LCMS 데이터에서 미확인 피크를 식별하는 방법
A Practical Strategy for Interpreting Unknown Signals
LC-MS 데이터를 분석하다 보면 종종 예상하지 못한 피크(Unknown Peak)가 나타납니다.
이러한 피크는 다음과 같은 다양한 원인으로 발생할 수 있습니다.
-
예상하지 못한 대사체
- 실험실 오염 물질
- adduct ion
- in-source fragmentation
- background chemical noise
이 피크는 실제 분석 대상 화합물인가, 아니면 분석 과정에서 생성된 신호인가?
Unknown peak를 해석하기 위해서는 체계적인 접근 방법이 필요합니다.
Step 1 — 정확한 m/z 확인 (Accurate Mass)
고해상도 질량분석기(Q-TOF, Orbitrap 등)를 사용하면 다음과 같은 정보를 얻을 수 있습니다.
exact mass
mass accuracy (ppm)
isotope pattern
정확한 질량을 이용하면 가능한 **분자식 후보(molecular formula)**를 계산할 수 있습니다.
예를 들어
m/z = 181.0853
과 같은 피크가 관찰되었다면 다음과 같은 분자식 후보가 계산될 수 있습니다.
Precursor(Da) [M+H]+ | 181.0853 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Formula | MW | Diff(ppm) | Diff(Da) | H/C | DBE |
| C5H12N2O5 | 180.0746 | -18.892 | -0.003402 | 2.4 | 1 |
| C6H8N6O | 180.0760 | -11.465 | -0.0020646 | 1.333 | 6 |
| C8H10N3O2 | 180.0773 | -4.009 | -0.0007219 | 1.25 | 5.5 |
| C10H12O3 | 180.0786 | 3.447 | 0.0006207 | 1.2 | 5 |
| C13H10N | 180.0813 | 18.33 | 0.0033008 | 0.769 | 9.5 |
| C6H15NO3P | 180.0790 | 5.173 | 0.0009315 | 2.5 | 0.5 |
| C5H14N2O3S | 180.0807 | 14.71 | 0.0026489 | 2.8 | 0.5 |
| C6H16N2S2 | 180.0755 | -14.069 | -0.0025336 | 2.667 | 0 |
| C5H13N4OCl | 180.0778 | -1.304 | -0.0002348 | 2.6 | 1 |
| C7H15NO2Cl | 180.0791 | 6.152 | 0.0011079 | 2.143 | 0.5 |
이 단계에서 DBE, H/C ratio 등을 이용하여 화학적으로 타당한 후보를 선별할 수 있습니다.
Step 2 — Isotope Pattern 확인
다음 단계는 **동위원소 패턴(Isotopic pattern)**을 확인하는 것입니다.
특정 원소는 특징적인 isotope pattern을 보입니다.
| Element | Isotope signature |
|---|---|
| Cl | M : M+2 ≈ 3 : 1 |
| Br | M : M+2 ≈ 1 : 1 |
| S | small M+2 peak |
예를 들어
M : M+2 ≈ 1 : 1
Isotope pattern은 분자식 후보를 좁히는 데 매우 중요한 정보를 제공합니다.
Step 3 — Adduct 여부 확인
LC-MS에서 관찰되는 피크는 항상 분자 자체가 아닐 수도 있습니다.
많은 경우 다음과 같은 adduct ion이 형성됩니다.
| Ion | Mass shift |
|---|---|
| [M+H]⁺ | +1.0073 |
| [M+Na]⁺ | +22.9892 |
| [M+K]⁺ | +38.9632 |
| [M+NH4]⁺ | +18.0338 |
따라서 unknown peak를 발견했다면 먼저 다음 질문을 해야 합니다.
이 피크는 다른 피크의 adduct일 가능성이 있는가?
예를 들어
m/z 195
m/z 217
두 피크의 차이는
21.98 Da
이며 이는 Na adduct 차이와 매우 가깝습니다.
따라서 이 두 피크는 동일 화합물의
[M+H]+
[M+Na]+
일 가능성이 높습니다.
Step 4 — Neutral Loss 패턴 확인
MS/MS 스펙트럼에서는 종종 neutral loss fragmentation이 나타납니다.
대표적인 neutral loss는 다음과 같습니다.
| Neutral loss | Mass |
|---|---|
| H2O | 18.0106 |
| NH3 | 17.0265 |
| CO2 | 43.9898 |
예를 들어 다음과 같은 피크가 보인다면
m/z 300
m/z 282
차이는
18 Da
입니다.
이는 water loss (H₂O) fragmentation일 가능성이 높습니다.
Neutral loss는 분자의 functional group을 추정하는 데 매우 유용합니다.
Step 5 — Fragmentation Pattern 해석
Unknown peak의 MS/MS 스펙트럼을 분석하면 분자의 구조 정보를 얻을 수 있습니다.
Fragmentation pattern은 다음 정보를 제공합니다.
-
구조적 단위(fragment)
-
functional group
-
fragmentation pathway
특히 peptide 분석에서는 b-ion / y-ion ladder가 나타나며
small molecule 분석에서는 neutral loss fragmentation이 더 흔하게 나타납니다.
Step 6 — Database 검색
마지막 단계는 화합물 데이터베이스 검색입니다.
대표적인 데이터베이스는 다음과 같습니다.
| Database | Description |
|---|---|
| PubChem | 가장 큰 화합물 데이터베이스 |
| HMDB | Human metabolome database |
| METLIN | metabolomics MS database |
| MassBank | MS spectral database |
정확한 질량과 fragmentation pattern을 이용하면 후보 화합물을 좁힐 수 있습니다.
Practical Workflow
Unknown peak 분석은 보통 다음 순서로 진행됩니다.
Accurate mass
↓
Molecular formula
↓
Isotope pattern
↓
Adduct identification
↓
Neutral loss analysis
↓
Fragmentation interpretation
↓
Database search
이 과정을 통해 unknown peak의 정체를 점차 좁혀갈 수 있습니다.
LC-MS 데이터에서 unknown peak는 다양한 원인으로 발생할 수 있습니다.
효율적인 해석을 위해서는 다음 단계가 중요합니다.
-
정확한 질량 확인
-
isotope pattern 분석
-
adduct 여부 확인
-
neutral loss 분석
-
MS/MS fragmentation 해석
-
database 검색
이러한 체계적인 접근 방법을 사용하면 LC-MS 데이터에서 unknown peak의 정체를 보다 정확하게 해석할 수 있습니다.
