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イオン化横浜市立大学・高山光男横浜市立大学・高山光男
・・ イオン化とは分子量関連イオンを得ることイオン化とは分子量関連イオンを得ること
・・ いろいろなイオン化法いろいろなイオン化法
・・ 試料の性質に合わせて選ぶイオン化法試料の性質に合わせて選ぶイオン化法
・・ イオン化法とその特徴イオン化法とその特徴
(本内容の無断転載を禁じます)(本内容の無断転載を禁じます) MASSPECSMASSPECS
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電子の発見からソフトイオン化開発まで電子の発見からソフトイオン化開発まで
電子の発見電子の発見 J.J.J.J.トムソントムソン
ノーベル物理学賞ノーベル物理学賞(1906)(1906)
同位体の発見同位体の発見 F.W.F.W.アストンアストン
ノーベル化学賞ノーベル化学賞(1922)(1922)
ESIESIのの開発開発 J.B.J.B.フェンフェン ノーベル化学賞ノーベル化学賞(2002)(2002)MALDIMALDIのの開発開発 田中耕一田中耕一
ノーベル化学賞ノーベル化学賞(2002)(2002) MASSPECSMASSPECS
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一世紀前の一世紀前のMSMS装置装置ThomsonThomson’’s apparatus for positives apparatus for positive--ray ray reseachreseach (1907)(1907)
2020NeNe2222NeNe
COCO
MASSPECSMASSPECS
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イオン化イオン化とフラグメンテーションとフラグメンテーション
質量分離部質量分離部((mm//zz analyzer)analyzer)
検出器検出器
イオン源イオン源(ion source)(ion source)
MMMM+.+.
[M+H][M+H]++
[[M+NaM+Na]]++
[M[M--H]H]--MM--..
種々の分子量関連イオンの生成種々の分子量関連イオンの生成
MASSPECSMASSPECS
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イオン化とは分子量関連イオンを得ることイオン化とは分子量関連イオンを得ること
中性粒子
M電子付加
ナトリウムイオン付加
プロトン付加
電子放出
プロトン放出
[M+H] +
[M+Na] +
M -.
M +.
[M - H] -
イオン化
[M - H] +
ハイドライド放出
MASSPECSMASSPECS
分子量関連イオンは重要な質量分析情報分子量関連イオンは重要な質量分析情報
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凝縮相にある試料を気体状のイオンにするには凝縮相にある試料を気体状のイオンにするにはいろいろなデバイスを使ういろいろなデバイスを使う
気体状のイオン気体状のイオン (gaseous ion) (gaseous ion) を生成させることが大事を生成させることが大事MASSPECSMASSPECS
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ハードイオン化とソフトイオン化ハードイオン化とソフトイオン化
熱不安定化合物
電子イオン化
化学イオン化
大気圧化学イオン化
エレクトロスプレー
イオン化
マトリックス支援
レーザー脱離イオン化
高速原子衝撃
構造不安定化合物
ハードイオン化法 ソフトイオン化法
適当
不適当
場合によって適当
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イオン化デバイスイオン化デバイス
ソ フ ト デ バ イ ス ハ ー ド デ バ イ ス
高電界 イオン分子反応 噴霧 マトリックス 加熱 エネルギー照射 粒子衝撃
ESI ・ ・
MALDI ・ ★
FAB ・ ★
APCI ・ ・ ★
CI ・ ★
EI ★ ★
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いろいろなイオン化法いろいろなイオン化法
・電子イオン化・電子イオン化 ((EIEI))
・化学イオン化・化学イオン化 ((CICI))
・高速原子衝撃・高速原子衝撃 ((FABFAB))
・マトリックス支援レーザー脱離イオン化(・マトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDIMALDI))
・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 ((ESIESI))
・大気圧化学イオン化・大気圧化学イオン化 ((APCIAPCI))
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イオン化法の選択を必要とする化合物の性質イオン化法の選択を必要とする化合物の性質
・加熱に対して不安定・加熱に対して不安定気化する前に熱分解を起こす化合物気化する前に熱分解を起こす化合物
・構造的に不安定・構造的に不安定イオン化操作によって、脱水、脱官能基、異性化反応イオン化操作によって、脱水、脱官能基、異性化反応などを起こす化合物などを起こす化合物
・相対分子質量の大小・相対分子質量の大小イオン化可能な質量に上限がある場合イオン化可能な質量に上限がある場合
MASSPECSMASSPECS
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加熱に対して不安定な化合物のためのイオン化法加熱に対して不安定な化合物のためのイオン化法
・高速原子衝撃・高速原子衝撃((FABFAB))
・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((ESIESI))
・マトリックス支援レーザー脱離イオン化・マトリックス支援レーザー脱離イオン化
((MALDIMALDI))
MASSPECSMASSPECS
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高速原子衝撃法高速原子衝撃法
O
OCH3
C19H38O2 Mr298
メチルステアレートのFABメチルステアレートのFAB--MSMS
加熱操作はないが,高速原子(加熱操作はないが,高速原子(5000V5000V)衝撃の影響により,)衝撃の影響により,フラグメントイオンも生成するフラグメントイオンも生成する
MASSPECSMASSPECS
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配糖体の配糖体のFABFAB--MSMS
熱分解性の配糖体熱分解性の配糖体 サポニンサポニン ののFABFAB--MSMS
熱分解は起こらないが、高速原子による衝撃によりフラグメントイオン熱分解は起こらないが、高速原子による衝撃によりフラグメントイオンが生成し、糖鎖配列の情報が得られるが生成し、糖鎖配列の情報が得られる
MASSPECSMASSPECS
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エレクトロスプレーイオン化法エレクトロスプレーイオン化法
+ 3,000 VMASSPECSMASSPECS
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タンパク質のタンパク質のESIESI--MSMS
タンパク質研究に欠かせないソフトイオン化法タンパク質研究に欠かせないソフトイオン化法
多価プロトン化分子多価プロトン化分子
馬心筋アポミオグロビン馬心筋アポミオグロビンMASSPECSMASSPECS
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マトリックス支援レーザー脱離イオン化法マトリックス支援レーザー脱離イオン化法
O
HO
HO OH
O
HO
HO OH
O
HO
HO OH
337 nm photonH
H
マトリックス結晶マトリックス結晶
試料試料
MASSPECSMASSPECS
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タンパク質のタンパク質のMALDIMALDI--TOF MSTOF MS
プロトン化分子プロトン化分子
馬心筋アポミオグロビン馬心筋アポミオグロビンMASSPECSMASSPECS
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フラグメントイオンからアミノ酸配列もわかるフラグメントイオンからアミノ酸配列もわかる
↑↑↑↑↑↑↑↑ ↑↑↑↑ ↑↑ ↑↑ ↑↑ ↑↑ ↑↑ ↑↑↑↑
MASSPECSMASSPECS
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加熱に対して安定に気化する化合物のためのイオン化法加熱に対して安定に気化する化合物のためのイオン化法
・電子イオン化・電子イオン化 ((EIEI))
・化学イオン化・化学イオン化 ((CICI))
MASSPECSMASSPECS
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電子イオン化法電子イオン化法
スペクトルパターンの再現性に優れデータベースに利用可能スペクトルパターンの再現性に優れデータベースに利用可能
sample
M
M+.
e-
MASSPECSMASSPECS
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ビタミンビタミンDD3 3 のの EIEI--MSMS
HO
CH3
H3C
H3C
CH3
C27H44O
Mr 384.6
分子イオンもフラグメントイオンも明瞭で構造解析に適する分子イオンもフラグメントイオンも明瞭で構造解析に適するMASSPECSMASSPECS
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EI EI マススペクトルはデータベースに利用されるマススペクトルはデータベースに利用される
EI EI マススペクトルのパターンは再現性に優れるため,化合物のマススペクトルのパターンは再現性に優れるため,化合物の指紋としての利用価値がある.しかし,データベース検索の結指紋としての利用価値がある.しかし,データベース検索の結果から得られる化合物候補の最終判定は測定者の目に委ねる.果から得られる化合物候補の最終判定は測定者の目に委ねる.
51
77
105
136
0
50
100
51
77
105
138
0
50
100
51
77
105
136
0
50
100
91
MASSPECSMASSPECS
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化学イオン化法化学イオン化法
熱安定だが構造的に不安定な化合物に適する熱安定だが構造的に不安定な化合物に適する
filament
sample
reagent gas
e e
e
ee
e
e
reagent ion
ion-molecule reaction
M
[M+H]+
MASSPECSMASSPECS
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メチルステアレートのメチルステアレートのCICI--MSMS
O
OCH3
C19H38O2 Mr298
分子量関連イオンの出現が特徴.フラグメントイオンは少ない.分子量関連イオンの出現が特徴.フラグメントイオンは少ない.
MASSPECSMASSPECS
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その他のイオン化法その他のイオン化法
・大気圧化学イオン化法・大気圧化学イオン化法 ((APCIAPCI))
・溶液試料の導入が可能・溶液試料の導入が可能・熱不安定な化合物にも適用可能・熱不安定な化合物にも適用可能・多価イオンは生成しない・多価イオンは生成しない・適用可能な質量は・適用可能な質量は 1,0001,000程度まで程度まで
・電界脱離法・電界脱離法 ((FDFD))
・低極性合成ポリマーから極性化合物まで適用可能・低極性合成ポリマーから極性化合物まで適用可能・タンパク質のイオン化は困難・タンパク質のイオン化は困難・操作には熟練が必要・操作には熟練が必要
MASSPECSMASSPECS
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大気圧化学イオン化法大気圧化学イオン化法
ESIと似た噴霧イオン化法であるが,溶液試料を強制的にESIと似た噴霧イオン化法であるが,溶液試料を強制的に加熱噴霧するため,熱に不安定な化合物は分解することが加熱噴霧するため,熱に不安定な化合物は分解することが
ある.イオン化は化学イオン化と似ている.ある.イオン化は化学イオン化と似ている.MASSPECSMASSPECS
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電界脱離電界脱離 (FD)(FD) 法法
加熱と高電界を利用したイオン化加熱と高電界を利用したイオン化
+ 10kVMASSPECSMASSPECS
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試料導入法と試料の形態・量試料導入法と試料の形態・量 (GC(GC とと LC)LC)
試料導入とイオン化法の関係試料導入とイオン化法の関係
1.直接導入1.直接導入 (direct inlet, direct infusion)(direct inlet, direct infusion)
・固体・固体//結晶試料結晶試料 (EI, CI, FD, MALDI)(EI, CI, FD, MALDI)
・液体試料・液体試料 (FAB, ESI, APCI)(FAB, ESI, APCI)
2.クロマトグラフ導入2.クロマトグラフ導入
・ガスクロマトグラフ・ガスクロマトグラフ (EI, CI)(EI, CI)
・液体クロマトグラフ・液体クロマトグラフ (ESI, APCI, FAB)(ESI, APCI, FAB)
・キャピラリー電気泳動・キャピラリー電気泳動 (ESI, APCI)(ESI, APCI)
MASSPECSMASSPECS
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直接導入における試料量と濃度直接導入における試料量と濃度
・固体・固体//結晶試料結晶試料
EIEI:: 11μμgg 程度程度
CICI:: 11μμgg 程度程度
MALDIMALDI:: 11pmolpmol 程度程度 in 1in 1μμL of matrix solutionL of matrix solution
・液体試料・液体試料
FABFAB:: 1~101~10μμgg 程度程度 in 5in 5μμL of matrixL of matrix
ESIESI:: 11pmol/pmol/μμLL 程度程度 (100(100μμL)L)
APCIAPCI:: 1~101~10pmol/pmol/μμLL 程度程度 (100(100μμL)L)
MASSPECSMASSPECS
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クロマトグラフ導入クロマトグラフ導入
・ガスクロマトグラフ・ガスクロマトグラフ (EI, CI)(EI, CI)
・液体クロマトグラフ・液体クロマトグラフ (ESI, APCI, FAB)(ESI, APCI, FAB)
・キャピラリー電気泳動・キャピラリー電気泳動 (ESI, APCI)(ESI, APCI)
MASSPECSMASSPECS
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イオン化の目的は,質量分析情報としての分子量イオン化の目的は,質量分析情報としての分子量関連イオンを得ること関連イオンを得ること
いろいろな分子量関連イオンとその名称いろいろな分子量関連イオンとその名称
MASSPECSMASSPECS