質量分析法

質量分析法（MS）

質量分析法（しつりょうぶんせきほう、英: mass spectrometry、略称: MS) は、分子をイオン化し、その質量を測定することで成分分析を行う手法です。日本では「MS」という略称で呼ばれることが多いですが、日本質量分析学会では「エムエス」という表記を推奨しています。

原理

MSは、高電圧をかけた真空中で試料をイオン化します。この際、静電力を利用してイオンは装置内を移動し、質量電荷比（m/z）に応じて分離されます。分離されたイオンは検出され、結果として得られるデータを基にマススペクトルが作成されます。

質量分析では、試料分子が持つ正または負の単一電荷の他、複数の電荷を持つ多価イオンや分解したフラグメントイオンなども生成されます。マススペクトルにはこのすべての情報が含まれており、得られるスペクトルが非常に複雑になることがあります。そのため、未知物質の特定は難しいですが、既知物質の同定や未知物質の構造を解明するための強力な手段となっています。特に、有機化学や生化学の分野で広く利用されています。

歴史

1886年にオイゲン・ゴルトシュタインがガス放電実験を通して、陽極と陰極の間の線を観察したことが、質量分析法の発展の起源とされています。その後、ヴィルヘルム・ヴィーンが陽極線を質量電荷比に分離する装置を構築し、これが質量分析法の基礎となりました。さらに、J・J・トムソンはこの技術を改良し、質量スペクトルグラフを得ることに成功しました。

1918年から1919年にかけて、アーサー・ジェフリー・デンプスターとF・W・アストンが現代的な技術を考案し、1989年のノーベル物理学賞はイオントラップ法の開発に与えられました。また、2002年にはエレクトロスプレーイオン化（ESI）法とソフトレーザー脱離法（SLD）の功績が評価され、ノーベル化学賞が贈られました。

装置構成

質量分析のために使用される機器は質量分析装置と呼ばれ、主に試料導入部、イオン源、分析部、イオン検出部、データ処理部から構成されます。

試料導入部

試料が装置内に導入される部位です。試料の形態（気体、液体、固体など）によって導入方法が異なります。高速液体クロマトグラフィー（HPLC）やガスクロマトグラフィー（GC）などの技術と組み合わせることで、処理の効率が向上します。

イオン源

試料物質に電荷を持たせる部位であり、EI法やCI法など多様な手法があります。例えば、EI法は熱電子を使用してイオン化します。ESI法は主に液体クロマトグラフィーに使われ、高分子化合物のイオン化に特化しています。

分析部

イオン化された試料を分離するプロセスを担い、m/zの近いピークを識別する能力が求められます。磁場セクター型や四重極型など、状況に応じた分析法が選ばれます。

検出部

選別されたイオンを検出し、データを取得する役割を果たします。増倍管やファラデーカップを用いて、イオンのカウントを行います。

データ処理部

Obtained data is transformed into mass spectra, allowing for the identification of substances by comparing against databases of mass spectra for various compounds, including biomolecules.

結論

質量分析法は、その信頼性と適用範囲の広さから、化学や生物学などの多様な分野で欠かせない分析手法となっています。今後も新たな技術革新が求められ、さらなる利用が期待されます。

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