MS - 質量分析装置の原理

質量分析計入門
ここでは、質量分析計の最新のトピックから使用法と機能に関するFAQまで、幅広い内容を網羅しています。初心者の方が理解を深めることができるよう、文書リンクも用意されています。最初の章では、どのような研究者が質量分析計を必要とするか、続いて質量分析計のイオン源ではどのような成分をイオン化させることができるかをご紹介します。次に、質量精度と分解能の重要性(どれほど似通った成分を分離可能か)について、また様々なタイプの質量分析計についても解説します。今日普及しているMS技術と同様に、試薬サンプル調製データ処理についても、扱っています。

 

質量分析の小史

  • 1897年 – イギリス、マンチェスターのJ.J. Thomsonが、現代の質量分析(MS)の元となる陰極線の実験を行いました。
  • 1953年 – Wolfgang Paul が、四重極および四重極イオントラップの発明によりノーベル物理学賞を受賞しました。
  • 1968年 – Malcolm Dole が最新のエレクトロスプレーイオン化(ESI)を開発しますが、ほとんど反響がありませんでした。霧状にして真空中でエアロゾルを生成する手法は、実用化が難しいと考えられていました。液体が気体になると、100~1000倍の体積となるためです(標準的な条件下で、1 mL/minの水は1 L/minの蒸気となります)。
  • 1974年 – 主にガスクロマトグラフィー(GC)に基づく大気圧化学イオン化(APCI)がHorningにより開発されましたが、広く普及することはありませんでした。
  • 1983年 – VestalとBlakely による液体の加熱に関する研究がサーモスプレーとして知られるようになりました。これが今日市販されている装置の先駆けとなっています。
  • 1984年 – FennのESIに関する研究が発表され、1988年にノーベル賞を受賞しました。

詳細は、http://masspec.scripps.edu/mshistory を参照してください。

 

MSを必要とするのは?
質量分析(MS)の前に、分析の種類と、期待する結果について検討しておく必要があります。:

  • タンパク質やペプチドなどの高分子の分析、あるいは低分子、水溶性化合物の分析を行うのでしょうか。
  • 詳細がわかっている化合物を分析対象とするのか、それとも未知試料の定性分析を行うのでしょうか。
  • 現在の分離法で十分か、あるいは複雑なマトリックスを用いて分析法を開発する必要があるでしょうか。
  • MW 400のように整数の質量精度で良いのか、あるいはMW 400.0125 (または質量数400において2 mDa)のように5 ppmの精度が必要でしょうか。
  • 1日に処理しなければならないサンプル数は? 数百あるいは数千でしょうか。

化学、生化学、物理学の様々な分野の研究員や技術者が、質量分析を必要としています。創薬や開発に関わる医薬品業界の研究者は、MSの特異性、ダイナミックレンジ、感度を活かして、複雑なマトリックス中で近接した類縁代謝物を分離することで、代謝物の同定と定量を行っています。特に、創薬における化合物の同定や、合成品の純度確認および初期の薬物動態試験には、MSが不可欠であることが認識されています。

生化学者は、MSの適用範囲をタンパク質、ペプチド、オリゴヌクレオチドの分析にまで広げています。質量分析計を用いて酵素反応をモニターし、アミノ酸配列を確認し、タンパク質のフラグメントが網羅されたデータベースから分子量の大きいタンパク質を同定しています。また、H/D変換によるタンパク質の結合や、生理学的条件下で重要なタンパク質リガンドの形成についてもモニターすることができます。

臨床化学者も、薬物試験や新生児代謝異常スクリーニングで、結果の精度が低いイムノアッセイ法の代わりに、MSを採用するようになっています。食の安全性や環境に携わる研究者も同様です。このような研究者だけでなく関連業界の研究者も、同じ理由でPAHおよびPCB分析、水質調査、食品中の残留農薬の測定などの研究にMSを使用するようになりました。複雑でコストのかかる原油組成の確認は、最も初期の質量分析計の開発に貢献し、技術の発展を推し進めています。

今日のMS技術者は、実績があり様々な機能を持つ装置の中から、堅牢かつ信頼性の高い、幅広いイオン化技術を選択することができます。

MS - The Practical Art, LCGC を参照してください。(chromatographyonline.com)

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    • 業界トップの2人の技術者が、代謝物の同定に用いられているアプローチを比較、解説しています。


  • Profiles in Practice Series: Stewards of Drug Discovery-Developing and Maintaining the Future Drug Candidates, Vol. 23, No. 4, April 2005
    • 医薬品開発、候補化合物の扱いおよびライブラリーについて、医薬品業界の大企業と専門性のある小規模な企業の視点から比較しています。


  • Profiles in Practice Series: A Revolution in Clinical Chemistry, Vol. 23 No. 8 August 2005
    • ヘルスケアの専門家が、患者情報の精度、速度、品質を大幅に向上する手段としてMSを採用し始めました。


  • Profiles in Practice Series: Advances in Science and Geopolitical Issues (Food Safety), Vol.23 No. 10 October 2005
    • 装置の堅牢性と感度が向上するにつれて、MSは試験のガイドラインを変え、その影響が世界規模で広がっています。

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