イオン化法(ionization)

イオン化法の説明（質量分析計とはも合わせてご覧ください）

• EI(electron ionization:電子イオン化)法
  気化した試料に熱電子をあててイオン化する方法で、最も普及しているイオン化法です。イオン化は試料をガス化して行なうため、液体あるいは個体試料は予め気化させる必要があります。気化させるのに熱を加えるため熱不安定物質、難揮発性物質の測定は不可能です。ただし、メチル化、シリル化、アシル化等の誘導体化により揮発性、熱安定性が得られる物質の場合は測定が可能となります。通常70eVのエネルギーでイオン化を行なうため、分子イオンの生成とともに過剰エネルギーによりフラグメントイオンが生成します（一般的な有機化合物のイオン化エネルギーは10数eV）。このフラグメントイオンの情報より化合物の構造解析が可能になります。しかし、分子イオンが出にくいため分子量情報が得られない場合が多い。この場合はイオン化エネルギーを20eV程度に落すか、よりソフトなイオン化法（CI、DEI、DCI、FAB、ESI、MALDI）を選択する必要があります。
  
  
• CI(chemical ionization:化学イオン化)法
  あらかじめイオン化された反応ガス（試薬ガス）の中に気化した試料を送り込みイオン化する方法です。イオン分子反応を用いてイオン化するため、イオン化エネルギーが有機化合物のイオン化エネルギーに近いためフラグメントイオンが非常に少なく、分子量情報を持ったイオン（(M+H)⁺、(M+NH₄)⁺、(M-H)^-など）がベースイオンとして現れます。
  反応ガスとしては一般的にメタン、イソブタン、アンモニアが用いられている。
  注意として、イオン化室の気密性、反応ガスの圧力、イオン化室の温度の変化によりスペクトルの質に影響をあたえます。
  
  
• DEI(desorption electron ionization:脱離電子イオン化)法
  電子線の近傍で瞬間加熱を行ない試料が熱分解を起こす前に気化させイオン化させる方法で、熱不安定物質や難揮発性物質の測定が可能になります。さらに、通常の直接導入法におけるEI法より分子イオンが強く出るため分子量情報が得やすくなります。
  測定法は、試料溶液をポイント・フィラメント（直径100μmの白金線）の先端に付着させ、イオン源内に挿入後フィラメントを急速加熱し試料を気化させます。左の写真はポイント・フィラメントに試料を付着させた直後のもので、この後試料がフィラメント先端に集まるように溶媒を蒸発させます（ドライヤー等で）。水溶液試料は表面張力が大きいためフィラメントに付着させるのが非常に困難です。可能であればメタノール等の有機溶媒を試料に加え面張力を抑えれば良いでしょう。
  下のスペクトルはReserpine(MW=608.2734)のDEIスペクトルです。通常の直接導入法によるEI法では測定できませんでしたが、DEI法では分子イオン m/z 608 がベースピークのスペクトルが測定できました。
  
  
  
  
• DCI(desorption chemical ionization:脱離化学イオン化)法
  イオン源をCIの状態でDEIの操作を行なった場合がDCIです。下のスペクトルは反応ガスにメタンを用いたReserpine(MW=608.2734)のDCIスペクトルです。DCI法では分子イオンにプロトンが付加したm/z 609 がベースピークのスペクトルが測定できました。
  
  
  
• FAB(fast atom bombardment:高速原子衝撃)法
  

  試料とマトリックス（Glycerol、Thioglycerol等）を良く混合し、ターゲット上に塗布しXe等の高速中性原子を衝突させイオン化します。測定後の試料ターゲットを見るとまさに爆撃を受けた様にビームが当たった所がクレーターの様に穴が空いているのがわかります。EI、CIと違い試料を気化させる必要がないため、熱不安定物質や難揮発性物質の測定に適しています。しかし、低質量域にはマトリックス由来のバックグラウンドピークが強く現れるため低分子量の試料は測定が難しい場合があります。その場合はFRIT-FABによる測定が有効です。下のスペクトルのようにマトリックスに使用したGlycerolのクラスターイオン(m/z 185、277）が強く出てReserpineの分子イオン m/z 609 が相対的に小さくなってしまいます。

  
  
• FRIT-FAB(FRIT-fast atom bombardment:フリット高速原子衝撃)法
  Continuous-flow FABとも呼ばれ、マトリックス溶液に溶解した試料を連続的に流し溶出液出口を高速中性原子で衝突させイオン化させます。FRIT-FABの場合、溶出液出口にステンレス製フリットを置きフリット中央より滲ませることによりイオンビームの安定性、試料の濃縮がはかられました。このことにより、LC/MSインターフェイスとして利用されています。また、LCよりカラムを外しフローインジェクションシステムとすることにより、測定の簡便化、マトリックス由来のバックグラウンド削除、ミリマス測定等が可能になります。下のスペクトルは上のスペクトル測定をした試料をFRIT-FABフローインジェクションシステムにて測定し、バックグラウンドを削除したものです。マトリックスに使用したGlycerolのクラスターイオンが消え、Reserpineの分子イオン m/z 609 および構造を反映したフラグメントイオンが見られます。更にMS/MS法によるCID(collision induced dissocciation, 衝突誘導解離)により有用な構造情報を多く含んだProduct ionを得ることができる。
  
  
  
  
• ESI(electrospray ionization:エレクトロスプレーイオン化)法
  大気圧イオン化法の一種で、キャピラリに高電圧を印加すると試料溶液が自ら噴霧、イオン化を行なう現象を利用したイオン化法です。FAB同様試料を気化させる必要がないため、熱不安定物質や難揮発性物質の測定に向いています。特にペプチドやタンパクなどは多価イオンが発生し低質量域に現れます（通常は m/z のz には1価イオンが入るため m/1となります。多価イオンたとえば30価のイオンの場合は m/30 と 1/30 のところにスペクトルが現れます。）。このことは、質量範囲の小さい四重極型のタイプでも分子量の大きなペプチドやタンパクなどが測定できるようになります。
  　通常のESI測定では構造情報を持つフラグメントイオンが得られないため、通常より高めに電圧をCapillay/Skimmer-1に印加する事によりIn-source CIDが起き構造情報を持つフラグメントイオンを測定する事が可能になります。
  
  
  
  
  
• MALDI(matrix-assisted laser desorption ionization:マトリックス支援レーザー脱離イオン化)法
  レーザー脱離イオン化法の一種で、試料とマトリックスの混合結晶を作製し、それにレーザー光を照射しイオン化を行います。試料より過剰に存在するマトリックスがレーザーの光エネルギーを吸収しイオン化および急速加熱され気化します。同時に試料も気化され、その際マトリックスよりプロトンや電子の受け渡しが行われ試料がイオン化します。マトリックスを用いる事でタンパクやペプチドなど大きな分子までソフトにイオン化させる事ができます。主に窒素レーザー（337nm）が光源に用いられています。マトリックスは測定試料に合わせ選択する必要がありますが、ペプチドではα-シアノ-4-ヒドロキシケイ皮酸（CHCA)が、タンパクや糖などには2,5-ジヒドロキシ安息香酸（DHB)が用いられています。
  
  

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