エレクトロスプレーイオン化

エレクトロスプレーイオン化（ESI）

エレクトロスプレーイオン化（Electrospray Ionization、ESI）は、質量分析法におけるイオン化技術の一つであり、特に高分子化合物をフラグメント化せずにイオン化できる点で非常に重要な役割を果たしています。この技術は、液体のサンプルを微細なエアロゾルに変え、そこからイオンを生成することで質量分析計での分析を可能にします。

歴史

ESIの開発には、多くの科学者の貢献がありました。初期の研究者としては、以下のような名前が挙げられます。

第3代レイリー男爵ジョン・ウィリアム・ストラット
ジョン・ゼラニー
マルコム・ドール
リジヤ・ガル
ジェフェリー・イングラム・テイラー

そして、ジョン・フェンは生体高分子分析へのESI応用を開拓し、その功績により2002年にノーベル化学賞を受賞しました。彼の使用したオリジナルの装置は、現在アメリカの化学遺産財団に展示されています。

イオン化機構

ESIのイオン化プロセスは、以下のステップで進行します。

1. エアロゾル化: 興味のある検体を含む液体を、エレクトロスプレーによって微細なエアロゾルにします。
2. 溶媒蒸発: このエアロゾルは質量分析計に導入される前に加熱され、溶媒が蒸発します。一般的に、水と揮発性有機溶媒の混合液が用いられ、誘電率を上げる化合物が添加されることがあります。
3. クーロン分裂: 液滴がレイリー限界に達すると不安定化し、クーロン分裂を起こして電荷を帯びたジェットを放出します。この過程で、液滴は質量の一部と電荷の大部分を失います。
4. 気相イオン生成: 最終的に、2つの主要な理論（イオン蒸発モデルと帯電残滓モデル）によって気相イオンが生成されます。

イオン蒸発モデル (IEM)

液滴が小さくなるにつれて表面の電界強度が上昇し、溶媒和イオンが脱離します。

帯電残滓モデル (CRM)

液滴の蒸発・分裂が繰り返されると、最終的に検体イオンを含む液滴が残ります。溶媒が蒸発した後、気相イオンが形成されます。

一般的に、小さなイオンはIEM、大きなイオンはCRMによって生成されると考えられていますが、決定的な証拠はありません。

質量分析で観測されるイオンは、プロトン付加([M + H]+)、カチオン付加([M + Na]+)またはプロトン脱離([M − H]−)による擬分子イオンであり、多価イオン([M + nH]n+)も観測されます。高分子の場合、複数の電荷状態が観測され、特徴的なエンベロープを形成します。ESIは偶数電子イオン種のみを生成します。

変法

マイクロエレクトロスプレーとナノエレクトロスプレー

低流速でのESIはイオン化効率の改善につながります。1994年にマイクロエレクトロスプレー（マイクロスプレー）が、1996年にはナノエレクトロスプレー（ナノスプレー）が導入され、より微量のサンプルでの分析が可能になりました。現在、ナノスプレーという名称は、自己供給型のものだけでなく、低流速ポンプを用いたESIに対しても使用されています。これらの手法間の流速範囲は明確には定義されていません。

応用

ESIは、以下のような多様な分野で応用されています。

タンパク質の折り畳み研究

タンパク質のフォールディングを研究するために使用されます。

液体クロマトグラフィー/質量分析 (LC-MS)

液体クロマトグラフィーと組み合わせて使用され、LCで分離されたサンプルをESIでイオン化して質量分析を行います。オンラインまたはオフラインで分析が可能です。

気相における非共有結合性相互作用

液相での非共有結合性錯体を気相に移すことができ、酵素と阻害剤の相互作用など、非共有結合性相互作用の研究に用いられます。これにより、新しい薬剤候補の探索も可能です。

脚注

上記で説明した内容は、エレクトロスプレーイオン化（ESI）の基本的な原理、歴史、応用を網羅しています。ESIは質量分析において非常に重要な技術であり、これからもその応用範囲は広がっていくと考えられます。

参考文献

(参考文献リストは原文に準拠)

関連項目

エレクトロスプレー
タンパク質質量分析
テイラーコーン
脱離エレクトロスプレーイオン化
ソニックスプレーイオン化

外部リンク

(外部リンクリストは原文に準拠)

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