🔬 質量分析の基本フロー
試料 → イオン化（イオン源）→ 質量分離（m/z）→ 検出
| ステップ | 内容 |
|---|---|
| イオン化 | 試料を気相イオンに変換（最重要ステップ） |
| 質量分離 | m/z（質量電荷比）で分離（四重極・TOF など） |
| 検出 | 各 m/z のイオン強度を記録 |
✅ イオン化法の選択が最重要。試料の揮発性・分子量・極性に合わせて選ぶ。
⚡ イオン化法の分類
ソフトイオン化（分子を壊しにくい → 分子イオンピーク [M+H]⁺ を得やすい）
| 名称 | 略称 | 特徴 | 主な用途 |
|---|---|---|---|
| エレクトロスプレーイオン化 | ESI | 液体試料をスプレー・多価イオン生成 | LC/MSの第一選択・生体高分子 |
| 大気圧化学イオン化 | APCI | コロナ放電でイオン化・1価イオン中心 | LC/MSの補完（低〜中分子） |
| マトリックス支援レーザー脱離イオン化 | MALDI | レーザー照射・主に1価イオン | タンパク質・DNA（MALDI-TOF） |
| 高速原子衝撃 | FAB | 高速原子ビームで脱離 | 旧式・現在はESIに置き換え |
ハードイオン化（分子が開裂 → フラグメントピーク多数）
| 名称 | 略称 | 特徴 | 主な用途 |
|---|---|---|---|
| 電子イオン化 | EI | 70 eV 電子線・フラグメント豊富 | GC/MSの標準法・揮発性低分子 |
| 化学イオン化 | CI | 試薬ガスとの反応・EI より穏やか | GC/MS・分子量確認 |
⚠️ LC/MS と GC/MS のイオン化法を混同しない！
| 装置 | 対象物質 | 代表的イオン化法 |
|---|---|---|
| LC/MS | 不揮発性・熱不安定・高分子 | ESI（第一選択）、APCI |
| GC/MS | 揮発性・熱安定の低分子 | EI（標準）、CI |
✅ MALDI は MALDI-TOF として単独使用。通常 LC/MS とは組み合わせない。
🧪 ガスクロマトグラフィー（GC）の検出器と誘導体化
主な検出器
| 検出器 | 略称 | 検出対象 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 電子捕獲検出器 | ECD | ハロゲン化合物・農薬・PCB | 電子親和性の高い化合物に高感度 |
| 水素炎イオン化検出器 | FID | C−H 結合を有する有機化合物 | 汎用性が高い |
| 熱伝導度検出器 | TCD | 普遍検出・無機ガスも検出 | 感度は低い |
⚠️ ECD は C−H 結合の化合物には感度が低い！ C−H 結合の検出は FID。
ECD は農薬・PCB・ハロゲン化化合物の検出に使われる。
誘導体化
難揮発性物質・熱不安定物質をGCで分析するために、誘導体化（化学修飾）を行う。
| 誘導体化 | 目的 | 例 |
|---|---|---|
| トリメチルシリル（TMS）化 | 揮発性を増す・熱安定性を上げる | OH, NH, COOH 基を TMS 化 |
| メチル化 | 揮発性を増す | カルボン酸 → メチルエステル |
| アシル化 | アミノ酸などの誘導体化 | アセチル化 |
✅ TMS 化（トリメチルシリル化）は難揮発性物質の GC 分析を可能にする代表的誘導体化！
💥 フラグメンテーション
EI などハードイオン化では分子が開裂し、特徴的なフラグメントピークが得られる。
| フラグメント化機構 | 特徴 | 例 |
|---|---|---|
| McLafferty（マクラファティー）転位 | γ位のHが転位してβ開裂 → 特定の m/z | ケトン・アルデヒド・エステルに特徴的 |
| ラジカル開裂 | 結合が均等開裂し安定ラジカルを生成 | C−C 結合の単純開裂 |
| α開裂 | ヘテロ原子の隣（α位）で開裂 | アミン・アルコール・ケトン |
✅ EI のフラグメントパターンはライブラリー検索（NIST など）で構造推定に利用できる。
💊 医薬品分析への応用
| 分析目的 | 使用法 |
|---|---|
| 微量薬物・代謝物の定量 | LC/MS-MS（タンデムMS）が標準 |
| タンパク質の同定・定量 | ESI-MS または MALDI-TOF |
| 農薬・残留物質スクリーニング | GC/MS（EI）+ ライブラリー照合 |
| 分子量測定 | MALDI-TOF（高分子量タンパク質） |
| 体内動態（TDM）研究 | LC/MS-MS による高感度定量 |
📋 国試頻出まとめ
| # | ポイント | 内容 |
|---|---|---|
| 1 | LC/MS のイオン化 | ESI（第一選択）・APCI |
| 2 | GC/MS のイオン化 | EI（標準）・CI |
| 3 | ESI の特徴 | 多価イオン生成・生体高分子に最適・ソフトイオン化 |
| 4 | EI の特徴 | ハードイオン化・フラグメント豊富・揮発性低分子 |
| 5 | ECD の検出対象 | ハロゲン化合物・農薬（C-H結合ではない） |
| 6 | TMS 化 | 難揮発性物質の誘導体化でGC分析を可能にする |
| 7 | MALDI の特徴 | 1価イオン中心・MALDI-TOF として単独使用 |
| 8 | McLafferty 転位 | γ位のH転位によるβ開裂（質量スペクトルのフラグメント） |
| 9 | FAB | 旧式・現在はほぼ ESI に置き換え |
📝 国試過去問チェック
第107回薬剤師国家試験 問5（必須）
液体クロマトグラフィー/質量分析法において、用いられるイオン化法はどれか。1つ選べ。
１. エレクトロスプレーイオン化（ESI）法
２. 化学イオン化（CI）法
３. 高速原子衝撃（FAB）法
４. 電子イオン化（EI）法
５. マトリックス支援レーザー脱離イオン化（MALDI）法
解答と解説を見る
正解：1
1○ ESI（エレクトロスプレーイオン化）は液体試料を直接スプレー化して大気圧下でイオンを生成するソフトイオン化法。LC/MS の標準的イオン化法。正しい。
2✗ CI（化学イオン化）は気体試薬イオンを使う気相イオン化法で、GC/MS に用いられる。LC とは組み合わせない。
3✗ FAB（高速原子衝撃）は旧式のソフトイオン化法で、現在は ESI にほぼ置き換えられている。LC/MS の標準法ではない。
4✗ EI（電子イオン化）は 70 eV の電子線を照射するハードイオン化法で、GC/MS の標準法。揮発性低分子向けで、LC とは組み合わせない。
5✗ MALDI はレーザー照射によるソフトイオン化法だが、通常 MALDI-TOF として単独使用される。LC/MS とは組み合わせない。
第109回薬剤師国家試験 問100（一般）
ガスクロマトグラフィーに関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。
１. 電子捕獲検出器は、主にC−H結合を有する有機化合物の検出に用いられる。
２. 定量には内標準法が用いられるが、絶対検量線法は用いられない。
３. 難揮発性物質の誘導体化の1つにトリメチルシリル化がある。
４. カラム恒温槽の温度をある温度から一定速度で上昇させると、上昇させない場合と比較して分離時間が長くなる。
５. 電子イオン化及び化学イオン化はガスクロマトグラフィー／質量分析法のイオン化法に用いられる。
解答と解説を見る
正解：3、5
3○ トリメチルシリル（TMS）化はヒドロキシ基やアミノ基などを TMS 基で置換して揮発性を高め、難揮発性物質のGC分析を可能にする誘導体化法。正しい。
5○ EI（電子イオン化）と CI（化学イオン化）はいずれも GC/MS に用いられるイオン化法。EI はハードイオン化（フラグメント豊富）、CI はソフトイオン化（分子イオン確認向き）。正しい。
1✗ 電子捕獲検出器（ECD）はハロゲン化合物・農薬・PCB など電子親和性の高い化合物の検出に高感度。C−H 結合を有する一般的な有機化合物には感度が低い（C-H検出は FID）。
2✗ GC の定量には内標準法と絶対検量線法の両方が使用できる。「絶対検量線法は用いられない」は誤り。
4✗ カラム温度を一定速度で上昇させる昇温分析では、保持時間が短縮される（溶出が早まる）。「分離時間が長くなる」は誤り。