비행시간형 질량분석법

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1. 개요
2. 원리
3. 구성 요소
- 3.1. 검출기 (Detectors)
4. 종류
5. 응용 분야
6. 역사
참조

1. 개요

비행시간형 질량분석법(TOFMS)은 질량 대 전하비에 따라 이온의 비행 시간을 측정하여 분석하는 질량 분석 기술이다. 전기장 내에서 하전 입자의 전위 에너지를 운동 에너지로 변환하여 가속시킨 후, 비행 시간 튜브를 통과하는 시간을 측정하여 질량을 분석한다. TOFMS는 다양한 종류가 있으며, 탠덤 TOF, 사중극자 TOF, TOF-SIMS 등이 있다. MALDI, 원자 탐침 단층 촬영법, 광전자 광이온 동시 분광법, SIMS 등 다양한 분야에 활용된다.

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질량 분석 - 공간 전하
공간 전하는 전극 사이나 물질 내부에 자유 전하가 공간적으로 분포하는 현상으로, 진공관, 유전체, 반도체 등에서 발생하며, 공간 전하 효과, 절연 파괴 전압, 소자 동작, 공간 전하 제한 전류 등 다양한 전기적 현상에 영향을 미친다.
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비행시간형 질량분석법
기본 정보
유형	질량 분석법
분석	이온 질량 대 전하 비율
작동 방식	이온을 가속하고 검출기로 비행 시간을 측정한다. 비행 시간은 이온의 질량 대 전하 비율과 관련이 있다.
작동 변수
이온화 유형	다양함
질량 범위	장치에 따라 다름
질량 분해능	장치에 따라 다름
구성 요소
구성 요소	이온 소스 이온 광학 질량 분석기 검출기 데이터 시스템

2. 원리

비행시간형 질량분석법(TOFMS)은 이온을 전기장 내에서 가속시켜 질량 대 전하비에 따라 속도가 달라지는 원리를 이용한다. 이온의 비행시간을 측정하여 질량 대 전하비를 계산한다.

전기장 내에서 하전 입자는 전하량과 전기장의 세기에 비례하는 전위 에너지를 갖는다. 이 전위 에너지는 입자가 비행 시간 튜브(TOF 튜브)를 통과하면서 운동 에너지로 전환된다. 이온의 비행 시간은 질량 대 전하비의 제곱근에 비례하며, 이 원리를 이용하여 질량을 분석한다. (자세한 내용은 하위 섹션 참조)

2. 1. 전위 에너지와 운동 에너지

전기장 내에서 하전 입자의 전위 에너지는 입자의 전하와 전기장의 세기와 관련이 있다.

:

E_\mathrm{p} = qU\,

여기서 ''E''_p는 전위 에너지, ''q''는 입자의 전하, ''U''는 전위차(전압이라고도 함)이다.

전압 ''U''에 의해 하전 입자가 비행 시간 튜브(TOF 튜브 또는 비행 튜브)로 가속되면 전위 에너지는 운동 에너지로 변환된다. 모든 질량의 운동 에너지는 다음과 같다.

:

E_\mathrm{k} = \frac{1}{2}mv^{2}

여기서 ''E''_k는 운동 에너지, ''m''은 질량, ''v''는 속도이다.

실제로, 전위 에너지는 운동 에너지로 변환되므로, 위의 두 식은 같게 된다.

:

qU = \frac{1}{2}mv^{2}\,

2. 2. 비행 시간과 질량 대 전하 비율

전기장 내에서 하전 입자의 전위 에너지는 입자의 전하와 전기장의 세기와 관련이 있으며, 다음 식으로 나타낼 수 있다.^[2]

:

E_\mathrm{p} = qU \,

여기서 ''E''_p는 전위 에너지, ''q''는 입자의 전하, ''U''는 전위차(전압)이다.

전하를 띤 입자가 전압 ''U''에 의해 ''비행 시간 튜브''(TOF 튜브)로 가속되면 전위 에너지는 운동 에너지로 변환된다. 운동 에너지는 다음과 같다.

:

E_\mathrm{k} = \frac{1}{2}mv^{2}

여기서 m은 질량, v는 속도이다. 전위 에너지가 운동 에너지로 변환되므로, 위 두 식은 같게 된다.

:

qU = \frac{1}{2}mv^{2}\,

하전 입자의 속도는 비행 시간 튜브에서 일정하게 유지된다. 이온의 비행 경로 길이(''d'')와 비행 시간(''t'')을 측정하면, 속도는 다음과 같이 결정된다.

:

v = \frac{d}{t}\,

이 식을 위의 식에 대입하여 정리하면,

:

t^{2} = \frac{d^{2}}{2U} \frac{m}{q}\,

이 식의 제곱근을 취하면,

:

t = \frac{d}{\sqrt{2U}} \sqrt{\frac{m}{q}}\,

이 식에서

\frac{d}{\sqrt{2U}}

는 상수이므로, 다음과 같이 나타낼 수 있다.

:

t = k \sqrt{\frac{m}{q}}\,

여기서 ''k''는 기기 설정 및 특성과 관련된 비례 상수이다. 이 식은 이온의 비행 시간이 질량 대 전하비(''m/q'')의 제곱근에 따라 변동한다는 것을 보여준다.^[2]

MALDI 비행 시간 질량 분석기 기기에서 단백질의 트립신 펩타이드 질량 스펙트럼을 생성하는 경우를 예로 들어보자. 한 트립신 펩타이드의 질량이 1000 Da이고, MALDI로 생성된 펩타이드는 일반적으로 +1 이온이므로 ''q'' = e이다. 기기가 ''U'' = 15,000 볼트 (15 kV) 전위로 이온을 가속하고, 비행 튜브의 길이가 1.5 미터라면, 1000 Da 질량의 이온의 비행 시간은 다음과 같다.

:

t = \frac{1.5\;\mathrm{m}}{\sqrt{2 (15 000\;\mathrm{V})}} \sqrt{\frac{(1000\;\mathrm{Da})(1.660538921 \times 10^{-27}\;\mathrm{kg\;Da}^{-1}) }{+1.602 \times 10^{-19}\;\mathrm{C}}}

달톤(Da)을 킬로그램(kg)으로 변환하면,

:

t = 2.788 \times 10^{-5}\;\mathrm{s}

즉, 약 28 마이크로초이다. 4000 Da 질량의 단일 전하 트립신 펩타이드 이온은 1000 Da 질량보다 4배 더 크므로, 비행 시간은 질량 대 전하비에 비례하여 2배인 약 56 마이크로초가 걸린다.^[2]

2. 3. 지연 추출 (Delayed Extraction)

질량 분해능은 진공 상태에서 이온 생성이 일어나는 축 방향 MALDI-TOF 질량 분석기에서 향상될 수 있다. 레이저 펄스에 의해 생성된 초기 이온 및 중성 입자들이 평형을 이루도록 하고, 이온이 비행관으로 가속되기 전에 시료판에 수직으로 일정 거리를 이동하도록 함으로써 가능하다. 탈착/이온화 중에 생성된 플라즈마 플룸에서 이온 평형화는 대략 100 ns 또는 그 이하로 발생하며, 그 후 대부분의 이온은 질량에 관계없이 평균 속도로 표면에서 이동하기 시작한다. 이 평균 속도의 확산을 보상하고 질량 분해능을 향상시키기 위해, 짧은(일반적으로 몇 나노초) 레이저 펄스의 시작과 관련하여 수백 나노초에서 수 마이크로초까지 이온을 이온 소스에서 비행관으로의 추출을 지연시키는 것이 제안되었다. 이 기술은 희소 가스에서 공명 강화 다광자 이온화 또는 전자 충격 이온화에 의해 원자 또는 분자를 이온화하기 위한 "시간 지연 초점"^[3] 및 평평한 표면 또는 전도성 평평한 표면에 놓인 미세 결정에 흡착된 분자의 레이저 탈착/이온화에 의해 일반적으로 생성된 이온에 대한 "지연 추출"^[4]^[5]^[6]이라고 한다.

지연 추출은 일반적으로 이온을 비행관으로 가속(추출)시키는 전계의 시작이 이온화(또는 탈착/이온화) 이벤트와 관련하여 약간의 짧은 시간(200–500 ns) 지연되는 진공 이온 소스의 작동 모드를 의미한다. 이는 이온이 형성되는 즉시 가속되는 일정한 추출 전계의 경우와 다르다. 지연 추출은 분석할 이온이 높은 속도(400m–1000m)로 시료판에서 이동하는 팽창 플룸에서 생성되는 MALDI 또는 레이저 탈착/이온화 (LDI) 이온 소스에 사용된다. 검출기에 도달하는 이온 묶음의 두께가 질량 분해능에 중요하므로, 첫 번째 검토에서는 이온 플룸이 추출 전에 더 확장되도록 허용하는 것이 직관적이지 않아 보일 수 있다. 지연 추출은 이온의 초기 운동량을 보상하는 데 더 적합하다. 즉, 초기 속도가 다른 동일한 질량 대 전하 비율을 가진 이온에 대해 검출기에서 동일한 도착 시간을 제공한다.

진공에서 생성된 이온의 지연 추출에서, 추출 방향으로 운동량이 낮은 이온은 추출 전계가 켜질 때 추출판에서 더 멀리 떨어져 있기 때문에 더 높은 전위에서 가속되기 시작한다. 반대로, 더 큰 전방 운동량을 가진 이온은 추출판에 더 가깝기 때문에 더 낮은 전위에서 가속되기 시작한다. 가속 영역을 벗어날 때 플룸의 뒤쪽에 있는 더 느린 이온은 플룸의 앞쪽에 있는 처음에 더 빠른 이온보다 더 큰 속도로 가속된다. 따라서 지연 추출 후 이온 소스를 먼저 떠나는 이온 그룹은 이온 소스를 나중에 떠나지만 더 큰 속도를 가진 다른 이온 그룹에 비해 가속 방향으로 낮은 속도를 갖는다. 이온 소스 매개변수가 적절하게 조정되면 더 빠른 이온 그룹이 이온 소스에서 일정 거리 떨어진 곳에서 더 느린 이온 그룹을 따라잡으므로, 이 거리에 위치한 검출기판은 이러한 이온 그룹의 동시 도착을 감지한다. 이러한 방식으로 가속 전계의 지연 적용은 1차원 비행 시간 초점 요소 역할을 한다.

2. 4. 리플렉트론 (Reflectron) TOF

시마즈 IT-TOF 장비의 이중 단계 리플렉트론. 46개의 금속판은 전위 기울기를 설정하는 전압을 전달한다.

이온 비행 방향의 운동 에너지 분포는 리플렉트론을 사용하여 보정할 수 있다.^[7]^[8] 리플렉트론은 일정한 정전기장을 사용하여 이온 빔을 검출기로 반사시킨다. 에너지가 더 높은 이온은 리플렉트론 내부로 더 깊이 침투하여 검출기까지 약간 더 긴 경로를 거친다. 동일한 질량 대 전하비의 에너지가 덜한 이온은 리플렉트론 내부로 더 짧은 거리를 침투하여 검출기까지 더 짧은 경로를 거친다. 이온 검출기(일반적으로 마이크로채널판, MCP)의 평평한 표면은 이온원에서 추출 펄스가 시작될 때를 기준으로 동일한 m/z를 가지지만 다른 에너지를 가진 이온이 동시에 도달하는 평면에 위치한다. 동일한 질량 대 전하비를 가지지만 다른 에너지를 가진 이온이 동시에 도달하는 지점을 종종 비행 시간 초점이라고 한다.

re-TOF 배열의 또 다른 장점은 주어진 TOF 장비 길이에서 비행 경로가 두 배로 늘어난다는 것이다.

2. 5. 이온 게이팅 (Ion Gating)

브래드버리-닐슨 셔터는 비행 시간형 질량 분석법 및 이온 이동도 분광법뿐만 아니라 아다마르 변환 TOF 질량 분석기에 사용되는 이온 게이트의 한 유형이다.^[9] 이는 탠덤 (TOF/TOF) MALDI 질량 분석기에서 좁은 질량 범위를 갖는 이온을 분리하는 데 사용되는 장치인 빠른 시간 이온 선택기(TIS)에 이상적이다.^[10]

2. 6. 직각 가속 (Orthogonal Acceleration) TOF

연속 이온원(가장 일반적으로 전기분무 이온화(ESI))은 이온을 TOF 질량 분석기에 "직각 추출" 방식으로 연결한다. 여기서 TOF 질량 분석기에 도입된 이온은 초기 운동 방향에 수직인 축을 따라 가속된다. 직각 가속은 충돌 이온 냉각과 결합되어 이온원에서의 이온 생성과 질량 분석을 분리할 수 있다. 이 기술에서 MALDI 또는 ESI 소스에서 생성된 이온에 대해 매우 높은 분해능을 얻을 수 있다.^[12]^[13]

직각 가속 영역 또는 펄서에 들어가기 전, 연속(ESI) 또는 펄스(MALDI) 소스에서 생성된 이온은 RF 다중극 가이드의 잔류 가스와 충돌하여 직경 1mm~2mm의 빔으로 집중(냉각)된다. 펄서 앞에 있는 고진공 영역에 장착된 정전 렌즈 시스템은 빔이 가속 방향으로 퍼지는 것을 최소화하기 위해 빔을 평행하게 만든다. 이온 충돌 냉각 및 직각 가속 TOF의 조합은 감도를 저하시키지 않으면서 현대 TOF MS의 분해능을 수백에서 수만으로 크게 증가시켰다.

2. 7. 하다마드 변환 (Hadamard Transform) TOF 질량 분석법

하다마드 변환 비행시간형 질량 분석법(HT-TOFMS)은 기존의 TOFMS에 비해 신호 대 잡음비를 크게 향상시킨 질량 분석 방식이다.^[14] 기존 TOFMS는 한 번에 하나의 이온 묶음만 분석하고, 다른 이온 묶음이 들어오기 전에 이온이 검출기에 도달할 때까지 기다린다. 반면 HT-TOFMS는 비행 튜브 내에서 이동하는 여러 개의 이온 묶음을 동시에 분석한다.^[15] 이온 묶음은 이온 빔의 투과율을 빠르게 조절하여 부호화(encoding)된다. 이로 인해 빔에서 처음 방출된 모든 질량 묶음에서 더 가벼운 (따라서 더 빠른) 이온이 더 무거운 (따라서 더 느린) 이온보다 앞서게 된다.^[16] 이 과정은 신호 형태로 중첩된 여러 비행시간 분포를 만든다. 그런 다음 하다마드 변환 알고리즘을 사용하여 역다중화(deconvolution) 과정을 거치면, 기존 TOFMS나 다른 유사한 질량 분리 장치보다 더 빠른 속도로 질량 스펙트럼을 얻을 수 있다.^[14]

3. 구성 요소

비행시간형 질량분석기(TOFMS)는 이온을 가속하여 비행 시간을 측정하고, 이를 통해 질량 대 전하비를 알아내는 장치이다. 주요 구성 요소는 다음과 같다.

이온원: 시료를 이온화하는 장치이다. MALDI는 대표적인 TOFMS 이온원 중 하나로, 레이저를 이용하여 고체 시료를 이온화한다.
비행관: 이온들이 날아가는 진공 튜브이다. 이온들은 질량 대 전하비에 따라 다른 속도로 비행관을 통과한다.
리플렉트론: 이온의 운동 에너지 분포를 보정하여 분해능을 높이는 장치이다. 정전기장을 이용하여 이온 빔을 반사시켜, 동일한 질량 대 전하비를 가지지만 에너지가 다른 이온들이 검출기에 동시에 도달하게 한다.
이온 검출기: 비행관을 통과한 이온을 검출하는 장치이다. 일반적으로 마이크로채널 플레이트 검출기(MCP) 또는 빠른 이차 전자 방출 증배기(SEM)로 구성된다.

3. 1. 검출기 (Detectors)

TOFMS(비행시간형 질량분석기)는 질량 분석기와 검출기로 구성된다. 이온 검출기는 일반적으로 마이크로채널 플레이트 검출기(MCP) 또는 빠른 이차 전자 방출 증배기(SEM)로 구성되며, 첫 번째 변환기 플레이트(다이노드)는 평평하다.^[26] 검출기에서 나오는 전기 신호는 시간-디지털 변환기(TDC) 또는 빠른 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 사용하여 기록된다.

시간-디지털 변환기(TDC)는 개별적인 시간 "빈"에 단일 이온의 도달을 등록하고, 임계값 트리거링과 정수비 분별기(CFD)의 조합을 통해 전자적 잡음과 이온 도달 이벤트를 구별한다. CFD는 MCP의 애노드에서 생성된 다양한 진폭의 나노초 길이의 가우시안 모양의 전기 펄스를 TDC로 전송되는 공통 형상 펄스로 변환한다. 고급 CFD는 이온 검출기의 두 번의 단일 히트 응답 시간보다 작거나 같은 데드 타임을 가지므로 반복적인 트리거링을 방지한다. 최신 멀티 히트 TDC의 이중 히트 분해능(데드 타임)은 3-5 나노초까지 낮을 수 있다.

TDC는 카운팅 검출기로 매우 빠르지만, 여러 이온이 동시에 검출기에 충돌할 때 이벤트를 제대로 계산할 수 없어 동적 범위가 제한된다. 이러한 문제는 다중 채널 검출기 설계를 사용하여 완화할 수 있다. 통계적으로 허용 가능한 강도를 가진 피크를 얻기 위해 이온 카운팅은 수백 개의 개별 질량 스펙트럼을 합산하는 과정을 거친다. TDC로 개별 이온 도달을 기록하면 단일 시간 지점만 생성되므로, TDC는 MCP 검출기 및 프리앰프의 제한된 응답 시간에 의해 결정되는 피크 폭의 부분을 제거하여 더 나은 질량 분해능을 제공한다.

최신 초고속 10GSample 아날로그-디지털 변환기(ADC)는 MCP 검출기에서 나오는 펄스 이온 전류를 불연속적인 시간 간격(100ps)으로 디지털화한다. 최신 8비트 또는 10비트 10GHz ADC는 TDC보다 훨씬 높은 동적 범위를 가지므로 높은 피크 전류를 가진 MALDI-TOF 장치에서 사용할 수 있다. MCP 검출기에서 빠른 아날로그 신호를 기록하려면 "링잉" 효과를 최소화하기 위해 검출기 애노드의 임피던스를 ADC의 입력 회로(프리앰프)와 신중하게 일치시켜야 한다. 초고속 ADC로 기록된 질량 스펙트럼의 질량 분해능은 응답 시간이 짧은 작은 기공(2-5 마이크론) MCP 검출기를 사용하여 개선할 수 있다.

4. 종류

비행시간형 질량분석법(TOFMS)에는 다양한 종류가 있다.

탠덤 비행시간형 질량분석법 (Tandem TOF, TOF/TOF)

TOF/TOF에서 이온은 첫 번째 TOF로 가속되어 충돌 셀로 질량 게이팅되고, 단편 이온은 두 번째 TOF에서 분리된다.

탠덤 비행시간형 질량분석법(TOF/TOF)은 두 개의 비행시간형 질량분석기를 연속적으로 사용하는 탠덤 질량 분석법이다.^[17]^[18]^[19]^[20]

사중극자 비행 시간형 질량 분석법 (Quadrupole TOF, QTOF)

사중극자 비행시간형 질량 분석법(QToF-MS)은 탠덤 질량 분석기와 유사하게 질량 분해능 사중극자와 충돌 셀 육극관을 갖추고 있지만, 두 번째 질량 분해능 사중극자 대신 비행시간형 질량 분석기를 사용한다.^[22]^[23]

비행 시간 이차 이온 질량 분석기 (TOF-SIMS)

이차 이온 질량 분석법(SIMS)의 한 종류로, 1차 이온 빔을 고체 시료에 조사하여 시료 최표면에서 방출되는 이온(2차 이온)을 검출한다. 질량 분석기로 비행 시간 질량 분석기(TOF-MS)를 사용하기 때문에 TOF-SIMS라고 불린다.

4. 1. 탠덤 비행 시간형 질량 분석법 (Tandem TOF, TOF/TOF)

'''탠덤 비행시간형 질량분석법''' ('''TOF/TOF''')은 두 개의 비행시간형 질량분석기를 연속적으로 사용하는 탠덤 질량 분석법이다.^[17]^[18]^[19]^[20] 전구체(모체) 이온의 전체 스펙트럼을 기록하기 위해 TOF/TOF는 MS 모드로 작동한다. 이 모드에서 펄스 레이저의 에너지는 사용 중인 특정 매트릭스에 대한 이온 수율과 동일한 이온의 단편화를 줄이기 위해 MALDI의 시작점보다 약간 높게 선택된다. 탠덤(MS/MS) 모드에서 작동할 때 레이저 에너지는 MALDI 임계값보다 상당히 증가한다. 첫 번째 TOF 질량 분석기(기본적으로 시간 제어 이온 선택기로 끝나는 비행 튜브)는 일반적으로 브래드버리-닐슨(Bradbury–Nielsen) 유형의 속도 필터를 사용하여 선택한 전구체 이온을 분리하고, 두 번째 TOF-MS(후 가속기, 비행 튜브, 이온 미러 및 이온 검출기 포함)는 단편 이온을 분석한다. MALDI TOF/TOF의 단편 이온은 MALDI 소스에서 해리 수준 이상으로 진동적으로 여기된 전구체 이온의 붕괴로 인해 발생한다(소스 후 붕괴 ^[21]). 고에너지 충돌 셀에서 구현된 추가 이온 단편화는 진동적으로 여기된 전구체 이온의 해리 속도를 높이기 위해 시스템에 추가될 수 있다. 일부 설계에는 이온 검출기의 즉각적인 전류 부하를 줄이기 위해 두 번째 TOF-MS의 일부로 전구체 신호 억제기가 포함되어 있다.

4. 2. 사중극자 비행 시간형 질량 분석법 (Quadrupole TOF, QTOF)

사중극자 비행시간형 질량 분석법(QToF-MS)은 질량 분해능 사중극자와 충돌 셀 육극관을 갖춘 탠덤 질량 분석기와 유사한 구성을 가지고 있지만, 두 번째 질량 분해능 사중극자 대신 비행시간형 질량 분석기가 사용된다.^[22]^[23] 두 사중극자는 최소한의 단편화를 통해 모든 이온이 질량 분석기를 통과할 수 있도록 RF 모드로만 작동할 수 있다.^[22] 스펙트럼의 세부 정보를 늘리기 위해, 이 시스템은 충돌 유도 해리를 활용한다. 이온이 비행관에 도달하면, 이온 펄서는 이온을 반사경을 향해 위로 보내고 다시 검출기로 보낸다. 이온 펄서가 모든 분자에 동일한 운동 에너지를 전달하므로 비행 시간은 분석물의 질량에 의해 결정된다.

QToF는 질량을 소수점 넷째 자리까지 측정할 수 있으며, 약물 유사체의 스크리닝 방법으로 제약 및 독성학적 분석에 자주 사용된다.^[24] 식별은 질량 스펙트럼을 수집하고 탠덤 질량 스펙트럼 라이브러리와 비교하여 수행된다.^[25]

4. 3. 비행 시간 이차 이온 질량 분석기 (TOF-SIMS)

1차 이온 빔을 고체 시료에 조사하여, 그 때 시료의 최표면에서 방출되는 이온(2차 이온)을 검출하는 2차 이온 질량 분석법(SIMS) 중 하나로, 질량 분석기에 비행 시간 질량 분석기(TOF-MS)를 사용하기 때문에 TOF-SIMS라고 불린다. SIMS는 기본적으로 파괴적인 초고감도 표면 분석법이기 때문에 유기·바이오 재료 등 소프트 재료에 대한 응용은 어렵다고 생각되던 시대도 있었지만, TOF-SIMS에서는 이온 빔을 펄스적으로 시료에 조사함으로써 실질적으로 비파괴적인 시료 측정을 가능하게 하여, 유기·고분자 재료에 응용하게 되었다. 특히 2000년 이후에는 바이오 재료의 측정 또한 많이 이루어지게 되었으며, 생체 시료 중 특정 물질의 분포 이미징이나 재료상의 DNA나 단백질 등의 평가도 이루어지고 있다.

5. 응용 분야

매트릭스 보조 레이저 탈착 이온화법(MALDI)은 TOF 질량 분석법과 쉽게 호환되는 펄스 이온화 기술이다. 원자 탐침 단층 촬영법 또한 TOF 질량 분석법을 활용한다. 광전자 광이온 동시 분광법은 이온 내부 에너지 선택을 위해 소프트 광이온화를 사용하고, 질량 분석을 위해 TOF 질량 분석법을 사용한다. 2차 이온 질량 분석법은 일반적으로 높은 질량 분해능으로 다양한 이온의 병렬 검출을 허용하기 위해 TOF 질량 분석기를 활용한다. 슈테판 루칭거(Stefan Rutzinger)는 저온 입자 검출기를 사용한 TOF 질량 분석법을 생체 분자와 같은 무거운 생체 분자의 분광법에 사용할 것을 제안했다.^[27]

'''비행 시간 이차 이온 질량 분석기'''(飛行時間二次イオン質量分析計, Time-of-flight Secondary Ion Mass Spectrometer|타임 오브 플라이트 세컨더리 이온 매스 스펙트로미터^영어)는 고체 시료 상의 원자, 분자의 화학 정보를 단분자층 이하의 감도로 측정할 수 있으며, 특정 분자나 원자의 분포를 100nm 이하의 공간 분해능으로 관찰할 수 있는 질량 분석기이다.

TOF-SIMS는 1차 이온 빔을 고체 시료에 조사하여, 그 때 시료의 최표면에서 방출되는 이온(2차 이온)을 검출하는 2차 이온 질량 분석법(SIMS) 중 하나로, 질량 분석기에 비행 시간 질량 분석기(TOF-MS)를 사용하기 때문에 TOF-SIMS라고 불린다. SIMS는 기본적으로 파괴적인 초고감도 표면 분석법이기 때문에 유기·바이오 재료 등 소프트 재료에 대한 응용은 어렵다고 생각되던 시대도 있었지만, TOF-SIMS에서는 이온 빔을 펄스적으로 시료에 조사함으로써 실질적으로 비파괴적인 시료 측정을 가능하게 하여, 유기·고분자 재료에 응용하게 되었다. 특히 2000년 이후에는 바이오 재료의 측정 또한 많이 이루어지게 되었으며, 생체 시료 중 특정 물질의 분포 이미징이나 재료상의 DNA나 단백질 등의 평가도 이루어지고 있다.

6. 역사

Y-12 국립 안보 단지에서 연구하던 A. E. 캐머런과 D. F. 에거스 주니어는 1948년에 초기 비행 시간형 질량 분석기인 "벨로시트론"(Velocitron)을 보고했다.^[28]^[29] 펜실베이니아 대학교의 W. E. 스티븐스는 이보다 2년 전인 1946년 매사추세츠 공과대학교에서 열린 미국 물리학회 회의 금요일 오후 세션에서 이 아이디어를 제안했다.^[28]^[29]

참조

_[1] 논문 A Pulsed Mass Spectrometer with Time Dispersion
_[2] 특허 Calutron system 1958-08-12
_[3] 논문 Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution
_[4] 논문 Formation of molecular ions as a result of irradiation of the surface of molecular crystals http://jetpletters.r[...]
_[5] 논문
_[6] 논문 Mass resolution improvement by incorporation of pulsed ion extraction in a matrix-assisted laser desorption/ionization linear time-of-flight mass spectrometer
_[7] 논문 The mass-reflectron, a new nonmagnetic time-of-flight mass spectrometer with high resolution
_[8] 특허 Time-of-flight mass spectrometer 1978-02-07
_[9] 특허
_[10] 특허
_[11] 특허
_[12] 간행물 Inventor’s Certificate No. 1681340A1 USSR 1987-02-25
_[13] 서적 Time-of-Flight Mass Spectrometry
_[14] 논문 Hadamard Transform Time-of-Flight Mass Spectrometry: More Signal, More of the Time https://web.stanford[...] 2003
_[15] 논문 Characterization of a Hadamard transform time-of-flight mass spectrometer https://web.stanford[...] 1999
_[16] 논문 Hadamard Transform Time-of-Flight Mass Spectrometry 1998
_[17] 특허
_[18] 특허
_[19] 논문 The characteristics of peptide collision-induced dissociation using a high-performance MALDI-TOF/TOF tandem mass spectrometer
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