초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종 목표는 양자계산과 질량분석 측정 결과를 결합하여 주요 이온화원의 이온화 매커니즘을 규명하고, 규명된 메커니즘을 바탕으로 이온화 경향을 반경헙적으로 예측할 수 있는 방법을 개발하고 적용하는 것임. 특히 방향족 화합물들의 이온화 경향을 반경험적으로 예측할 수 있는 방법이 개발될 것임. 방향족 화합물들은 대사체, 환경, 원유체 및 첨단소재 등의 다양한 연구분야에서 중요한 역할을 하는 화합물들임. 방향족 화합물들을 측정하는데 질량분석이 많이 사용되고 있음. 그리고 이온화 과정은 질량 측정의 감

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종 목표는 양자계산과 질량분석 측정 결과를 결합하여 주요 이온화원의 이온화 매커니즘을 규명하고, 규명된 메커니즘을 바탕으로 이온화 경향을 반경헙적으로 예측할 수 있는 방법을 개발하고 적용하는 것임. 특히 방향족 화합물들의 이온화 경향을 반경험적으로 예측할 수 있는 방법이 개발될 것임. 방향족 화합물들은 대사체, 환경, 원유체 및 첨단소재 등의 다양한 연구분야에서 중요한 역할을 하는 화합물들임. 방향족 화합물들을 측정하는데 질량분석이 많이 사용되고 있음. 그리고 이온화 과정은 질량 측정의 감도와 정확성을 결정하는 중요한 역할을 함. 그러나 이온화 과정의 불확실성 때문에 질량분석 측정의 정량성이 매우 낮음. 그러므로 화합물들을 정량적으로 분석하기 위하여 서는 각각의 화합물에 해당하는 스탠다드 화합물들을 가지고 있고 또한 각각의 화합물들을 측정해야 함. 그러나 현실적으로 모든 화합물에 대한 스탠다드 화합물들을 가지고 측정을 한다는 것은 불가능함. 이에 본 연구에서 방향족 화합물들의 효율을 예측할 수 있는 방법이 개발되면 화합물들에 대한 정량적인 측정이 가능해 질 것 이라고 판단됨.

□ 연구결과
본 연구 결과로 얻은 결과는 크게 다음의 3가지로 정리될 수 있음. 첫 번째로 protonation 반응의 경우에는 물질의 basicity 에 따라서 다른 이온화 기작으로 반응이 진행된 다는 점임. Basicity 가 큰 물질의 경우에는 direct protonation 이 일어나지만 basicity 가 적은 물질의 경우에는 direct protonation 와 toluene 으로 protonation 이 병행됨이 규명됨. 두 번째로는 solvent cluster가 toluene radical ion 과 반응하여 quench 되는 것이 (+) APPI 이온화의 감도를 크게 감소시키는 요소임이 증명됨. 이는 다음의 증거에 의하여 증명됨. 첫째로 toluene radical ion peak 이 감소됨. 둘째로 가정된 메커니즘에 의하여 계산된 이론적인 값이, 실험에 의하여 측정된 값과 매우 좋은 상관성을 가짐. 본 연구 결과로 얻는 가장 중요한 결과는 질량분석 실험에 의하여 측정된 값들이 이론적인 값들과 어느정도 상관성을 가짐이 보여졌다는 것이다. 이는 실험 값들이 이론적으로 예측이 가능함을 보여주는 것으로, 진행된 연구가 앞으로 더욱 개발되어야 한다는 당위성을 제공하고 있다. 본 실험에서 얻은 결과는 또한 LC-MS 분석을 할때에 과학자들이 매우 주의해야 함을 보여주고 있다. 용매의 조성이 조금만 달라져도 이온화 효율이 크게 바뀔수 있음이 보여졌다. 그러므로 특히 gradient mode LC-MS 로 정량분석을 할 때에 용매의 조성이 일정하게 혹은 반복성 있게 유지하는 것이 매우 중요함을 잘 보여주고있다.

□ 연구결과의 활용계획
질량분석은 현대 과학이나 산업체의 많은 분야에서 주요한 측정 장비로 사용되고 있다. 그리고 방향족 화합물들은 다양한 연구분야에서 매우 중요한 물질이다. 그러나 현재까지는 방향족 화합물들을 질량분석을 이용하여 정량적인 측정을 하는데 어려움이 있어왔다. 이에 본 연구에서 이온화 효율을 계산할 수 있는 방법이 개발되면, 이는 질량분석을 이용항 방향족 물질의 측정이 중요한 역할을 하는 대사체, 환경, 원유체 및 첨단소재 등의 분야 발전에 큰 공헌을 할 것으로 기대된다. 예를 들어서 대사체를 이용한 분야에서 다수의 화합물들에 대한 정량적인 측정이 가능해 진다면, 이는 정확한 질병 진단 및 예측을 수행하는데 매우 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 그리고 이 연구 결과는 이론적인 계산으로 실험적 이온화 효율을 예상 할 수 있음을 보여주고 있다. 그러므로 이 결과는 앞으로 ESI 등 다른 이온화 효율을 예상하는 연구에 응용될 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
The purpose of this research is to investigate the ionization mechanism by combination of theoretical calculation and mass spectrometry data. Newly identified ionization mechanism can be used to predict ionization efficiency of given molecules. This will enables researchers to

□ Purpose& contents
The purpose of this research is to investigate the ionization mechanism by combination of theoretical calculation and mass spectrometry data. Newly identified ionization mechanism can be used to predict ionization efficiency of given molecules. This will enables researchers to perform quantitative analysis. There are many factors that have to be considered for the prediction. For an example, identification of mechanism, find factors that control the ionization mechanism, and find a way to predict the factors. A better understanding of the ionization process can significantly expand the quantitative use of MS. For this purpose, experimental or theoretical parameters should be devised for predicting the ionization behaviors of ions. Numerous studies have been devoted to the understanding of ionization mechanisms and parameters for the ionization behaviors. However, these mechanisms and parameters have not been commonly used for predictive purposes. We believe that a combination of high-level theoretical calculations and experimental data could lead to predictive parameters for ionization. This approach has been shown to be effective in understanding the ionization mechanism of positive mode (+) atmospheric pressure photoionization (APPI). In this study, a theoretical thermodynamic parameter(total reaction enthalpy) based on a previously suggested ionization mechanism was compared with experimental data obtained from 49 aromatic compounds, andgood correlations were found.

□ Result
This study shows that there is a correlation between the ionization behavior of molecules and their thermochemical parameters (reaction enthalpy)derived from ionization mechanisms. The theoretical enthalpy calculated from the overall protonation reaction (electron transfer plus hydrogen transfer) in positive-mode (+) atmospheric-pressure photoionization (APPI) was compared with experimental results for 49 aromatic compounds. All the molecules with ΔH <0 kcal/mol for the overall protonation reaction with toluene clusters produced protonated ions, regardless of the desolvation temperature. For molecules withΔH >0, molecular ions were more abundant at typical APPI desolvation temperatures (300 ℃), while the protonated ions became comparable or dominant at higher temperatures (400 ℃). A linear relationship was observed between the calculated ΔH and the relative abundance of the protonated peak. In addition, the toluene cluster size was an important factor when predicting the ionization behavior ofpolycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) ions in (+) APPI. Overall, data in thisstudy clearly show that the theoretically calculated reaction enthalpy (ΔH) of protonation with toluene dimers can be used to predict the protonation behavior of aromatic compounds. The parameter gives reasonable predictions for 49poly-cyclic aromatic hydrocarbon compounds. We believe that this contribution is theoretically and practically relevant because it indicates the possibility of predicting the ionization efficiencies of molecules, which could greatly expand the application of quantitative MS analysis.

□ Expected Contribution
The enthalpy change of the overall protonation reaction, namely electron transfer followed by proton transfer, is investigated as a parameterfor predicting the protonation behavior of PAH compounds in (+) APPI. Nonetheless, in this study the ionization behavior is predicted based ona well-established mechanism and a thermochemical parameter theoretically calculated from that mechanism. Hence, these results are restricted to only toluene solvent with (+) APPI. Additional research is necessary to generalize this approach to other solvents.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 19
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 20
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 21
• 8. 참고문헌 ... 21
• 9. 연구성과 ... 23
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 27
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 27
• 12. 기타사항 ... 29
• [별첨1] 대 표 연 구 실 적 ... 30
• 끝페이지 ... 42