textapplication/pdfdepartmental bulletin pape

24942

菱田, 眞三郎

Japanese

Saitama University Cyber Repository of Academic Resources

< 総 説 二>Secondary 子on Mass SpectrometryとMetastable lon Spectra1. はじめにマススヘク トロ7(トリーは有機化合物の構造決定,同定に,あるいは微量成分の定量分析に,伝い分野で利用されているっマススヘクトルがUV一VIS, IR.NMR,CDなど他のスペク トルとは異なる情報を提供すること,およびngあるいはpgの極微 貫の試料で も必要な情報を与えることはマススヘク トルの大きな特色である｡近年,Field Desorpt10n (FDう, SecondaryIon MassSpectrometry(SIMS),あるいはFastAtom Bombardment(FAB)などの新 しいイオン化法が実用化され,従来,不可能とされていた本(戟)揮発性または熱に不安定fi化合物のマススペク トロメト リーも可能となった｡またコンピューターの利用 も一段 と巧敏になり,量,質共に必要な情報を最大限に利用することも容易となったJこの 2点はマススヘク トロメ トリ-の利用価値を一段 と高める大きな要因とな-,ているOマススペクトロメトリーの進歩は広範囲に亘るので,全体像に関 しては Anal.Chem.のReviewl)(隔年に掲載)などにゆすり,ここでは SIMSに関 し,我々の測定例を中心に述べる｡2. SIMS(FAB)FDは試料の気化を必要としないイオン化法として,不揮発性あるいは熟に不安定な化合物のマススヘク トル測定に優れた方法であるが,良質なエ ミッターの製作,試料に適 した加熱の制御など,実用上は必ず しも簡便な方法とはいえない｡これに反 して.SIMS(FAB)の測定操作は古くか ら用いられている底接導入法と変らぬ簡便さで,水酸基,ア ミノ基を多数個有するオリコ糖,オリゴ-フ子 卜,オリコヌクレオチ ド,抗生物質fi:ど10日立 那珂工場 菱 Hl 買 凋3生理活性をもつ極性化合物U)マススヘク ト17メ トリーか容易に行なわれる｡FXllにSIMS(FAB)のイオン化華の概要をJ]l-すし＼// ′ ､ イオン化窒/′ ㌔レンス !クーケ 小/精密可芸スリ ,卜試料図 1SIMS(FAB)イオン化室概要Xe+,Cs十などの加速 された一次イオンを試料に照射するか,あるいは衝突室にガス (Xeなど)を供給して,一次イオンをガスに衝突させ,電荷交換 して得 られる高速中性粒子を試料に照射 して,試料から生成する二次イオンを取出すO照射する粒子にイオンを用いればStMS,中性粒子を問いれば FABと区別 さ ているが,得 られるマススヘクトルには全 く差が見 られ机 ､のステンレス鋼などの金属板)上にのせ,溶媒を除去 して試料を薄層として保持する方法 (DrySur-faceSIMS)2Iが採られたが,Barberら3)が試料溶液をグリセロールに混合 して,溶液状態で試料を金属板上に保持する方法 (Liquid SIMS)を開発して以来,Liquid SIMSが主流となった｡グリセロールマ トリックス法は二次イオン量を増加させ,かつ長時間に亘って二次イオンの生成を安定化させ,良質のスペクトルを得やす くした｡ダリセロてルマ トリックス法の導入はSIMSの発展に画期的役割を果たした｡ジエタノールアミン4)などの極性,粘性,蒸気圧などマ トリックスに適 した物質も見出され,良好な結果が報告されている｡試料は水,メタノールに溶けやすい化合物,即ちマ トリックスにも可溶か,少なくとも試料溶液C◆rtFl～APIFl.ilOlつ195亡pN ND I ZI▲Plく■l～日 0.0をマ トリックスと混合 しても試料の分散がよい化合物の場合,マススペクトルは容易に得られる｡酸,塩基またはNa一塩などの添加により,イオン化が円滑に行なわれる例も多い｡sIMSにおいては,プロトン付加分子 (MH)十が顕著に出現するだけでなく,フラグメントイオンの生成 もある程度認められる｡特にオリゴ体の場合,残基間の結合部位の開裂を示すフラグメントイオンの生成が特徴的で,オリゴ体の残基の結合順序の解明に役立つことが多い｡また,SIMSでは,種々の会合によるクラスターイオンの生成がみられる｡マ トリックスに用いられるグリセロールやジェタノールアミンもプロトン付加分子 (MH)+以外に複数の分子 (M)が会合したイオン (nM+H)+が生成する｡これらのクつ粁廿帖担}■●UHL.tlC-tO･'I:.==;;I.'図4Amy9d8日nC20H7NOl (MW457)のSlマスペクトルラスターイオンは一種のバックグドとして,試料のマスペクトルに重畳する｡図2グリセロールのSIマスペクトルを示す｡試料分子とマトリックス分子間,あるいは試料分子相互間にも会合が起り,(MH)十よ高質量域に多数のイオン種が検出されることもい｡会合はオリゴ糖,配体など複数の水酸基をもつ化合物の場に 起り易く,クラスターイオン強度が(MH)十のイオン強より大きいこともある｡分子量の決定にはクラスターイオン生成を常念頭におく必要がある｡図3,4に SIマスペクトルの例としてオリゴペプチドAngiotesIおよび配糖体m-ygdalinのスペクトルを示す｡3.MOt8StableonSp8Crマスペクトルに現われる特異なブロードピーク (最近はデータ処理の過程で除かれるので出力されない)はMetastableIon(MI)といわれるピークで,フラグメンテーションの経路解析の裏付けとして用いられる｡MIの測定法はBeynon5や ,McLa-ferty6)によって開拓され,IonKトneticEnergySpectmm (IKES)や,MassAnalyzedIonKineticEnergySpectrum (M KES)7)としてフラグメンテ-ションの解明に重視されてきた｡ Cooks8)はMIKESによるMIを用いて,混合物中の特定微量成分 対象とした直接分析法を報告している｡ MIはイオン化室で生成したイオン (分子イオンに限らない)が加速出射された後,電場あるいは磁場の力を受けない領域で,一分子反応として開裂したイオンである｡質量分析計の構造,構成,●測定法により生成する場所の異なる如etastablelonが観測され,従ってMIを与えるプレカーサーイオンの寿命,即ちプレカーサーイオンの内部エネルギーに差がある｡図5に示す二重収束質量分析計のFirstField FreeRegionⅠで開裂を起すプレカーサ-イオンの寿命は5-10ILSeCであるoMIKESの測定には磁場先行型の逆配置二重収束質量分析計 (磁場-電場)が用いられていたが,近年,通常の正配置二重収束質量分析計 (電場-磁場)に磁場強度(B)と電場強度(E)の比B/Eを一定に保って走引するリンクドスキャン法が採用され,正配置型でも容易にMIKESが得られるようになった.正配置- リンクドスキャン法では二重収束が成立するの で質量 mlのイオンが加速電圧Vで加速され,イオン化室から出射されると,速度vlはEl)式となり電場,磁場を通過するには(2),(3)式が成立しなければならない｡1官 mlV12-ev旦 旦 =eE.,,e:電場半径,El:電場強度-(2)re空色 -eB,,rm :磁場半径,Bl:磁場強度 -(3)rmイオンm;がFirstField FreeRegion(図 5の Ⅰ)で,mT一 m盲十m3に開裂 し,m2'は速度vlをそのまま保持するとすると,電場,磁場を通過するイオンm2+には(4),(5)式が成立する｡空挺 =eE2-(4) 竺塑 =｡B2 ･-(5)re rm(21,(4)よりm2/ml-E2/El,(3),(5は りm 2/ml-B2/Blが得られ,B2/E2-Bl/Elの関係が得られる｡即ち,プレカーサーイオンmIが,電場,磁場を通過するように設定 し,B/Eを一定に保って,電場,磁場を同時に走引すると,mJから生成するすべてのMIが記録され,MIスペクトルが得られる｡Field FreeRegionに衝突室を設け,ヘリウムガスなどと衝突させ,開裂を起させれば,Coレlision Activation(CA)スペクトルが得られる｡CAはCoHision lnduced Diss∝iation(CID)ともいわれ.MIが生成 しにくい時,有効な方法である｡図6に (Met5)-EnkephalinのSIマススペクトル (6-A)と (MH)+m/Z574をプレカーサーイオンとしたMIスペクトル(6-B)を示す｡MIマススペクトルの低質量域にはグリセロール由来のピークが重畳 して複雑であるが,MIスペクトルではこれらのピークは現われず,MIのみとなって開裂の検討が容易となる｡図6中のN,Cは下式に示すペプチド結合の一般的開裂の様式に従って生成したイオンを表わす｡i予2_CR___CO王Ⅰ開裂Flでは(Nl)',(Cly,開裂F2では (Nl)+,(C2+2)1開裂F3では (N3)1 (C3+2)十のイオン生成が多い｡リンクドスキャン法はMIスペクトルまたはCAスペクトル測定法の一つであるが,電場(E),磁場(B)あるいは四重極マス(Q)を複数個組合せた(E-ち -E),(B-E-B),(E-B-E-B),(E-B-Q),(Q-Q-Q)などによるMIまたはCAスペクトルの測定が,所謂MS-MS(MassSeparation-MassSpectralCharacterization)として注目されている｡4. おわりにマススペクトロメトリーの応用面全体から見れば,最も広く利用されている手法はGC-MSで,SIMSは一部の分野で不可欠の手法として重視されるにとどまる｡しかし,分析対象の変化と共に,SIMSの重要性が増大するものと思われる｡負イオンマススペクトル,LCとMSとの結合などの新 しい手法も実用化され,あるいは実用化されつつあって,マススペクトロメトリーの利用価値は益々高まっている｡文 献1)A.L.Burlingameetal.,Anal.Chemり56,417R(1984)2)A.BenninghoⅥ∋nandW.K.Sichtermann,Anal.Chemリ 50,1180(1978)3)M.Barber,R.S.Bordoli,R.D.Sedg-wickandA.N,Tyler,Org.MassSp∝-trom., 16,256(1981)4)K.Harada,M.SuzukiandH.'Kambara,TetrahedronLeters, 23,2481(1982)5)J.H.Beynon,Anal.Chem., 42,Nul,97A (1970)6)T.W Shamon,T.E.Mead,C.GWarnerandF.W.McLaferty,Anal.Chem.,39,1748(1967)7)J.H.Beynon,良.G.Cooks,J.W.Any;W.E.BaitingerandT.Y.Ridley,Anal.Chemり 45,1023A (1973)8)R.W.Kondratand氏.G.Cooks,Anal.Chem.,50,81A (1978)- 14-

Secondary Ion Mass SpectrometryとMetastable Ion Spectra<総説>

https://sucra.repo.nii.ac.jp/record/14605/files/KY-AN10402595-04-09.pdf

Secondary Ion Mass SpectrometryとMetastable Ion Spectra<総説>

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Saitama University Cyber Repository of Academic Resources