Effect of mobile phase compositions on ionization efficiency of small molecules in positive electrospray ionization mass spectrometry
Positive 전자 분무 이온화 질량 분석에서 저분자의 이온화 효율에 미치는 이동상 조성의 영향
- 주제어 (키워드) liquid chromatography , mass spectrometry , mobile phase composition , anabolic steroids , positive electrospray ionization , ionization efficiency , ammonium adduct ion , proton affinity , 액체 크로마토그래피 , 질량분석기 , 이동상 조성 , 단백동화 스테로이드 , 양성 전기 분무 이온화 , 이온화 효율 , 암모늄 부가 이온 , 가스상 양성자 친화도
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 오한빈
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066458
- UCI I804:11029-000000066458
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
LC-ESI/MS is an analytical instrument used in various research fields based on the advantages of high resolution of LC and soft ionization process of ESI. Since the development of the instrument, many studies have been conducted to obtain the best analytical results, but still more enhanced sensitivity is required in various fields such as small molecule analysis. As a solution to this problem, the mobile phase composition, which has a great influence on chromatographic behavior and ionization efficiency, was presented as a key parameter. Formic acid, acetic acid, ammonium acetate, ammonium formate, and ammonium fluoride were evaluated for 379 compounds, and LC positive ESI/MS database was established by finding the optimal mobile phase composition showing the best ionization efficiency for each compound. And through this, the relationship between the structure and ionization efficiency by mobile phase compositions was investigated, focusing on anabolic steroids that have many of the most similar skeletons. As a result, it was found that not only the ionization efficiency was good in the order of conjugated keto > unconjugated keto with oxygen > conjugated hydroxyl > unconjugated keto without oxygen > unconjugated hydroxyl, but also the effect of the ionization efficiency enhancement by ammonium salts was good. Not only conjugated keto group was the structure that shows the highest ionization efficiency among anabolic steroids, but it was also specific and excellent enough to show the top 3% ionization efficiency compared to other 379 substances when analyzed using ammonium fluoride. This was estimated to be the ionization efficiency enhancement effect caused by the formation of many ammonium adduct intermediates as the conjugated keto structure had better reactivity with ammonium ions compared to other structures during the ionization process, and separation of ammonia due to the high gaseous proton affinity. And it was confirmed that the lower the pKa of the ammonium salt and the pKa of the conjugate acid, the more ammonium ions are generated to increase the ionization efficiency, and it was confirmed that the best ionization efficiency appeared in ammonium fluoride with the lowest pKa of both. The database constructed in this study can be very useful data for setting up initial methods for other studies, and the relationship between the structure of the high-sensitivity compound and the mobile phase composition found will be of great help in solving the problem of low sensitivity in LC positive ESI/MS.
more초록 (요약문)
LC-ESI/MS는 LC의 좋은 분리 능력, ESI의 소프트한 이온화 과정 등 장점을 토대로 다양한 연구 분야에 사용되는 분석 장비이다. 장비가 개발된 이래로 최고의 분석 결과를 내기 위해 많은 연구가 진행되었지만 아직까지도 저분자 분석과 같은 여러 분야에서 좀 더 향상된 감도를 요구하고 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로, chromatographic 거동과 이온화 효율에 큰 영향을 끼치는 이동상 조성을 주요 parameter로 제시했다. 379개의 물질을 대상으로 formic acid, acetic acid, ammonium acetate, ammonium formate, ammonium fluoride에 대해 평가를 진행했고, 각 물질에 대해 최고의 이온화 효율을 보이는 최적의 이동상 조성을 찾아 LC positive ESI/MS의 데이터베이스를 구축했다. 그리고 이를 통해 가장 유사한 골격을 많이 가지는 anabolic steroid를 중심으로, 이동상 조성에 따른 물질 구조와 이온화 효율의 관계에 대해 조사했다. 결과적으로 conjugated keto > unconjugated keto with oxygen > conjugated hydroxyl > unconjugated keto without oxygen > unconjugated hydroxyl 순서로 이온화 효율 뿐만 아니라 암모늄 염에 의한 이온화 효율 향상 효과도 좋다는 결과를 얻었고, conjugated keto 구조는 anabolic steroid 중에서 가장 높은 이온화 효율을 나타내는 구조일 뿐만 아니라 ammonium fluoride를 이용하여 분석했을 때 다른 379개 물질과 비교해서도 상위 3%의 이온화 효율을 보일 정도로 아주 특이적이고 우수한 이온화 효율을 가진다는 것을 발견했다. 이는 이온화 과정에서 conjugated keto 구조가 다른 구조들에 비해 암모늄 이온과 좋은 반응성을 가짐으로써 많은 ammonium adduct intermediate를 형성하고, 높은 가스상 양성자 친화도로 인해 암모니아의 분리가 잘 일어나 발생하는 이온화 효율 향상 효과로 추정되었다. 그리고 암모늄 염의 pKa와 각각 짝산의 pKa가 낮을수록 암모늄 이온을 더 많이 생성하여 이온화 효율을 높이고, 둘의 pKa가 가장 낮은 ammonium fluoride에서 가장 좋은 이온화 효율이 나타난다는 것을 확인했다. 본 연구에서 구축한 데이터베이스는 다른 연구의 초기 분석법 셋팅에 있어 아주 유용한 자료가 될 수 있고, 발견해낸 고감도 물질의 구조와 이동상 조성 간의 관계는 낮은 감도 문제를 해결하는데 큰 도움이 될 것이다.
more