液体クロマトグラフィー/質量分析

液体クロマトグラフィー-質量分析法 (LC/MS)

液体クロマトグラフィー-質量分析法（LC/MS）は、物質の分離と検出を組み合わせた強力な分析手法です。具体的には、液体クロマトグラフィー（LC）を用いて試料中の様々な成分を互いに分離した後、その分離された各成分を質量分析計（MS）によってイオン化し、質量電荷比（m/z）に基づいた情報を取得することで、成分の特定や定量を行います。正式には液体クロマトグラフィー–質量分析法と呼ばれ、英語では Liquid Chromatography-Mass spectrometry、略称として一般にLC/MSまたはLC-MSと表記されます。

装置構成

LC/MSシステムは、主に以下の三つの機能的な部分から構成されます。

液体クロマトグラフ部

この部分は、分析対象の試料を構成する成分を物理的に分離する役割を担います。通常の液体クロマトグラフィー（LC）や高速液体クロマトグラフィー（HPLC）と同様の原理に基づいて動作し、カラムと呼ばれる分離管と、成分を運び出す移動相液体を用いて成分を時間差で溶出させます。しかし、後段の質量分析計は高度な真空環境を必要とするため、MS部へ導入される移動相の流量には制約が生じます。このため、質量分析計の排気能力に応じて、使用するカラムの長さや内径、移動相の流量などを調整する必要が生じることがあります。

インターフェース部

インターフェースは、大気圧下で動作する液体クロマトグラフ部と、高真空下で動作する質量分析計部とをつなぐ橋渡し役です。LCから溶出してきた溶離液と目的成分の混合物を、大気圧下でまず霧状にし、その後、エレクトロスプレーイオン化（ESI）や大気圧化学イオン化（APCI）など、分析対象の性質に適したイオン化手法を用いて目的成分をイオン化します。生成されたイオンは、電気的な電圧勾配やガス流などを利用して、効率的に質量分析計の内部の真空空間へと導入されます。質量分析計の機能を安定的に保つためには、内部の真空度を一定に維持することが不可欠であり、インターフェース部から導入されるガス量を適切に管理すること、そしてそれを排気する質量分析計の真空ポンプの能力がシステムの性能に大きく影響します。

質量分析計部

インターフェース部を経て高真空下に導入されたイオンは、ここで[質量電荷比]に基づいて分離・検出されます。一般的な構成として、まず最初の質量分析計（例えば四重極型質量分析計など）で、分析したい成分由来と推定される特定のm/zを持つイオン（プリカーサーイオン）を選択します。次に、この選択されたプリカーサーイオンを衝突室（コリジョンセル）と呼ばれる領域に導入し、そこでアルゴンなどの不活性ガスと衝突させることで、プリカーサーイオンをより小さなフラグメントイオン（生成イオン）へと意図的に断片化します。最後に、このフラグメントイオン群を二番目の質量分析計（飛行時間型質量分析計や別の四重極型質量分析計など）で分離し、それぞれのm/zを測定・検出します。このプロセスはタンデム質量分析（MS/MS）と呼ばれ、元のプリカーサーイオンがどのような構造を持つかを示す特徴的な断片化パターンが得られるため、物質の同定や構造解析に非常に強力な情報を提供します。

特徴

LC/MS法は、その独自の組み合わせにより、以下のような顕著な特徴を持ち、幅広い分野で活用されています。

高い選択性と感度: LCによる優れた分離能と、MSによる特定の質量を持つイオンを選択的に検出する能力を併せ持つため、夾雑物を多く含む複雑な試料中から目的成分だけを高感度かつ選択的に検出・定量することが可能です。
構造解析への有効性: タンデム質量分析（MS/MS）などの手法を用いることで、分析対象分子の構造に関する詳細な情報を得ることができます。特定のイオンを断片化し、そのフラグメントパターンを解析することで、未知物質の構造を推定したり、既知物質であることを確認したりする構造解析や同定に非常に有効です。
* 類縁化合物の選択的分析: 類似した構造を持つ複数の化合物が混在している場合でも、質量分析計によって特定の質量電荷比や固有の断片化パターンを持つ化合物だけを識別し、選択的に検出・定量することが可能です。これは、特定の類縁化合物群の中から目的成分を分析したい場合に特に強力な特徴となります。

これらの特徴から、LC/MSは医薬品開発、食品安全、環境モニタリング、臨床検査、基礎生物学研究など、様々な分野で不可欠な分析技術として利用されています。

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