EI法

EI法（Electron Impact Ionization）

EI法とは、質量分析法におけるフラグメントイオンを生成する手法の一つであり、電子衝撃（Electron Impact）または電子イオン化（Electron Ionization）の略称です。この方法は特にガスクロマトグラフィー（GC）と組み合わせて使用されることが多く、化合物の定性分析において重要な役割を果たします。

EI法の基本概念

EI法では、フィラメントから放出された熱電子が分析対象である試料分子に照射されることでイオン化が行われます。この過程により生成されたフラグメントイオンは、質量分析によって分析され、その結果を用いて試料成分の同定が可能となります。

EI法の魅力の一つは、他のイオン化技術と比較して原理がシンプルであり、装置も相対的に簡単に構成できる点です。また、フラグメントイオンのライブラリが非常に充実しているため、得られたデータに基づいて速やかに分析と同定を行うことができます。

スペクトルデータベース

このライブラリは主にGC/MSコンビネーション分析で活用され、クロマトグラフィーで分離された各成分に対して対応するフラグメントイオンを捉え、それに基づいて分子の同定を行います。

動作原理

EI法によるイオン化過程は以下の気相反応で表されます。
$$ M + e^{-}
ightarrow M^{+ullet} + 2e^{-} $$
ここで、Mはイオン化される試料分子、$e^{-}$は電子、$M^{+ullet}$は生成されたイオンを指します。このイオン化プロセスでは、フィラメントが加熱され、そこで生成された熱電子がイオン源に照射されます。これらの電子は、70 eVのエネルギーで加速され、分析対象分子に対して衝突します。

フラグメント化のメカニズム

「硬い」イオン化ソースによる電子ビームは、試料分子の周囲に強い電場の変動を引き起こし、結果として分子のイオン化とフラグメント化を促します。生成されたラジカルカチオンは質量分析計へと輸送され、そこでその質量から構造情報を抽出できるのです。フラグメントイオンの生成効率は試料分子の化学的特性や使用する電子のエネルギーに大きく影響されます。

また、電子のエネルギーが低すぎる（例：20 eV）と、試料分子のイオン化が困難になり、60-70 eVの範囲が最も効果的であるとされています。この状態では、試料分子の結合長にマッチしたエネルギーが伝達され、イオン化とフラグメント化が最大化されます。
適切な条件下では、大体1000分子中1分子がイオン化されるとされます。

まとめ

EI法は、その単純な構造と強力なライブラリ支持を背景に、質量分析において非常に重要な技術です。多くの分野で利用されており、化学分析におけるスタンダードな手法の一つと言えます。この方法を駆使することで、分子の同定が迅速かつ正確に行われ、様々な化学的研究や分析に貢献しています。

参考文献

- 質量分析法に関する基本書
- NIST Chemistry WebBook

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