質量分析法とは？原理・分析方法・応用例を解説

質量分析法とは？原理・分析方法・応用例を解説

質量分析法とは？

質量分析法とは、物質を構成する原子や分子の質量を測定し、その質量分布を分析する手法です。化学、生物学、医学、環境科学など、幅広い分野で利用されています。

質量分析法の原理は、物質をイオン化して質量を測定することにあります。イオン化とは、原子や分子から電子を取り除いたり、逆に電子を加えたりして電荷を持たせる操作のことです。イオン化された物質は、質量分析計によって質量電荷比ごとに分離され、各イオンの量を測定することで、物質の質量分布を分析することができます。

質量分析法には、目的に応じてさまざまな分析方法があります。代表的なものには、ガスクロマトグラフ質量分析法（GC-MS）、液体クロマトグラフ質量分析法（LC-MS）、キャピラリー電気泳動質量分析法（CE-MS）などがあり、それぞれ異なる物質の分析に適しています。

質量分析法の原理

質量分析法の原理は、物質を構成する原子や分子の質量を測定することにあります。まず、対象となる物質をイオン化して帯電させ、次にイオン化された物質を電場や磁場の中に通します。すると、イオンはその質量と電荷の比（m/z）に応じて異なる軌道を描きます。この軌道や飛行時間の違いを利用して、イオンの質量を測定するのです。質量分析法はさまざまな物質の質量を高感度・高精度で測定できるため、化学・生物学・医学などの幅広い分野で活用されています。

質量分析法の分析方法

磁場型・四重極型質量分析法は、イオンの質量電荷比によって電場や磁場中での軌道が異なることを利用した方式です。代表的な装置には、セクター型質量分析計や四重極型質量分析計があります。

イオントラップ型やフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（FT-ICR）質量分析計は、イオンを電磁場の中で周回・振動させ、その共鳴周波数から極めて高い精度で質量を測定する方式です。微量成分の分析や高分解能解析に用いられます。

飛行時間型質量分析法（TOF-MS）は、イオンに一定の運動エネルギーを与えた後、検出器に到達するまでの時間を計測する方式です。質量が大きいイオンほど到達に時間がかかるため、この時間差からイオンの質量を求めることができます。

質量分析法の応用例

質量分析法の応用例は多岐にわたり、さまざまな分野で活用されています。その中でも特に大きな役割を果たしているのが医療分野です。質量分析法は生体内のさまざまな物質を分析することで、病気の早期発見や治療法の開発に貢献しています。例えば、がんの早期発見では血液や尿などの体液中のバイオマーカーを分析する手法が用いられ、創薬の現場では薬剤の代謝産物や濃度を分析することで薬の効き目や安全性が評価されています。

質量分析法は食品分野でも広く活用されています。食品の安全性を確保するためには、食品中に含まれる残留農薬や有害物質を分析することが重要です。また、食品の品質を向上させるためにも、食品成分を分析してその特徴を把握できます。例えばワインの分析では、香り成分や有機酸などを調べることで品質を判断することができます。

さらに、環境分野でも質量分析法は活躍しています。大気汚染物質の測定や水質分析、土壌中の有害物質の分析などを通じて、環境汚染の調査や監視に不可欠な手法となっています。

質量分析法は、その高い分析能力と汎用性により、さまざまな分野で活用されています。今後もさらに発展を続け、社会に貢献していくことが期待されています。

質量分析法のまとめ

質量分析法とは、試料に含まれる原子や分子の種類と量を、その質量を測定することで分析する方法です。質量分析計では、試料を電子衝撃やレーザー、エレクトロスプレーなどによってイオン化し、イオン化した試料を磁場や電場によって分離して、それぞれのイオンの質量を測定します。質量分析法は、物質の同定・定量・構造解析などに広く用いられています。