質量分析への紹介

質量分析は、サンプル中の未知化合物の同定と定量、およびそれらの構造の決定を可能にする分析技術です。

質量分析では、サンプル中の原子または分子から気相イオンが生成されます。次に、イオンは、m/z で表される質量電荷比に基づいて分離されます。

この分離により、サンプルの質量や構造など、サンプルに関する定量的および定性的な情報を決定できます。

このビデオでは、質量分析の基本概念と装置を紹介し、元素定量での使用を示します。

質量分析計は、イオン源、質量分析装置、検出器で構成されています。イオン化源では、化合物はイオン化され、通常は単一の正電荷になります。

イオンは、電子ビーム、プラズマ、レーザーによる衝撃など、さまざまな手法を使用して生成でき、それぞれが分子構造の決定に役立つさまざまな断片化を引き起こします。これらの方法は、「ハード」イオン化と「ソフト」イオン化に大まかにグループ化されます。

硬質イオン化技術は広範なフラグメンテーションを引き起こし、その結果、より低い質量のフラグメントが多くなります。

ソフトイオン化技術により、高分子質量範囲でフラグメンテーションが少なくなるか、ほとんどなくなります。

断片化が大きすぎると、貴重な構造情報が失われる可能性があります。小さすぎると、小分子は効率的にイオン化されません。したがって、イオン化法の選択は、目的の分析種と望ましいフラグメンテーションの程度によって異なります。

その後、イオンは電場中で加速されて質量分析器に入り、そこで分離されます。

最も基本的な質量分析器は、均一な磁場を生成する湾曲した磁石で構成される磁気セクターです。磁石の引力と加速イオンの遠心力により、イオンは曲線を円を描くように移動します。

イオンの円路の半径は、加速電圧、印加磁場、および質量電荷比によって異なります。

次に、電圧と磁場を選択して、特定の質量電荷比の種のみが曲線経路を通過できるようにすることができます。他のイオンは磁気経路の側面に衝突し、失われます。磁場強度をスキャンすることにより、目的のイオンは異なる時間に検出器に到達し、それによって各種を正確に識別します。

質量分析計の別のタイプは、四重極質量フィルターです。四重極は、2対の平行な金属棒で構成されており、対向する棒の各ペアは電気的に接続されています。

直流電圧がロッドペアに印加され、それらの電位が連続的に交互に交わるため、ペアは常に互いに位相がずれています。

次に、イオンビームは4本のロッドの中心を通って向けられます。イオンは、ロッドからの絶え間ない引力と反発により、コルク抜きのような経路を移動します。イオンの質量電荷比に応じて、イオンは四重極の全経路を移動して検出器に到達するか、ロッドに衝突します。

質量分析計の基本について説明したので、実験室での使用を見てみましょう。

この実験で使用した質量分析計は、四重極フィルターを備えた誘導結合プラズマ(ICP)イオナイザーです。この装置は、サンプル中の金属成分を検出および定量するために使用されます。

実験を開始するには、すべてのポリプロピレンチューブに5 mLの0.1 M塩酸を充填し、汚染された微量の鉄を除去します。チューブを水浴に1時間〜50°Cで置きます。

インキュベーション後、チューブを5 mLの脱イオン水で洗浄し、オーブンまたはケミカルフードでチューブを乾燥させます。

きれいなチューブに、1.8 mLの濃硝酸と200 ?目的の同位体を含むサンプルのL。

濃酸を使用するときは、安全上の注意に従ってください。

チューブを水浴に一晩入れます。必要に応じて、消化時間を短縮するために温度を上げることができます。

サンプルが分解されたら、チューブを室温まで冷まします。

次に、8 mLの脱イオン水を加えてサンプルを希釈し、硝酸濃度を20%未満にします。サンプルの最終希釈は1/50です。ICPの理想的な濃度は、10億分の1の範囲です。チューブを遠心分離して、残っている巨視的な残留物をペレット化します。

ICPは、約10,000μmのアルゴンプラズマ結合を利用した硬電離法です。サンプル分子をイオン化するための導電性のあるC。

ICPトーチを点検して、機器のセットアップを開始し、汚れていないことを確認します。

次に、サンプラーとスキマーコーンを点検して、それらもきれいであることを確認します。これらのコーンは、ICPトーチによって生成されたイオンビームの内部のみのサンプリングを可能にし、質量分析計の高真空に対するバリアとして機能します。

アルゴン圧力を確認し、チラーを始動します。システムへのプラズマと液体の流れを開始します。システムが完全にウォームアップするまで20分待ちます。

次に、さまざまな既知の元素標準を含む標準試験溶液を吸引します。試験溶液は、分析種溶液の予想される質量範囲をカバーするように選択する必要があります。

溶液の流れが確立されたら、メーカーのガイドラインに従って装置を初期化してテストします。

装置を実行するには、まず目的の元素と同位体を選択します。次に、スキャンモードをピークホッピングに設定します。

測定ごとに 5 回の反復を選択します。各レプリケートに 40 回の測定スイープが含まれるように設定し、各スイープの滞留時間は 50 ミリ秒に設定します。合計積分時間は、レプリケートあたり 2,000 ミリ秒です。

あらかじめ調製した標準溶液を測定して、選択した元素の検量線を調製します。

最後に、サンプル(この場合は酸化鉄ナノ粒子)を分析します。鉄の検量線を使用して鉄の濃度を決定します。

質量分析は、さまざまなイオン化および質量分析技術を使用して、幅広いアプリケーションで使用されています。

この例では、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型(MALDI-TOF)と呼ばれる軟イオン化質量分析の一種を使用して、高分子量タンパク質を分析しました。MALDIでは、分子をマトリックスで安定化させ、大きな分子をイオン化したときの分画を減らします。

タンパク質溶液とマトリックスの両方を清潔なMALDIプレート上に発見し、乾燥させました。MALDIプレートを装置に挿入し、サンプルを分析しました。

揮発性および酸化に敏感な化合物の分析は、硬質イオン化技術である電子イオン化質量分析法を使用して測定されました。

まず、チューブを完全に排気できるようにロック可能なチューブシステムが設計され、続いて液体窒素による冷却下でサンプルをロードします。

サンプルチューブをインレットポートに接続し、サンプルを装置にロードしました。次に、サンプル(この場合はリン酸トリス(トリフルオロメチル))の質量スペクトルを分析しました。

分子ビーム質量分析計と放射光を組み合わせて、気相分子とクラスターの電子構造を探索しました。

放射光と統合された分子ビームは、気相中の分子をプローブするための選択的な電離法を提供しました。

サンプルをノズルに装填し、ノズルを装置に再装填し、光子ビームをチャンバーに流入させました。

次に、質量スペクトルを収集し、光イオン化効率データと比較して、分子の電子構造を決定しました。

JoVEの質量分析の紹介をご覧になりました。これで、質量分析の基本的な装置と、質量分析に基づく基本的な分析の実行方法を理解できたと思います。

ご覧いただきありがとうございます!