MALDI 레이저와 UV 레이저

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MALDI 레이저는 강한 레이저 펄스를 사용하여 시료 결정에 흡수단인 매트릭스 분자에 에너지를 전달함으로써 MALDI (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization) 과정을 유발하는 역할을 합니다. 이를 위해 일반적으로 UV 레이저를 사용하는데, 매트릭스의 UV 흡수 스펙트럼 가장자리에 해당하는 380 nm보다 짧은 파장의 UV 레이저를 사용하는 것이 일반적입니다.

레이저 조사로 결정 표면에서 광탈착을 유발해야 하기 때문에, CW (연속파) 레이저의 출력으로는 MALDI를 유발하는 것이 어렵습니다. 따라서, 강력한 순간 출력을 가지는 짧은 펄스형 레이저가 일반적으로 사용됩니다. 일반적으로 나노초의 펄스 폭을 가지며, 순간 출력이 수십 kW 이상인 레이저가 널리 사용됩니다. 낮은 출력의 펄스형 UV 레이저라도 렌즈 등을 이용하여 수십 마이크로미터 수준으로 집광하면 MALDI 이온화에 충분한 출력을 얻을 수 있습니다.

UV 레이저를 사용하는 이유는, 일반 유기 매트릭스의 흡수가 400 nm보다 짧은 파장에서 시작되기 때문입니다. 매트릭스 분자의 경우 더 짧은 파장에서 더 큰 흡수를 가지지만, 이러한 짧은 파장에서는 매트릭스의 광반응이 쉽게 유도되어 매트릭스 고분자 생성 등의 현상이 증가하며, 노이즈 이온 세기가 커지고 질량 분석기 자체에도 전기적인 노이즈가 증가하는 경향이 있습니다. 또한, 이용 가능한 레이저의 종류도 제한적이기 때문에 특별한 응용을 제외하고는 짧은 파장의 레이저는 잘 사용되지 않습니다.


질소(N2) 레이저와 고체 레이저(DPSS)

과거에는 비교적 저렴한 가격으로 널리 보급되었던 질소(N2) 레이저(337 nm 파장, 펄스당 출력 < 200 μJ, 펄스 반복률: 10-20 Hz)가 MALDI 질량 분석에 널리 사용되었습니다. 질소 레이저는 일반적인 유기 매트릭스의 사용에서 비교적 재현성이 높고 감도가 좋은 MALDI 질량 분석 결과를 얻을 수 있는 레이저로 알려져 있습니다. 그러나 질소 레이저는 기체를 활성 매질로 사용하는 구조적인 단점으로 인해 레이저의 수명이 짧고, 레이저 펌핑에 대한 제약으로 인해 최대 수십 Hz의 반복률로 펄스를 생성할 수 있을 뿐입니다. 낮은 반복률은 현대의 대량 시료를 빠른 속도로 처리하는 고속 질량 분석 요구에는 적절하지 않습니다. 따라서 현재는 고체를 활성 매질로 사용하는 고체 레이저(DPSS: Diode-pumped solid-state laser)로 MALDI 레이저가 대체되고 있는 상황입니다.


IR 레이저

또한, UV MALDI 이온화법이 현대의 표준으로 자리잡고 있지만, IR 레이저를 사용하는 MALDI 방법도 많이 연구되었습니다. IR 레이저는 시료 표면으로부터 많은 분석 물질을 한 번에 이탈착시키고, 일반적으로 낮은 백그라운드 이온 세기를 가지며, 때로는 매트릭스 없이도 광탈착 이온화를 유발하는 특징이 있어 생화학 및 고분자 분석에 대한 활용이 기대되었습니다. 그러나 IR 레이저는 고가이며 사용이 상대적으로 어렵고, 이온화를 유발하기 위해서는 높은 레이저 에너지가 필요하며, 다양한 분석 물질에 대한 적용이 제한적이기 때문에 현재로서는 분석 현장에서는 활용되지 않고 있는 실정입니다.

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