質量分析法
質量分析法は、分子や元素をイオン化し、生成したイオンの質量電荷比を測定することで、それらを同定し定量する手法です。
Definition
質量分析法は、分析対象物を気相イオンに変換し、その質量電荷比に従って分離・検出する分析技術であり、同定、構造解析、および定量に用いられるスペクトルを生成します。
Scope
この分野では、分析手法としての質量分析法の原理と装置について扱います。具体的には、気相イオンの生成、様々な分析計における質量電荷比による分離、それらの検出、および得られたスペクトルの解釈を含みます。分子質量分析と元素質量分析の両方、フラグメンテーション、精密質量測定、および質量分析計と分離技術との結合について論じます。元素に用いられる原子発光および吸収法は、分析分光法の下で別途扱われます。
Sub-topics
Core questions
- 分析対象物は、質量分析に適した気相イオンにどのように変換されるのでしょうか？
- 異なる質量分析計は、どのようにしてその分解能と質量範囲を達成するのでしょうか？
- フラグメンテーションパターンと精密質量は、どのように同定をサポートするのでしょうか？
- 質量分析法はどのように定量化され、分離技術とどのように結合されるのでしょうか？
Key theories
- 質量電荷比による分離
- 分析対象物がイオン化されると、電場または磁場中でのその運動は質量電荷比に依存します。各イオンのこの比率を測定することで質量スペクトルが生成され、そのピーク位置は種を同定し、適切に校正された強度はそれらを定量します。
- 生体分子のソフトイオン化
- エレクトロスプレーおよびマトリックス支援レーザー脱離イオン化は、大型で不安定な分子をほとんどフラグメンテーションを起こさずに無傷のイオンとして気相に導入し、質量分析法の適用範囲を小型揮発性分子からタンパク質やその他の生体高分子へと拡大しました。
Mechanisms
分析対象物は、電子衝撃、エレクトロスプレー、レーザー脱離、またはプラズマによってイオン化され、気相中に荷電種を形成します。次に、質量分析計が電場および磁場、飛行時間、またはイオントラップを用いてこれらのイオンを質量電荷比によって分離し、検出器が各比率におけるイオンの存在量を記録します。得られるスペクトルは、分子または元素の質量、同位体パターン、および制御されたフラグメンテーションを通じて構造情報を提供します。校正されたピーク面積は定量値を与えます。
Clinical relevance
質量分析法は、プロテオミクスおよびメタボロミクス、新生児スクリーニングや治療薬モニタリングなどの臨床応用、環境および食品汚染物質分析、法医学毒物学、誘導結合プラズマ質量分析法による元素微量分析の基盤となっており、その感度、特異性、および広範な適用範囲が高く評価されています。
History
質量分析法は、20世紀初頭のJ. J. トムソンの陽極線実験とフランシス・アストンの質量分光器による同位体発見に端を発します。世紀半ばの装置は有機構造解析に用いられ、1980年代にジョン・フェンによるエレクトロスプレーと田中耕一によって進歩したレーザー脱離というソフトイオン化法の開発は、ノーベル賞によって認められ、質量分析法を大型生体分子へと適用範囲を広げました。
Key figures
- J. J. Thomson
- Francis Aston
- John Fenn
- Koichi Tanaka
Related topics
Seminal works
- gross2017
- deHoffmann2007
- skoog2017
Frequently asked questions
- 質量分析計は実際に何を測定するのでしょうか？
- 試料から生成されたイオンの質量電荷比と、各比率でどれだけのイオンが存在するかを測定し、分子または元素の質量、同位体パターン、および構造を決定するために使用されるスペクトルを提供します。
- ソフトイオン化はなぜ画期的な進歩だったのでしょうか？
- 以前のイオン化法では、大型分子がフラグメンテーションを起こしたり、気化できなかったりしました。エレクトロスプレーおよびマトリックス支援レーザー脱離は、タンパク質やその他の生体高分子の無傷のイオンを穏やかに生成し、質量分析法を生物学および医学の分野に拡大しました。