質量分析計について

質量分析計の基本原理

質量分析計（Mass Spectrometer）は、物質の分子量や構成成分を正確に測定するための分析装置です。この装置は、試料をイオン化し、それを質量電荷比（m/z）に基づいて分離し、検出器でその量を測定することで、物質の特性を解析します。

イオン化
イオン化は、試料の分子を電荷を持つイオンに変換するプロセスです。これにはいくつかの方法があります。

電子衝撃イオン化（EI）
• 高エネルギー電子を試料にぶつけて分子をイオン化します。
• 主にガス状の試料に使用されます。
• 強力な電子ビームにより、分子が分解されて小さな断片（フラグメント）になります。

エレクトロスプレーイオン化（ESI）
• 液体試料を微細な霧状にして、電圧をかけることでイオン化します。
• 主に液体クロマトグラフィー（LC）と組み合わせて使用されます。
• 大きな生体分子（タンパク質、ペプチドなど）の分析に適しています。

質量分離
質量分離は、イオン化された分子をその質量電荷比（m/z）に基づいて分離するプロセスです。ここでもいくつかの方法があります。

四重極質量分析計
• 四重極電極に特定の電圧と周波数をかけ、特定のm/z比のイオンを選択的に通過させます。

飛行時間型質量分析計（TOF-MS）
• イオンが一定の距離を飛行する時間を測定し、その速度から質量を算出します。

磁場型質量分析計
• 磁場を利用してイオンを質量電荷比に基づいて分離します。
• イオンは磁場中を曲がり、その曲率半径から質量が決定されます。

質量分析計の測定方法

質量分析計の測定は、以下の手順で行われます：

試料の導入
• 試料を質量分析計に導入します。液体クロマトグラフィー（LC）やガスクロマトグラフィー（GC）と接続することもあります。
イオン化
• 試料をイオン化し、電荷を持つイオンに変換します。電子衝撃イオン化（EI）は高エネルギー電子を使って分子をイオン化し、エレクトロスプレーイオン化（ESI）は液体試料を微細な霧状にして電圧をかけてイオン化します。
質量分離
• イオン化された分子を質量分析器で分離します。四重極質量分析計では、四重極電極に特定の電圧と周波数をかけて、特定のm/z比のイオンを選択的に通過させます。飛行時間型質量分析計（TOF-MS）では、イオンが飛行する時間を測定し、その速度から質量を算出します。
検出
• 分離されたイオンを検出器で測定し、データとして記録します。電子増倍管はイオンを増幅して検出し、フォトンカウンターは光子をカウントしてイオンを検出します。

質量分析計の種類

質量分析計にはさまざまな種類があります。代表的なものを以下に示します：

四重極質量分析計
• 四重極質量分析計は、四重極電極を使用してイオンをm/z比に基づいて分離します。迅速で高感度な分析が可能です。四重極電極に特定の電圧と周波数をかけることで、特定のm/z比のイオンのみを通過させることができます。
飛行時間型質量分析計（TOF-MS）
• TOF-MSは、イオンの飛行時間を測定することで質量を決定します。高精度で広い質量範囲をカバーします。イオンは一定の距離を飛行する時間に基づいてその質量を算出されます。
磁場型質量分析計
• 磁場型質量分析計は、磁場を利用してイオンを質量電荷比に基づいて分離します。高い質量分解能を持ちます。イオンは磁場中を曲がり、その曲率半径から質量を決定されます。
イオントラップ質量分析計
• イオントラップ質量分析計は、イオンをトラップして逐次的に分析することで、高感度かつ詳細な分析が可能です。イオンを電場によってトラップし、特定のm/z比のイオンを順次解放して測定します。