LC-MS Adducts Overview

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[M+H]⁺, [M+Na]⁺, [M+K]⁺ and Other Ion Forms

LC-MS 분석에서 관찰되는 이온은 항상 순수한 분자 이온(Molecular ion)만 존재하는 것은 아닙니다.
대부분의 경우 분석 대상 분자는 다른 이온과 결합된 형태로 검출되며 이러한 형태를 Adduct ion이라고 합니다.

예를 들어 ESI( Electrospray Ionization ) 분석에서는 다음과 같은 이온이 자주 관찰됩니다.

AdductMeaning
[M+H]⁺Protonated molecule
[M+Na]⁺Sodium adduct
[M+K]⁺Potassium adduct
[M+NH₄]⁺Ammonium adduct
[M-H]⁻Deprotonated molecule

이러한 adduct는 LC-MS 스펙트럼 해석에서 매우 중요한 역할을 합니다.
같은 화합물이라도 어떤 adduct 형태로 검출되는지에 따라 관찰되는 m/z 값이 달라지기 때문입니다.

Adduct란 무엇인가

Adduct는 분자(Molecule)가 다른 이온과 결합하여 형성된 이온을 의미합니다.

Electrospray ionization에서는 분석 대상 분자가 용액 상태에서 이미 존재하는 다양한 이온과 결합하여 기체 상태로 전이됩니다.

이를 간단히 표현하면 다음과 같습니다.

M + H⁺ → [M+H]⁺
M + Na⁺ → [M+Na]⁺
M + NH₄⁺ → [M+NH₄]⁺

여기서

M = neutral molecule

입니다.

즉 LC-MS에서 측정되는 m/z 값은 단순히 분자량이 아니라 adduct가 포함된 질량입니다.

왜 Adduct가 발생하는가

Adduct 형성은 대부분 ESI 이온화 메커니즘과 관련이 있습니다.

Electrospray ionization에서는 용액 속에 존재하는 다양한 이온이 함께 기체상으로 전달됩니다.

대표적인 이온 공급원은 다음과 같습니다.

SourceIon
solventH⁺
buffer saltsNH₄⁺
glasswareNa⁺
contaminationK⁺

따라서 동일한 화합물이라도 실험 조건에 따라 서로 다른 adduct 형태로 검출될 수 있습니다.


가장 흔한 LC-MS Adduct

실제 LC-MS 분석에서 가장 자주 관찰되는 adduct는 다음과 같습니다.

AdductMass Shift (Da)
[M+H]⁺+1.007276
[M+Na]⁺+22.989218
[M+K]⁺+38.963158
[M+NH₄]⁺+18.033823
[M-H]⁻−1.007276

예를 들어 분자량이

M = 300.000

인 화합물은 다음과 같이 나타날 수 있습니다.

IonObserved m/z
[M+H]⁺301.007
[M+Na]⁺322.989
[M+K]⁺338.963

즉 하나의 화합물이 여러 m/z 피크로 나타날 수 있습니다.

C6H8O6 + Adduct
( C6H8O6의 중성 분자(neutral molecule)는 ESI-MS에서 직접 검출되지 않으며, 대부분 [M+H]+, [M+Na]+, [M−H]− 등의 adduct ion 형태로 관측됩니다.


Proteomics vs Small Molecule 분석에서의 Adduct

Adduct 패턴은 분석 대상에 따라 차이가 있습니다.

Proteomics (Peptides)

대부분

[M+H]⁺
[M+2H]²⁺
[M+3H]³⁺

형태의 다중 전하 이온이 관찰됩니다.

이는 peptide가 여러 proton을 결합할 수 있기 때문입니다.


Small Molecules

소분자 분석에서는 다음 adduct가 자주 관찰됩니다.

[M+H]⁺
[M+Na]⁺
[M+K]⁺
[M+NH4]⁺

특히 sodium contamination 때문에 [M+Na]⁺ 피크가 강하게 나타나는 경우가 많습니다.


Adduct Identification이 중요한 이유

LC-MS 데이터 해석에서 adduct를 정확히 이해하지 못하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

예를 들어

m/z 301
m/z 323

두 피크가 존재할 때

이는 서로 다른 화합물이 아니라 다음과 같은 관계일 수 있습니다.

[M+H]⁺
[M+Na]⁺

즉 동일한 화합물의 다른 adduct 형태입니다.

따라서 adduct 패턴을 이해하는 것은 정확한 분자식 추정과 구조 분석에 매우 중요합니다.


Adduct Pattern을 이용한 데이터 해석

Adduct 간의 질량 차이를 이용하면 동일한 화합물에서 생성된 이온인지 판단할 수 있습니다.

예

[M+Na]⁺ − [M+H]⁺ ≈ 21.9819 Da

이러한 특징적인 질량 차이는 LC-MS 데이터에서 adduct를 식별하는 중요한 단서가 됩니다.


Adduct 분석은 왜 중요한가

Adduct 분석은 다음과 같은 분석 단계에서 중요한 역할을 합니다.

  • molecular formula prediction 
  • compound identification 
  • LC-MS contamination analysis 
  • metabolomics 데이터 해석

특히 소분자 분석에서는 adduct 패턴을 이용해 동일한 화합물에서 생성된 여러 이온을 그룹화할 수 있습니다.


LC-MS 분석에서 관찰되는 대부분의 이온은 adduct 형태입니다.

대표적인 adduct는 다음과 같습니다.

Adduct특징
[M+H]⁺가장 일반적인 protonated ion
[M+Na]⁺sodium contamination
[M+K]⁺potassium contamination
[M+NH₄]⁺ammonium buffer
[M-H]⁻negative ion mode

Adduct를 이해하는 것은 LC-MS 데이터를 정확하게 해석하기 위한 기초적인 지식입니다.

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