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서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
반응 컨트롤  바이오 질량분석 연구실
지도교수
: 김명수
박사 후 연구원
: 문정희
박사과정
: 오주연, 이미나, 스리비
석사과정
: 윤소희, 배용진, 신영식, 차현정, 최경미
학부생
: 손창호
I. 바이오 질량분석
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
A. 연구 범위
생체 물질의 구조와 반응 연구를 위한 새로운 질량분석계 고안,
디자인, 제작, 및 응용
B. 보유기기
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
1.
레이저 탈착 이온화 (MALDI) / 광분해 (PD) 이단계 질량 분석계  자체 제작
2.
전기 분무 이온화 (ESI) Q-TOF 이단계 질량 분석계  ABI
3.
고 분별능 질량 분석계  VG
4.
레이저 탈착 이온화 / 광분해 이단계 질량분석계  제작중
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
레이저 탈착 이온화 (MALDI)
/ 광분해 (PD) 이단계 질량 분석계
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
전기 분무 이온화 (ESI) Q-TOF 이단계 질량 분석계
C. 연구내용
1.
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
2002 노벨화학상  Tanaka, Fenn, Wüthrich
통상적 질량 분석법  시료를 기화  이온화  이온의 질량대 전하비(m/z) 측정 
분자량 결정
생물고분자(핵산, 단백질, 당, etc.) 에 사용 힘듬.
Tanaka  고체상태의 생물 고분자 / 매트릭스 시료에 레이저를 쪼여 이온화
MALDI (Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization)
Fen  생물 고분자 용액을 전기분무 시켜 이온화
ESI (Electrospray Ionization)
분자량이 수십만에 이르는 생물 고분자의 분자량 결정.
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
2.
이단계 질량 분석법 (MS/MS, Tandem Mass Spectrometry)
이온화법에 의해 만들어진 이온을 재차 분해시켜 이온 구조를 연구하는 방법 (예, 단백
질의 아미노산 서열 결정).
통상적 이온 분해법  충돌활성화 분해 (CAD, Collisionally Activated Dissociation)
본 실험실의 방법  광분해 (PD, Photodissociation)

PD가 생물 고분자 분석에 유용할 것인지 조사하기 위해 MALDI-PD 기기 제작

CAD 보다 몇가지 측면에 뛰어난 분석 능력을 갖는 기기개발에 성공.
외국실험실에서 제작한 기기들보다 성능 탁월
교수신문 2002. 12. 2
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
매일경제신문 2004. 12. 28
3. 스펙트럼
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
Resolving power = 8000
1045
1046
1047
1048
1049
+
MH
1050
172
379
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
mass to chage ratio (m/z)
MALDI spectrum of angiotensin II averaged over 100 laser shots. The peak width of MH + is 3ns. Samll
peaks at m/z 1047.1, 1047.3, and 1048.1 are due to MCP ringing.
Fragmentation Map
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
w
v
9
x
y
8
7
5
6
4
-1181.7
3
513.4
2
416.2
1
269.4
z
Angiotensin
(b)I PD
PD
D
R
V
Y
343.1
a
506.3
c
1
2
3
326.4
489.4
b-NH3
255.5
354.2
517.4
756.5
F
H
1000.6
1137.6
L
8
7
6
9
739.6
515.2
9
8
y
7
460.3
-720.4
R
8
1181.7
403.3
G
7
G
3
346.5
289.4
329.5
5
6
Y
4
386.3
443.1
9
x
5
6
623.6
680.6
-737.5
v z
y
P
5
4
227.6
x
G
G
3
513.4
1
272.7
4
650.5
2
G
2
G
1
269.4
G
R
z
406.3
a
(a) PSD
619.4
a-NH3
v
Synthesized Peptide
(b) PD
PD
H
534.1
272.3
b
I
b
D
R
c
a
ba-NH3
cb-NH3
V
Y
I
1
2
3
4
112.1
169.4
226.5
389.3
197.7
254.5
2
3
1
691.6
463.4
H
5
619.4
647.3
5
P
F
784.8
1137.6
L
9
1028.6
503.3
6
8
7
6
756.5
H
7
8
9
D. 기기개발 과정
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
1.
뉴 아이디어 착안, 문헌 조사

담당교수, 기타
2.
이온광학 계산 (컴퓨터, SIMION)

박사후 연구원, 박사과정
3.
기기 디자인

상동
4.
본체 국내 제작, 부품 구입
5.
기기 조립, 성능 검사

박사과정
6.
기기 작동, 응용 실험

석사과정
E. 대학원 과정
1.
질량분석법의 원리
2.
질량 분석계의 구성
3.
생물 고분자의 성질 및 분석법
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
II. 반응 컨트롤
A.
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
연구 범위
이온의 구조와 반응 연구. 반응을 자유자재로 컨트롤 하기 위한 방법 개발
B. 보유기기
1.
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
MATI 분광계 1
- 자체 제작
Kr 4-DFM 진공자외선 레이저
5p[1/2]0
h3
5p[5/2]2
h2
h1 = h2 = 212.6 nm or 216.7 nm
h3 = 400 ~ 800 nm
h4
h1
4p6
h4 = 122 ~ 145 nm, 10 nJ
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
2.
MATI 분광계 2
- 자체 제작
Hg 4-SFM 진공자외선 레이저
h3
71S0
h1 = h2 = 312.8 nm
h2
h4
h3 = 340 ~ 650 nm
h4 = 107 ~ 126 nm, 20 nJ ~ 200nJ
h1
61S0
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
Hg 4-SFM 진공레이저 MATI 분광계
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
Kr 4-DFM 진공레이저 MATI 분광계
MATI 의 원리
1.
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
진공자외선 레이저를 쪼여 분자를 리드버그 상태(이온화 한계 바로 밑에 있는
상태)로 올림
To detector
MATI
0V
0V
0V
eM+
Laser
0V
M+
M
- 0.5 V
-0.5 V
1. Photo-excitation
-
+
Molecular beam
- 0.5 V
250 V
ZEKE
2. ZEKE state formation
3. Removal of direct ion
Pulsed field
250V
Pulsing Scheme
0V
e
e-
Spoil field
- 0.5V
Delay time, ~s
2.
전기장 펄스를 걸어 리드버그 전자를 떼냄  이온화
3.
진공자외선 레이저 파장을 바꾸어 이온 전류 검출  MATI 스펙트럼 = 이온의
진동 스펙트럼
C. 반응컨트럴
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반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
Nature, 415, 306 (2002)
+
133.94 nm
진공 자외선 레이저
고쉐(gauche)
1-요오드화 프로판
(CH3-CH2-CH2I)
607 nm
가시광선 레이저
2-C3H7+
고쉐 양이온
and
or
or
+
133.72 nm
607 nm
진공 자외선 레이저
안티(anti)
1기압의 기체를 진공으로 팽창
하여 –240 C로 냉각함. 내부
회전이 전혀 없는 두 가지 형태
의 중성 분자만 존재
가시광선 레이저
안티 양이온
진공 자외선 레이저로 전자
를 떼어 내어 양이온을 만듬.
레이저의 파장을 미세하게
조절하여 고쉐와 안티 중 한
형태의 양이온만 만듬.
가시광선 레이저로
요오드 원자를 떼어 냄.
cyclic-C3H7+
고쉐 양이온과 안티 양
이온은 전혀 다른 생성
물을 만듬.
79000
500
80000
Photon energy, cm
-1
1567
1615
1684
1000
Ion energy, cm
1567
1615
1684
1164
811
1000
1332
1385
1408
1215
1276
1288
880
767
225
0-0
931
993
1072
1099
640
672
448
273
334
408
114
0
1164
1215
1276
1332
1385
811
525
225
0
880
931
993
767
640
448
273
334
-130
1.
Ion signal
D. 이온의 진동 스펙트럼
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
CH2ClI+
2000
-1
1500
81000
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
This work
Modea Symm. Neutralb CH235ClI+ CH237ClI+
Fundamentals
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
6
a
7
a
8
a
9
a
3001
1412
1188
740
536
192
3066
1108
789
Overtones and combinations
62
63
64
5161
5162
52
4161
5261
4162
4163
53
3161
415161
5361
415162
2161
42
3151
54
315161
1385
1164
767
408
114
1383
1163
762
408
111
1072
1074
225
334
448
525
640
811
880
931
993
1099
1215
1276
1288
1332
1408
1500
1523
1567
1615
1684
221
331
444
523
638
810
872
928
984
1089
1213
1275
1329
1399
1494
1514
1567
1611
1681
Mode characterc
CH stretching (sym.)
CH2 scissoring
CH2 wagging
CCl stretching
CI stretching
ClCI bending
CH stretching (asym.)
CH2 twisting
CH2 rocking
0
78000
102
6
(5=482)
56
1 n
6
103
94
7
4
101
95
5
8
99
6
96
7
94
2
4
(25=956) (4+5=1110)
1 1 n
2 n
456
56
95
9
(4=618)
97
1 n
46
8
95
5
95
6
95
3
4
5
6
90
89
95
93
7
79000
5
100
6
98
93
92
7
7
8
98
2
8
101
97
9
3
99
8
2
10
4
97
5
95
102
3
103
6
95
4
7
100
97
5
103
6
7
8
2650 (5.1)
3
95
12
2554 (7.6)
5
99
2459 (2.0)
2489 (5.7)
96
11
2356 (4.5)
2393 (5.3)
4
98
2204 (4.2)
2238 (6.3)
2257 (4.2)
2298 (5.0)
100
10
2012 (-1.3)
2043 (5.2)
3
98
1847 (4.4)
99
9
1907 (2.2)
1945 (5.2)
2
97
1348 (4.7)
1381 (5.5)
1418 (3.3)
1444 (6.1)
1477 (3.7)
1513 (3.7)
1547 (2.8)
1572 (7.8)
1608 (4.1)
1642 (3.2)
1663 (5.0)
1703 (5.4)
1747 (4.0)
1763 (5.8)
1795 (6.7)
107
8
1191 (3.9)
600
97
1251 (5.3)
1286 (4.8)
7
1097 (3.9)
1
99
1126 (7.3)
1153 (4.4)
6
8
96
9
94
96
2712 (3.1)
2746 (5.5)
5
931 (5.5)
1000
2107 (4.3)
2140 (5.5)
4
100
1325 (4.7)
101
5
1225 (8.6)
1
101
1051 (3.4)
3
4
1002 (3.0)
1028 (6.4)
833 (5.0)
0
948 (4.0)
103
104
737 (4.6)
638 (3.6)
3
906 (2.5)
6 6
108
806 (0.5)
n
2
707 (2.0)
300
538 (3.1)
110
600 (0.0)
200
437 (3.2)
1
500 (0.5)
100
333 (2.1)
114
398 (2.7)
0
297(1.1)
700
193 (0.0)
224 (0.5)
2.
114 (1.1)
0-0
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
CH2BrI+
2000
n
6 progression
(6=114)
500
400
(3=1208)
1 n
36
98
356
(3+5=1690)
1 1 n
(3+4=1824)
1 1 n
346
96
9
80000
서울대학교 화학부
반응컨트롤/바이오 질량분석 연구단
TABLE. Vibrational frequencies (in cm-1) and their assignments for CH279BrI cation in the ground electronic state.
n
6
n
1 n
56
1 n
46
Fundamentals, overtones, and combinations
316n
526n
41516n
426n
31516n
31416n
0
1
0
(0)
116 (116)
482 (483)
600 (600)
2
3
224 (224)
333 (330)
707 (705)
806 (806)
4
437 (434)
906 (903)
5
6
538 (535) 1002 (999) 1051 (1048) 1747 (1743)
638 (634) 1097 (1093) 1153 (1148) 1847 (1842)
1458 (1457) 1608 (1604) 1763 (1757) 2204 (2200) 2356 (2352)
1547 (1544) 1703 (1697) 1858 (1853) 2298 (2293) 2459 (2454)
7
737 (732) 1191 (1187) 1251 (1246) 1945 (1940)
1642 (1639) 1795 (1789)
2393 (2388) 2554 (2546)
8
9
833 (828) 1286 (1281) 1348 (1343) 2043 (2038)
931 (925) 1381 (1376)
2140 (2135)
1735 (1730) 1887 (1877)
1825 (1820)
2489 (2484) 2650 (2645)
2585 (2578) 2746 (2741)
10
11
1028 (1022)
1126 (1119)
12
1225 (1217)
619 (617) 1208 (1206)
956 (957) 1110 (1108) 1265 (1265) 1690 (1689) 1827 (1824)
1325 (1320) 1477 (1470) 1907 (1905) 2052 (2049)
1418 (1415) 1572 (1564) 2008 (2006) 2154 (2150)
948 (944)
1368 (1366) 1513 (1510) 1663 (1658) 2107 (2103) 2257 (2253)
2238 (2232)