86 MS MS GC LC GC LC Fig. 1.MS 3. 質 量 分 析 計 の 構 成 1 試 料 導 入 部 2イオン 化 部 3イオン 分 離 部 4イオン 検 出 部 5データ 処 理 部 10 4 10 6 Pa Fig. 2.

Bulletin of Osaka University of Pharmaceutical Sciences 6 (2012) 85 有 機 化 学 実 験 のための 易 しいマススペクトロメトリー Concise Mass Spectrometry for Experiments of Organic Chemistry Note Mihoyo Fujitake Osaka University of Pharmaceutical Sciences, 4-20-1 Nasahara, Takatsuki, Osaka 569-1094, Japan Mass spectrometry (MS) is a powerful and indispensable tool for identification and structural analysis of organic compounds like NMR or X-ray crystal structure analysis. analysis. This guidebook of MS is described for undergraduate students and beginners of organic experiments, in which the following items are covered. 1) Overview of MS. 2) Construction of apparatus for MS. 3) Principles of ionization methods and mass analysers. 4) Spectral interpretation. key words ---------- mass spectrometry; MS; isotopes; fragmentation 1.はじめに MS MS 5 MS MS MS MS MS 2.マススペクトロメトリーとは 何 か MS イオン 化 高 真 空 中 質 量 10 4 10 6 Pa NMR イオンの 質 量 (m) と 電 荷 数 (z) の 比 (m/z) MS e-mail: fujitake@gly.oups.ac.jp

86 MS MS GC LC GC LC Fig. 1.MS 3. 質 量 分 析 計 の 構 成 1 試 料 導 入 部 2イオン 化 部 3イオン 分 離 部 4イオン 検 出 部 5データ 処 理 部 10 4 10 6 Pa Fig. 2.

Vol. 6 (2012) 87 MS JEOL JMS-7002 Fig. 3. 4. 質 量 分 析 計 の 原 理 4 1. 試 料 導 入 部 5 Fig. 3 Direct Insertion : DI GC LC 10500µLsec

88 4 2.イオン 化 部 MS electron ionization : EI EI EI chemical ionization : CI EI CI liquid secondary ion mass spectrometry : LSIMS fast atom bombardment : FAB matrix-assisted laser desorption ionization : MALDI LC MS atmospheric pressure chemical ionization : APCI electrospray ionization : ESI EI 82 9 EI electron impact electron ionization IUPAC 4-2-1.EI 法 の 原 理 と 特 徴 Fig. 4. 1.EI Fig. 4. 2.EI CI quartz wool 1 1 1 1 molecular ion

Vol. 6 (2012) 89 70eV 70eV フラグメンテーション フラ グメントイオン 4-2-2.CI 法 の 原 理 と 特 徴 Fig. 5.CI EI 1001000 reactant gas EI i-c4h10ch 3 C 3 M+(CH 3) 3C + [M+H] + +(CH 3) 2C=CH 2 M+(CH 3) 3C + [M+C(CH 3) 3] + M+(CH 3) 3C + [M H] + +(CH 3) 3CH CI [M+H] + EI MH 4-2-3.LSIMS と FABMS の 原 理 と 特 徴 Fig. 6. 1.LSIMS FABMS JEOL Ltd.

90 Fig. 6. 2.LSIMS FABMS LSIMSFAB マトリックス Fig. 6. 2. Cs Xe Ar LSIMSCsXeAr FAB G meta NBA MH Na K MNa MK PAs PAs MS C PA1Fig. 7 LSIMS FABMS TEOANaCl Fig. 8 PAs Fig. 7.Structure of PA 1

Vol. 6 (2012) 91 Table 1.PA 1 Fig. 8. TEOANaCl PA 1 LSIMS 1M. Fujitake et al., Tetrahedron, 61, 46894699. 2005. 2Current Protocols in Nucleic Acid Chemistry, 10. 11. 110. 11. 16. 2006.

92 4-2-4.MALDI 法 の 原 理 と 特 徴 Fig. 9. 1.MALDI JEOL Ltd. Fig. 9. 2.MALDI 100. 337nm 4-2-5.APCI 法 と ESI 法 の 原 理 と 特 徴 LC LC MS LC LC µl 1mL 1000 APCI ESI APCI Fig. 10.APCI JEOL Ltd. LC

Vol. 6 (2012) 93 CI APCI CI ESI Fig. 11.ESI JEOL Ltd. LC kv ESI 多 価 イオン Mn MnH n MnNa n Mn MnH n m/z z n m/z 10 10 1 20 20 1 10002000 4-2-6.イオン 化 法 を 選 ぶ 目 安 Table 2. EI, CI 400 10 2 10 4 Pa 1,000u ng SIMS, FAB 10,000u pmol MALD 1,000,000u fmol APCI ~ 1,000u pmol ESI 200,000u pmol

94 4-3.イオン 分 離 部 N-S Magnetic sector mass spectrometer : sector MS Quadrupole mass spectrometer : QMS Ion trap mass spectrometer : ITMS Time-of-flight mass spectrometer : TOFMSFourier transform-ion cyclotron resonance mass spectrometer : FTICRMS tandem mass spectrometry : MS/MS 4-3-1. 磁 場 と 電 場 型 (sector MS) Fig. 12. m 1.6010 19 e cm r H V V v mv 2 r Hzev mv 2 2 zev m/z = er 2 H 2 /2V V H V v r V H スキャン m/z

Vol. 6 (2012) 95 4-3-2. 四 重 極 型 (QMS) m/z k(vac/r 0 2 f 2 ) VacV r 0z mm fmhz Fig. 13.QMSJEOL Ltd. 4 MHz m z 4-3-3.イオントラップ 型 (ITMS) m/z kavac Vac : V Fig. 14.ITMSJEOL Ltd. m/z 4-3-4. 飛 行 時 間 型 (TOFMS) m/z 2eVt 2 I 2 V : V t : µs l : m Fig. 15.TOFMSJEOL Ltd.

96 TOF MALDI 4-3-5.フーリエ 変 換 型 (FTICRMS) m/z 15.4Bf B : T f : 1 sec Fig. 16.FTICRMSJEOL Ltd. m/z m/z, 4-3-6.タンデム 型 (MS/MS) Fig. 17.MS/MS 2 2 1, collisional activation: CA m/z 2

Vol. 6 (2012) 97 MSMS MS 2 3 MSMSMS MS 3, CA MS n IT FTICR 1 MS n precursor ion : product ion CA collision-induced dissociation : CID collisionally activated dissociation : CAD FABESI 4-4.イオン 検 出 部 Fig. 18.ion multiplier 4-5.データ 処 理 部 5. マススペクトルの 見 方 と 基 本 用 語 Fig. 19.EI spectrum of ethyl-n-butyl ketone

98 n EI m z m/z EI 1 m/z m z 114 m/z 2957 m/z 100 Fig.19 m/z 72McLafferty 5-1. 分 子 イオンピークの 判 定 1 窒 素 ルールの 利 用 1 0 H Na K 2 分 子 イオンだと 考 えたピークから 一 番 近 いピー クとの 質 量 差 が 有 機 化 学 的 に 妥 当 か m/z 15 5-2. 同 位 体 ピークについて m/z 29 m/z 5m/z 11 3 分 子 の 構 造 が 推 定 できている 時, 分 子 イオン ピークの 強 度 を 見 る Table 3. A A1 A2 存 在 比 H C N O F Si P S Cl Br I 1 H C N O F Si P S Cl Br I 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 2 H C N O Si S 0.016 1.08 0.36 0.04 5.10 0.80 O Si S Cl Br 0.20 3.40 4.40 32.50 98.00

Vol. 6 (2012) 99 m/z 1 2 1 20 12 C 1 13 C 12 C 1.0820 13 C 20 21.6 15 N 17 O C O 35 Cl 37 Cl 79 Br 81 Br 90 1001.08100108 35 Cl 37 Cl 31 79 Br 81 Br 1 1 Fig. 20.EI spectrum of compound A containing one Cl atom

100 Fig. 21.FAB spectrum of compound B containing tow Cl atoms Fig. 22.EI spectrum of compound C containing one Br atom

Vol. 6 (2012) 101 Fig. 23.EI spectrum of compound D containing tow Br atoms 94 1 35 Cl 3 37 Cl 1 2 35 Cl 2 35 Cl 37 Cl 37 Cl 2 961 1 79 Br 81 Br 11 2 79 Br 2 79 Br 81 Br 81 Br 2 121 ab n Cl 1 31 1 31 Cl 2 31 2 961 Cl 3 31 3 272791 Br 1 11 1 11 Br 2 11 2 121 Br 3 11 3 1331 6.フラグメンテーション AB 1 2

102

Vol. 6 (2012) 103 benzoylm/z 105benzenem/z 77benzylm/z 91 benzenem/z 77 benzylm/z 91 ethylenem/z 26 m/z 51 m/z 65 7. 高 分 解 能 測 定 ( 精 密 質 量 測 定 ) 7-1. 分 解 能 について 2 10 2 m1m2m1 10 m/z 100.0 m/z 100.1 1000m/z 1000.0 m/z 1000.1 10000 Fig. 24.10

104 50 FWHM, full width at half maximum FWHM 10 2 Fig. 25.FWHM 7-2. 高 分 解 能 測 定 ( 精 密 質 量 測 定 )につい て 1u 110 3 u 12 C 12.00000 1 H 1.00782 14 N 14.00307 16 O 15.99491 32 O2C1H4O1N2H4 31.989832.026232.0375 4 C29H34N4O6 534.2479u C28H38O10 534.2465u 10 534.2465534.2479 534.2465380000 2 7-3. 高 分 解 能 測 定 結 果 の 見 方 JEOL JMS7002 Observed m/z Int Err ppmmmu U.S. Composition 534.2468 100.0 2.01.1 15.0 C29H34N4O6 0.50.3 10.0 C28H38O10 3.01.6 10.5 C26H36N3O9 Observed m/z Int Err ppmmmu ppm 10 3 Error U.S. Composition

Vol. 6 (2012) 105 Error m/z 5003 0.003um/z 500 1000 50.005u 8.MS に 関 する 薬 剤 師 国 家 試 験 問 題 10 1 MS MaLaffery 9. 本 学 の 利 用 状 況 JMS70022006 2011 9 EI CI1636FAB2201ESI392 43 Fig. 26. 10.おわりに 20 amu atomic mass unit mumass unitmmumillimass unit uunified atomic mass unit DaDalton 1 u 1 Da uda 10 m millikkiro MS MS

106 MS FAB ESIAPCI M H Na 謝 辞 MS, 参 考 文 献 1 1986. 2 1984. 3 311997. 4 1983. 5 16 2009. 6 2009. 7 J. Mass Spectrom. Soc. Jpn., 54-58 2006-2010. 8Michael Berglund, Michael E. Wieser, Pure Appl. Chem., 83, pp.397-410 2011. 9Alison E. Ashcroft, Ionization Methods in Organic Mass Spevtrometry, The Royal Society of Chemistry 1997.