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LC-MSの原理と使い方
エムエス・ソリューションズ㈱
LC/MSとは




液体クロマトグラフィーと質量分析法を接続した機器分
析法
Liquid Chromatography – Mass Spectrometryの略語
分析手法を表す略語
装置を表す略語はLC-MSを推奨
類似用語と意味

Liquid Chromatography（Mass Spectrometry）
方法、学問

Liquid Chromatograph（ Mass Spectrometer）
装置

Liquid Chromatogram（Mass Spectrum）
チャート

Liquid Chromatographer（ Mass Spectrometrist）
人
LC/MSで何ができるか？

LCによる混合物の分離＋MSによる検出



LC分離：不揮発性、熱不安定性、高分子物質が対象
MS検出
 定性目的：マススペクトルによる物質同定、MS/MS測
定による構造推定⇔MSの高選択性
 定量目的：選択イオン検出法（SIM）、選択反応検出法
（SRM or MRM）⇔MSの高感度、高選択性
GC（GC/MS）


GC分離：揮発性、熱安定性物質が対象
MS検出：ライブラリーサーチによる同定、SIM, SRMを用
いた定量分析
LC/MSでできないこと


イオン化しない物質の分析
イオン化し難い物質の高感度分析
（イオン化し易くする方法はある（誘導体化やイオン化
助剤の添加など））
MSは高感度な分析装置
UVよりもレスポンスの低い物質は沢山ある
MS装置の構成
分離装置
イオン源
（API）
（LC）
大気圧
インターフェイス
分析部
低真空 中真空
検出部
制御部
高真空
LC-MSの構成
分離装置
イオン源
（GC）
（EI）
大気圧
分析部
高真空
GC-MSの構成
検出部
制御部
LC(GC)/MSで得られるデータ
強度
Total Ion Current (TIC) Chromatogram
時間
Extracted Ion Chromatogram
m/z
Mass Spectra (Scan)
Selected Ion Monitoring (SIM)
（測定法）
SIM Chromatogram
イオン源の種類と原理
LC-MSインターフェイス
（イオン源）の種類
役割：試料のイオン化






エレクトロスプレー（ESI）
大気圧化学イオン化（APCI）
大気圧光イオン化（APPI）
サーモスプレー（TSP）
パーティクルビーム（PB）
フローFAB
大気圧
イオン化
真空中
イオン化
ESIの構造と原理
N2
LC溶出液
スプレイヤー
高電界による静電噴霧 →
帯電液滴の生成 → 加熱・
脱溶媒 → イオン蒸発
高電圧 リングレンズ
(1～2 kV)
脱溶媒室
適する移動相流量：
0.2 mL/min
イオンガイド
イオンが生成
する位置
オリフィス
（コーン，
キャピラ
リ）
ロータリーポンプ
ターボ分子ポンプ
ESIにおける液滴生成
テイラーコーン
キャピラリー
液体の流れ
-+ + + + + +
+ + + +
- + +
+ +
+
+
+
+
- -- -
帯電液滴
+++
+
++++ +
+
+
+
対向電極
ESIにおけるイオン生成
大気圧中
レイリー・リミット
加熱
+
+
+ 帯電液滴
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+ + +
+ +
+
脱溶媒
+ +
+
+ +
クーロン反発
[M1+Na]+
[M1
+H]+
[M2+2H]2+
+ ++
+ +
液滴の分裂
[M3+2H]2+
イオンエバポレーション
MS
ESIのイオン化
帯電液滴からのイオン生成モデル
電荷残留モデル
+
+
+
+
液滴の分裂を繰り返す
イオン蒸発モデル
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
液滴表面からのイオン蒸発
APCIの構造と原理
N2
LC溶出液
スプレイヤー
気化管
リングレンズ
高圧ガスによる噴霧 → 加熱・
気化 → コロナ放電 → 溶媒分
子イオンの生成
→ 溶媒イオンと試料分子の衝
突 → 試料イオン生成
イオンが生成
イオンガイド
する位置
適する移動相流量：
1 mL/min
放電電極
高電圧 (3～5 kV)
オリフィス
（コーン，キャ
ピラリ） ロータリーポンプ ターボ分子ポンプ
APPIの構造と原理
N2
LC溶出液
スプレイヤー
気化管
リングレンズ
高圧ガスによる噴霧 → 加熱・
気化 → 光子エネルギーによる
試料分子の直接イオン化
試料分子のイオン化
電圧が光子のエネル
ギー（10 eV）より低
い場合のみ
イオンが生成
する位置
イオンガイド
UVランプ
適する移動相流量：
0.2 mL/min
オリフィス
（コーン，キャ
ピラリ）
ロータリーポンプ ターボ分子ポンプ
LC/MSで得られるイオン種

基本的に溶媒とのプロトン授受でイオンが生成
する。


正イオン検出：[M+H]+、負イオン検出：[M-H]（呼び方：プロトン化分子、脱プロトン化分子）
その他、溶媒中の不純物や溶媒分子の付加イオ
ンが生成し易い。

[M+Na]+, [M+NH4]+, [M+H+Sol]+, [M+Cl]-など
☆ LC/MSで用いられているイオン化法は、イオン化のエネルギー
が低いので、フラグメントイオンは殆ど生成しない。
分子量
APCIとESIの使い分け
100,000
アミノ酸、ペプチド、たんぱ
く質
核酸、DNA
糖類
医薬品代謝物
脂質（リン脂質、糖脂質）
10,000
金属錯体
ESI
など
1,000
APCI
低極性
中極性
分析対象物質の極性
高極性
分子量
APCIとESIの使い分け
100,000
ステロイド
脂肪酸（エステル）
ポリフェノール
脂質（トリグリセリド）
アミノ酸
10,000
糖類（低分子量）
など
ESI
1,000
APCI
低極性
中極性
分析対象物質の極性
高極性
質量分離部（分析計）の種類と原理
分析部について


分析部（質量分離部）には幾つかの種類があるた
め、その機能や特徴を理解し、分析目的に応じ
た種類を選択することが重要である。
分析目的に合わない分析部を採用している
LC/MSでは、満足するデータが得られない可能
性が高い。
質量分離部（分析計）の種類
役割：イオンをm/z 値に応じて分離

四重極（Q）、三連四重極（QqQ）
イオントラップ（IT）
飛行時間（TOF）

磁場型（Sector）




フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴
（FTICR）、電場型FT
ハイブリッドタンデム(MS/MS)

Q-TOF, IT-TOF, Qトラップ, Q-FTICR
四重極質量分析計 (Q-MS)
ロッドの印加電圧
±（Vdc+Vac・cosωt）
Vdc ：直流電圧
Vac ：高周波交流電圧
周期的にポールの極性を変えることに
より、イオンはｚ軸上を振動しながら進
む
m/z=k（Vac/r02f2）
Vac ： 高周波交流電圧［V］
r0 ： ｚ軸と電極の距離［mm］
f ： 高周波数［MHz］
直流電圧と高周波電圧の比が一定となるように電圧を変化させる。
L
定分解能モード
定⊿mモード
m3の安定振動領域
化学同人 これならわかるマススペクトロメトリー より抜粋
直流電圧と高周波電圧の比を連続走査⇒スキャン測定、マススペクトル：定性
直流電圧と高周波電圧の比を段階的に変化⇒SIM測定、SIMクロマトグラム：定量
三連四重極質量分析計
(QqQ-MS)
MS2
MS1
M1
イオン M2
M3
M2
CID
m1,m2,m3
イオン源
特定イオンを選択
イオンの分解
m1
m2
m3
検出器
生成イオンの分離・検出
イオントラップ質量分析計 (IT-MS)
エンドキャップ電極
アース電位
高周波電圧を印加
リング電極
エンドキャップ電極
イオンは振動しながら電極内部の空間に留まる。
m/z=kVac
Va ： 高周波交流電圧［V］
高周波電圧のみを変化させることで、振動が不安定になったイオ
ンがエンドキャップ電極の出口から外に飛び出す。
化学同人 これならわかるマススペクトロメトリー より抜粋
飛行時間質量分析計
m/z の大きなイオン
m/z の小さなイオン
イオン源
(TOF-MS)
自由飛行領域（L）
加速電圧
イオン検出器
強度
m/z
マススペクトル
リニア型TOF-MSの原理
TOF MSの原理

全てのイオンは同じ運動エネルギーで飛行する
1
( M  mu )  v 2  q  e  V
2
M: イオンの質量 [u]
mu: 原子質量単位 (1.6605 x 10-27
[kg/u])
v: イオンの飛行速度 [m/s]
q: イオンの価数
e: 単位電荷 (1.602 x 10-19 [C])
V: 加速電圧 [V]

飛行時間はイオンの m/z の平方根に反比例
L
q
tof 

M
V
Vreflector
E
リフレクタ
0V
第１自由空間
第２自由空間
イオン源
検出器
リフレクトロン型TOF-MSの原理
は同じm/z
のイオン
直交加速(oa)技術 oa: orthogonal acceleration
Focal Plane 2
(Spatial)
Reflectron
(Ion Mirror)
Detector
Field Free Region
Vpush(+)
0 Push-out
Plate
Vpull(-)
G1G2
Ion
Source
G4
G3
Orthogonal Focal Plane 1
Accelerator (Spatial)
Vbeam(+)
vY

Vflight_tube(-)
vX
tan = (vY/vX) = ((-Vflight_tube + 1/2 Vpush) / Vbeam)1/2
Vreflectron(+)
磁場型質量分析計
(Sector-MS)
磁場
逆配置質量分析計
電場
電場
磁場
正配置質量分析計
磁場に入射するイオンは磁界に垂直の方向に力が働く
イオンの流れに相当
フレミングの左手の法則
目的別LC-MS

主に定性分析に使われる装置




FT-ICRMS, LTQ-Orbitrap, Q-TOFMS
⇒高分解能タンデム質量分析計（R ≧ 30,000）
・プロテオミクス
n
MS/MS, MS , 精密質量情報
・未知成分の
構造推定など
Exactive, 高分解能TOFMS
⇒高分解能質量分析計（R ≧ 60,000）
精密質量情報
Iontrap
代謝物の構造確認など
⇒タンデム質量分析計（低分解能）, MSn
主に定量分析に使われる装置

QqQ, QqLIT（QTRAP）
SRMによる高選択的定量
MS/MS可能な装置



トリプルQMS
4-Sector MS
ハイブリッド



Tandem in Space
Q-TOF, Qqリニアトラップ, QOrbitrap
イオントラップ
FT-ICR
Tandem in Time