분야에서 성능을 극대화하기 위해 여러 소스 유형과 렌즈 직경을 제공합니다.

• 애질런트의 HydroInert 소스는 수소 운반 가스를 사용하여 크로마토그래피 효율성과 스펙트럼 충실도를 향상시킵니다.
• 특허받은 Agilent JetClean 자동 세척 이온화원을 이용하면 애질런트 SQ 및 QQQ GC/MS 시스템에서 이온화원의 세척 필요성을 크게 줄이거나 완전히 없앨 수 있습니다. 실제 사용을 확인하세요.

GC/MS/MS는 GC/TQ의 다중 반응 모니터링(MRM)과 마찬가지로 하나 이상의 조각화와 필터링 단계가 수행되는 고도로 선택적인 작동 모드를 의미합니다. 첫 번째 quadrupole에 질량 필터가 적용되고, 충돌 셀에서 추가적인 조각화가 이루어지며, 두 번째 quadrupole에 또 다른 질량 필터가 적용됩니다.

백그라운드를 제거한 후 새로 얻은 미지 화합물의 질량 스펙트럼을 데이터베이스에 있는 알려진 화합물의 스펙트럼 라이브러리와 비교합니다. 새로 얻은 스펙트럼과 데이터베이스 스펙트럼 사이의 질량 대 전하비 및 상대적 존재비를 매칭시키는 알고리즘을 사용하여 매칭 점수를 산출합니다. 일반적인 스펙트럼 라이브러리에는 NIST, Wiley 및 Maurer/Pfleger/Weber가 포함되며, 여기에는 수십만 가지의 다양한 화학물질에 대한 스펙트럼이 수록되어 있습니다. 애질런트가 정리한 스펙트럼 라이브러리 컬렉션을 살펴볼 수도 있습니다.

먼저, 몇 가지 알려진 농도로 해당 분석물을 도입하여 질량 분석기를 보정합니다. 데이터 시스템은 각 농도에서의 반응 존재비에 대응시킨 이러한 명목 농도를 플로팅하여 검량선을 생성합니다. 그러면 새로 획득한 데이터의 분석물질 존재비를 이 검량선과 비교할 수 있습니다.

SQ 또는 QQQ GC/MS로 측정된 대부분의 분자는 반응 곡선에서 선형 영역을 가지고 있습니다. 검출 한계에 가까워질수록 반응의 선형성이 낮아지고 검출기 포화에 가까워질수록 반응이 더욱 떨어집니다. 일반적으로, 극단 사이에 3-4차수의 선형 범위가 있을 수 있지만 더 높은 결과도 가능합니다.

분자는 스펙트럼을 생성합니다. 동위원소 이온 사이에서 질량수가 달라짐에 따라(예: C¹² 및 C¹³) 해당 분자 질량도 달라지며 MS 분석기는 이러한 변화를 감지합니다. 해당 질량 스펙트럼은 존재비에 따른 질량 강도의 이러한 차이를 반영합니다.

GC/MS 기기는 동일한 원소의 서로 다른 동위원소에서 만들어진 이온의 차이를 감지할 만큼 민감합니다. 동위원소의 존재는 특히 GC/Q-TOF에서 수집된 데이터의 경우 다양한 화합물을 선택적으로 식별하는 도구로 종종 사용될 수 있습니다.

먼저, 최적의 성능을 위해 기기 자동 조정을 수행하여 GC/MS 시스템의 이온 소스 및 quadrupole의 전자 설정점을 조정합니다. 그런 다음 일부 알려진 시료를 실행하고 해당 스펙트럼을 알려진 표준의 스펙트럼과 비교합니다. 정기적으로 검사 튜닝을 수행하여 예상 성능과 튜닝 상태를 비교 확인할 수 있습니다.

예, 시료가 이온화에 노출되기 때문입니다. 다행스럽게도 보통은 1µL 정도로 적은 양의 시료만 필요합니다. 최신 GC/MS 기기는 ppb(십억분율) 수준까지 농도를 감지하는 데 일상적으로 사용됩니다. 또한 필요한 경우 다른 GC 검출기로 동시에 분석하기 위해 Capillary Flow 장치를 사용하여 시료를 분할할 수도 있습니다.

고분해능 GC/MS는 고분해능 기능을 갖춘 질량 분석기와 결합된 GC 시스템입니다. 넓은 동적 범위로 전체 스펙트럼의 고해상도, 정확한 질량 데이터(HRAM)를 제공하는 quadrupole ToF 검출기를 갖춘 GC/Q-TOF가 그 예입니다.

이 고분해능 GC/Q-TOF는 GC/MS의 정확한 질량 스크리닝과 MS/MS, 저에너지 전자 이온화 및 보완적인 화학 이온화 기법을 통한 향상된 화합물 식별을 제공합니다.

애질런트는 표준, 질량 분석, Ultra Inert(UI), Ultra Low Bleed(Q) GC 컬럼을 제공합니다.

표준 컬럼은 일반적인 응용에 적합하지만 검출기가 더 민감해짐에 따라 배경 노이즈가 더 두드러집니다. 질량 분석기(MS)를 사용할 때 크로마토그램에 백그라운드 노이즈를 발생시킬 수 있는 요인에는 여러 가지가 있으며 컬럼 블리드가 그 중 하나입니다.

질량 분석 컬럼은 표준 버전보다 컬럼 블리드가 약 50% 적어 MS와 같은 민감한 검출기와 함께 사용하기에 이상적입니다.

Agilent Ultra Inert GC 컬럼은 활성 화합물에 대한 불활성을 높이도록 특별히 설계되어 피크 테일링, 고스트 피크, 낮은 분리능, 신호 손실과 같은 크로마토그래피 문제가 발생할 가능성을 줄입니다.

Agilent Ultra Low Bleed 컬럼(Q)은 Ultra Inert의 표면 비활성화와 Ultra Low-Bleed의 케미스트리를 결합하여 뛰어난 신호 대 잡음비와 질량 스펙트럼 무결성을 제공함으로써 일관되고 신뢰할 수 있는 컬럼 성능을 보장합니다. Q 컬럼은 GC/TQ 및 GC/TOF 사용, 및 미량 수준 응용에 이상적입니다.

GC에서 가장 많이 사용되는 고정상은 1, 5, 624 및 Wax입니다. 이러한 컬럼은 비극성에서 극성까지 다양하며 이러한 컬럼을 준비해 두는 것이 좋습니다. 가장 보편적인 컬럼은 5 또는 5ms 상이며 컬럼 케미스트리를 선택할 때 좋은 출발점이 됩니다. 특히 질량 분석기의 경우 DB-5ms UI 또는 DB-5Q가 일반 분석에 적합한 훌륭한 컬럼입니다.

분석하는 화합물과 (어느 정도까지는) 사용하는 소모품에 따라 달라집니다. 예를 들어, 중수소화 PAH를 분석할 때는 탄소 프릿 라이너를 사용할 수 없는데, 이러한 화합물은 탄소와 결합하기 때문입니다. 다음은 몇 가지 일반적인 선택 지침입니다.

• 표준물질에 나타나지 않고 안정적이며 활성 상태가 아니고 혼합물의 화합물과 관련이 있을 가능성이 있는 ISTD를 선택합니다(필수는 아님).
• 화합물은 용출 순서의 중간에 있어야 합니다. 여러 ISTD를 사용하는 경우, 이러한 ISTD는 용출 순서 전체에 걸쳐져 있어야 합니다.
• 검량선 전체에서 ISTD를 한 농도로 유지합니다. 0.1-50ppm을 대상으로 하는 경우 10-20ppm과 같이 ISTD를 쉽게 식별할 수 있는 농도를 선택합니다. ISTD는 모든 검량 표준물질에서 10ppm으로 유지되는 반면 관심 화합물은 X-Y 범위에 있습니다.
• 관심 화합물을 중수소화된 형태로 구할 수 있다면(그리고 너무 고가가 아니라면), 이것이 분석에 가장 적합한 ISTD일 수 있습니다.

안타깝게도 해답이 항상 간단하지는 않습니다. 예를 들어:

• 6가지 중수소화 PAH를 EPA 8270 및 EPA 525(식품 내 농약의 GC/MS 및 GC/MS/MS 분석)에 사용할 수 있습니다.
• 일부 분석자는 농약 분석에 phenanthrene-d10만 사용합니다.
• Endrin과 DDT 분해에 대한 GC-ECD 연구에서 lindane(γ-BHC)은 GC-ECD 반응이 양호하고 일관된 안정적인 농약으로서, "내부 표준물질"로 사용할 수 있습니다.
• GC/MS/MS를 이용한 수질 분석에서 일부 니트로사민의 경우 EPA 521에서 권장하는 대로 N-nitrosodi-n-propylamine-d14(NDPA-d14)를 적용할 수 있습니다.
• Diiodobenzene은 법독성학 연구를 위한 내부 표준물질로 사용되고 있습니다.

무료 제공되는 다음 Agilent University 과정에서는 MRM 최적화 도구가 MRM 및 SRM용 MS/MS 분석법을 개발하는 데 어떤 도움을 주는지 보여줍니다: GCMS-7000-2090r – QQQ GC/MS 분석을 위한 생성 이온을 선택하는 방법.

이 녹화된 강의에서 Frank J. Van Lenten 박사는 전구체 및 생성 이온의 선택을 비롯하여 MRM 분석법 개발의 초기 단계를 안내합니다. MRM 분석법을 보다 효율적이고 효과적으로 개발할 수 있도록 여러 가지 시나리오가 제시됩니다. 이 세미나 발표에는 MassHunter GC/MS Acquisition 소프트웨어 개정판 B.07.05 및 MassHunter Qualitative Analysis B.07.00에서 실행되는 Agilent 7000 QQQ GC/MS 시스템이 사용됩니다.

다루는 주제:

• MS1 스캔 또는 라이브러리 데이터로부터 전구체 결정
• 생성 이온 스캐닝 중에 벌어지는 상황
• 프로파일 데이터와 중심점 데이터 중 사용해야 하는 데이터
• MassHunter Acquisition에서 생성 이온 스캔 설정
• 실험 설계 도우미를 이용한 프로덕션 스캔 시퀀스 생성
• MassHunter 정성 분석을 이용한 데이터 관찰

SQ(Single quadrupole)

SQ는 가장 활용도 높고 친숙하며 사용하기 쉽고 견고한 질량 분석기입니다. 애질런트 SQ GC/MS 포트폴리오에는 필요한 이온 소스와 이온화 유형(소프트 또는 하드)에 따라 여러 모델이 포함되어 있습니다. 선택해야 하는 유형은 관심 분석물, 감도 및 분석물을 얼마나 많이 조각화할지에 따라 달라집니다. 데이터는 스캔 모드 또는 선택 이온 모니터링(SIM) 모드에서 수집할 수 있으며, 찾으려는 이온 수에 따라 스캔 속도를 조정할 수 있습니다. 실험실에서 최대 생산성을 이끌어내는 새로운 기술과 결합 시, SQ GC/MS는 실험실에 일상적으로 고성능을 제공하도록 설계되었습니다.

QQQ(Triple quadrupole)

탠덤 질량 사중극자라고도 불리는 QQQ는 항상 사중극자 3개가 일렬로 배치된 것은 아닙니다. 이따금 중간에 6극자나 8극자가 있지만, "QQQ"라는 용어가 여전히 사용되고 있습니다. QQQ의 경우, 추가 충돌 셀과 사중극자를 사용하여 감지 가능한 농도를 낮추면서 선택도를 높일 수 있습니다. 또한 QQQ를 SQ와 같이 스캔 또는 SIM 모드에서 실행할 수 있습니다. SQ와 QQQ 모두에서 여러 라이브러리와 데이터베이스를 사용하여 미지 물질을 식별할 수 있습니다.

TOF(Time of flight) 및 Q-TOF(Quadrupole Time of Flight)

TOF에서 이온은 드리프트(비행) 튜브를 통해 알려진 거리를 이동하며, 작은 이온은 큰 이온보다 더 빠르게 이동합니다. 질량 대 전하비는 검출기에 도달하는 데 걸리는 시간으로 결정됩니다. 이 과정을 통해 질량 스펙트럼의 분해능을 높이고 선택도를 향상시킬 수 있습니다. 사중극자와 TOF를 결합한 Q-TOF는 여러 가지 추가적인 이점을 제공합니다. 더 높은 질량 정확도와 분해능을 제공하므로 미지 물질을 식별하고 복잡한 시료의 특성을 분석하는 데 이상적입니다. 또한 측정 범위가 넓어 단일 실행에서 저농도 및 고농도 이온을 모두 검출할 수 있습니다. 마지막으로, Q-TOF는 정밀한 정량화를 보장하고 모든 이온을 한 번에 캡처할 수 있는 전체 스캔 기능이 있습니다. 따라서 정확한 질량 및 정성 분석 도구를 찾고 있다면 Q-TOF를 선택하세요.

화합물이 "알려지지 않은 미지 물질"이어서 화합물을 발견해야 하는 경우, GC/Q-TOF를 사용하세요. 이 기기에는 조각과 잠재적인 화합물 ID를 결정하는 데 도움이 되는 소프트웨어가 있습니다. 화합물이 "나에게 미지의 물질"인 경우 스캔 모드에서 GC/MS를 사용할 수 있습니다(하지만 GC/Q-TOF는 여전히 미량 수준에 가장 좋음). 느린 오븐 램프와 긴 최종 유지 시간을 가진 분석법과 같이 범용적인 GC/MS 분석법으로 시작하여 모든 물질이 컬럼에서 용출되도록 하세요. 용매 블랭크를 실행하여 용매에서 가능한 백그라운드를 배제시키고, 시료 전처리를 수행할 때는 분석법 블랭크를 실행할 수도 있습니다. 또한 관심 대상 화합물을 검출하기에 스캔 범위가 충분히 넓어야 합니다. 일반적으로 40-500 amu가 시작하기에 좋은 범위입니다. Agilent MassHunter Unknowns Analysis와 같은 소프트웨어 프로그램과 NIST23과 같은 라이브러리를 함께 사용하면 크로마토그램의 피크를 검사하는 데 도움이 될 수 있습니다. NIST 라이브러리에 모든 화합물이 들어 있는 것은 아니지만 상당히 방대합니다. 사용하는 컬럼에 따라 동시 용출 피크가 나타날 가능성이 있습니다. 피크를 식별하려면 다른 극성을 가진 두 번째 컬럼에서 분석을 수행해야 할 수도 있습니다.

간단히 말하면 "예"입니다. 화합물의 검량선을 작성하고 내부 표준물질을 사용하여 잘못된 주입이나 미세한 검출기 변동으로 인한 문제를 방지하는 것이 좋습니다. 선택 이온 모니터링(SIM) 모드는 찾고 있는 이온만을 대상으로 하므로 스캔 모드보다 감도가 더 높습니다. 또한 분석법에 SIM 모드를 사용하는 경우, 스캔 모드에서 이 분석법을 미러링하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 화합물이 SIM 범위에서 벗어난 것으로 의심되는 경우 머무름 시간을 확인하고 필요에 따라 SIM 범위를 업데이트할 수 있습니다.