有機分析における質量分析法

質量分析法は、分子とその断片の質量を測定し、分子式と構造の指紋として機能するフラグメンテーションパターンを提供します。

Definition

質量分析法は、分子をイオン化し、生成したイオンを質量電荷比によって分離する分析技術であり、イオンの質量と存在量のスペクトルを生成し、有機化合物の同定と特性評価に用いられます。

Scope

このトピックでは、イオン化法、分子イオンとその分子量および分子式との関係、同位体パターン、マクラファティー転位を含むフラグメンテーション経路、および精密質量分析を用いた正確な分子式の決定について扱います。

Core questions

• 分子イオンはどのようにして分子量を明らかにし、高分解能では分子式を明らかにするのでしょうか？
• フラグメンテーションパターンは構造について何を教えてくれるのでしょうか？
• 同位体パターンは塩素や臭素などの元素の存在をどのように示すのでしょうか？

Key theories

分子イオンとフラグメンテーション

イオン化により分子イオンが生成され、その質量から分子量がわかります。予測可能な小さなイオンへのフラグメンテーションは、失われた質量と残った質量から構造的な手がかりを提供します。

同位体パターンと精密質量

特徴的な同位体比は塩素や臭素などのヘテロ原子の存在を明らかにし、精密質量測定は分子式を一意に決定します。

Mechanisms

イオン化源（電子衝撃、エレクトロスプレーなど）が気相イオンを生成し、それが分析器で質量電荷比によって分離され、検出されます。電子衝撃によって形成されたラジカルカチオンは、生成するイオンと中性分子の安定性によって有利な経路に沿ってフラグメント化します。マクラファティー転位は、特徴的なフラグメンテーションであり、ガンマ水素がカルボニルに移動し、中性アルケンが脱離します。

Clinical relevance

質量分析法は、しばしばクロマトグラフィーと結合され、薬物代謝研究、治療薬物モニタリングおよび法医学毒性学、プロテオミクス、および臨床診断において中心的役割を果たし、高い特異性で微量分析物を同定および定量します。

History

アストンの初期の質量分光器は、質量分析法を分析手法として確立しました。マクラファティーは有機フラグメンテーションの解釈を体系化し、フェンによるエレクトロスプレーなどのソフトイオン化法の開発は、この技術を大型生体分子にまで拡張し、2002年のノーベル化学賞によって認められました。

Key figures

• Francis William Aston
• Fred McLafferty
• John Fenn
• Koichi Tanaka

Seminal works

• silverstein2014
• mclafferty1993

Frequently asked questions

分子イオンピークとは何ですか？

分子イオンピークは、フラグメンテーション前の無傷のイオン化分子に対応します。その質量電荷比の値は分子量を示し、高分解能装置では分子式の確立に役立ちます。

マクラファティー転位とは何ですか？

これはカルボニル含有分子の典型的なフラグメンテーションであり、ガンマ炭素上の水素原子がカルボニル酸素に移動し、中性アルケンが脱離することで、診断的でしばしば強いフラグメントイオンが生成されます。