질량분석(Mass Spectrometry, MS)이란?｜원리, 방법, 절차 및 관련 연구 논문 소개

이 물질, 정체가 뭐지?"를 밝혀내는 과학의 눈

눈에 보이지도, 냄새도 안 나는 미량 물질.
하지만 그것이 독성인지, 약물인지, 병의 징후인지 밝혀야 할 때가 있습니다.
이럴 때 사용하는 강력한 도구가 바로 '질량분석(Mass Spectrometry)'입니다.
분자의 무게와 구조 정보를 바탕으로 정확한 정체를 밝혀내는 과학의 눈, 그게 질량분석입니다.

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질량분석(Mass Spectrometry)이란?

• 질량분석은 분자를 이온화하고 그 이온의 질량대전하비(m/z)를 측정하여 분자의 정체와 양을 알아내는 분석 기법입니다.
• 정성 분석(무엇인지)과 정량 분석(얼마나 있는지)이 동시에 가능해요.

 

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대표 질량분석 기법 세 가지

분석법	설명	주요 용도
GC-MS	휘발성 성분을 기체 크로마토그래피로 분리 후 MS로 분석	향, 환경오염물질, 마약, 독성물질
LC-MS	액체 크로마토그래피로 분리 후 MS 연결	약물, 대사체, 단백질, 식품 내 성분
MALDI-TOF-MS	고체 시료에 레이저를 쏴 이온화 → 비행시간 기반 측정	단백질 지문, 병원균 동정, MSI(질량분석 이미지)

 

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분석절차: 방법별로 살펴보기

◆ GC-MS (Gas Chromatography–Mass Spectrometry)

【분석절차】

1. 시료를 가열하여 기체 상태로 만듦
2. 기체 크로마토그래피(GC)로 휘발성 성분을 시간차로 분리
3. 전자충격 이온화(EI) 방식으로 분자 이온화
4. 이온화된 물질을 질량분석기로 보내 m/z 분석
5. 스펙트럼 분석을 통해 화합물 확인 및 정량

▶ 특징

• 정밀한 성분 분석 가능
• GC 전처리 필요 (휘발성 물질만 분석 가능

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◆ LC-MS (Liquid Chromatography–Mass Spectrometry)

【분석절차】

1. 액체 상태의 시료를 **LC(액체 크로마토그래피)**로 분리
2. ESI (Electrospray Ionization) 또는 APCI로 부드럽게 이온화
3. 이온을 질량분석기로 보내 정확한 질량 측정
4. MS/MS(다중 질량 분석기)로 구조 분석 가능
5. 데이터베이스 매칭으로 물질 동정 및 정량

▶ 특징

• 극미량 분석 가능
• 복합 시료에서 고감도 분석
• 약물, 대사체, 지질 분석에 많이 사용

 

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◆ MALDI-TOF-MS (Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization–Time of Flight)

【분석절차】

1. 시료를 매트릭스와 함께 고체 상태로 고정
2. 레이저를 쏘아 이온화 + 탈착 (비파괴적 이온화)
3. 이온이 TOF(비행시간) 분석기를 통과하며 도달 시간 측정
4. 도달 시간 → 질량 계산
5. 스펙트럼 분석을 통해 단백질/펩타이드 지문 분석

▶ 특징

• 단백질 질량 확인/병원균 동정에 강함
• MALDI-MSI로 조직 내 성분 분포 이미지화 가능

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질량분석 방법 활용 논문

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“Use of tryptic peptide MALDI mass spectrometry imaging
to identify the spatial proteomic landscape of colorectal cancer liver metastases”

Li, C. M. Y., Briggs, M. T., Lee, Y. R., Tin, T., Young, C., Pierides, J., ... & Fenix, K. (2024). Use of tryptic peptide MALDI mass spectrometry imaging to identify the spatial proteomic landscape of colorectal cancer liver metastases. Clinical and Experimental Medicine, 24(1), 53.

▶ 목표

간으로 전이된 대장암 조직에서 단백질이 어떻게 분포하는지 MALDI-MSI로 분석

▶ 방법

• 조직 슬라이드에 매트릭스 처리 후 MALDI-TOF-MS 촬영
• 펩타이드 신호를 공간적으로 분석
• 전이 조직 내 펩타이드 분포를 시각화하고, 특정 패턴 식별

▶ 결과 및 의의

• 조직 내부의 단백질 패턴이 부위마다 다름
• 질병 진단, 조직 분석, 치료 타깃 탐색에 응용 가능

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질량분석은 이제 단순한 화학분석 도구가 아닙니다.
생명과학, 의학, 환경, 식품, 법의학 등 다양한 분야에서
정밀 분석과 질병 진단, 신약 개발의 핵심 도구로 자리 잡았습니다.

앞으로는 AI 기반 질량분석 해석,
MSI 기반 암 조직 분석,
마이크로바이옴 질량분석까지
확장될 것으로 기대됩니다.