FAIMS란 무엇인가?

FAIMS(High-Field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry)는 이러한 ion들이 질량분석기로 들어가기 전에 한 번 더 선택적으로 걸러주는 장치입니다.

 

FAIMS를 사용하지 않는 경우와 사용하는 경우를 단순하게 비교하면 다음과 같습니다.

 

Without FAIMS

LC → ESI → Mass Spectrometer

 

With FAIMS

LC → ESI → FAIMS → Mass Spectrometer

 

여기서 중요한 점은 FAIMS가 LC처럼 액체 상태의 펩타이드를 분리하는 장치는 아니라는 것입니다. LC에서는 펩타이드가 column과 상호작용하는 정도에 따라 retention time이 달라지면서 분리됩니다. 반면 FAIMS에서는 ESI를 통해 만들어진 기체 상태의 ion을 전기장 속에서의 이동 특성에 따라 구별합니다. 따라서 쉽게 표현하면, LC가 펩타이드를 액체 상태에서 한 번 분리한다면 FAIMS는 ion이 된 이후 질량분석기로 들어가기 전에 다시 한 번 선택하는 역할을 한다고 볼 수 있습니다.

 

FAIMS는 어떻게 ion을 분리할까?

FAIMS 내부에는 전극이 있으며, 그 사이에 강한 전기장과 약한 전기장이 빠르게 반복되는 비대칭 전기장이 형성됩니다.

Ion은 이 전기장을 통과하면서 주변 gas molecule과 계속 충돌합니다. 이때 모든 ion이 강한 전기장과 약한 전기장에서 동일하게 움직이는 것은 아닙니다. Peptide마다 크기, charge state, 구조 등이 다르기 때문에 전기장 안에서 이동하는 특성도 조금씩 다릅니다. FAIMS는 이러한 차이를 이용하여 특정 ion은 통과시키고 다른 ion은 제거합니다.

 

CV란 무엇인가?

FAIMS를 사용할 때 가장 자주 접하게 되는 값이 CV(compensation voltage)입니다. CV는 특정한 mobility 특성을 가진 ion이 FAIMS 내부를 안정적으로 통과하도록 조절하는 전압입니다. 초보자라면 CV를 다음과 같이 이해해도 충분합니다.

CV는 FAIMS에서 어떤 종류의 ion을 통과시킬 것인지를 결정하는 선택 조건입니다. 예를 들어 어떤 peptide는 −50 V 부근에서 가장 잘 통과하고, 다른 peptide는 −70 V 부근에서 더 잘 통과할 수 있습니다. 한 peptide가 하나의 CV에서만 검출되는 것은 아닙니다. −50 V에서 가장 높은 signal을 보이는 peptide라도 −45 V나 −55 V에서도 어느 정도 검출될 수 있습니다.

즉, peptide에는 특정한 optimal CV 영역이 존재합니다.

 

FAIMS 장비의 특징

Proteomics에서 많이 사용하는 Thermo Scientific FAIMS Pro 계열은 질량분석기 앞부분에 부착하는 interface 형태입니다. 따라서 필요에 따라 FAIMS를 사용하거나 사용하지 않는 분석을 비교적 쉽게 선택할 수 있습니다.

FAIMS 기술 자체가 Thermo에만 존재하는 것은 아니지만, Thermo FAIMS Pro는 대표적인 상용 FAIMS interface입니다.