質量分析法（Mass Spectrometry, MS）とは、試料中の分子や原子をイオン化し、イオンの質量電荷比（m/z）を測定して、分子量・化学組成・構造情報を解析する分析手法です。得られた質量スペクトルのピーク位置（m/z）と強度（量の目安）から、目的成分の同定（定性）や定量を行えます。微量成分の検出、混合物の解析、未知成分のスクリーニングに強く、研究開発だけでなく品質管理や規格試験でも重要な位置を占めています。
質量分析法の原理（イオン化してm/zを測る）
質量分析は「イオンにする→m/zで分ける→検出する」という流れで動作します。測っているのは質量そのものではなくm/zであり、特にESIでは多価イオンが出やすいため、同じ分子でもm/zが複数に分かれて見える点が実務上のポイントです。
- イオン化：分子を電荷を持つイオンへ変換する
- 質量分離：m/zの違いでイオンを分ける
- 検出：イオン信号を記録し、スペクトルとして出力する
代表的なイオン化法（EI・ESI・MALDIなど）と選び方
イオン化法の選択は、測定可否とデータの解釈に直結します。揮発性、極性、熱安定性、分子量、試料形態（溶液・固体）を基準に使い分けます。
- EI（電子イオン化）：揮発性の低分子に向く。フラグメントが多く、同定に強い（GC-MSで定番）
- CI（化学イオン化）：EIよりソフトで分子イオンが得やすく、分子量確認に向く
- ESI（エレクトロスプレーイオン化）：溶液からソフトにイオン化。極性化合物や生体分子に強く、LC-MSで中心的
- APCI（大気圧化学イオン化）：ESIより低極性成分に対応しやすく、LC-MSで使い分ける
- MALDI（マトリックス支援レーザー脱離イオン化）：高分子（タンパク質・ポリマー）に強く、TOFと組み合わせが多い
主な質量分析計（マスアナライザ）の種類と特徴
装置選定は、定量重視か、未知同定重視か、複雑混合物の解析かで最適解が変わります。
- 四重極：定量に強く、運用しやすい。LC-MS/MSで定番
- TOF（飛行時間型）：高速で広い質量範囲を測定しやすく、スクリーニングや高分解能用途でも活躍
- イオントラップ：MS/MSを柔軟に実行でき、構造解析に向く
- Orbitrap：高分解能・高質量精度で複雑混合物の同定やノンターゲット解析に強い
- FT-ICR：非常に高い分解能を狙える方式で、研究用途が中心
MS/MS（タンデム質量分析）でできること
MS/MSは、特定のm/zのイオン（前駆体イオン）を選び、衝突などで分解して生成イオン（フラグメント）を測定する手法です。分子量情報だけでは区別しにくい成分の識別や、微量定量の信頼性向上に有効です。
- 定性の確度向上：同じ分子量の別物（共溶出、異性体）を区別しやすい
- 高選択的な定量：MRM/SRMなどで妨害を避け、微量でも安定して定量しやすい
- 構造推定：フラグメントパターンから部分構造を推定できる
GC-MSとLC-MSの使い分け（追加して押さえるべき内容）
質量分析は、分離技術（GCやLC）と組み合わせて真価を発揮します。どちらが適切かは、試料の性質で決まります。
- GC-MS：揮発性・熱安定性のある低分子に向く。EIによる同定が強み
- LC-MS（LC-MS/MS）：非揮発性、極性、熱に弱い化合物に向く。定量と生体試料に強い
質量分析の応用分野（何に使われるか）
- 化学・材料：反応追跡、不純物解析、添加剤解析、ポリマー組成評価
- 医薬・創薬：不純物・代謝物解析、薬物動態（DMPK）、候補化合物評価
- 生物・医学：プロテオミクス、メタボロミクス、バイオマーカー探索
- 環境：残留農薬、PFASなどの微量汚染物質、VOC分析
- 食品：香気成分解析、異物・混入物質同定、残留物質検査
- 法科学：薬物・毒物・爆発物の同定、鑑定、トレーサビリティ
質量スペクトルの読み方（初心者が押さえる要点）
質量スペクトルは、m/zと強度の組み合わせで情報を読み取ります。結論は単独スペクトルではなく、保持時間やMS/MS、標準品一致など複数情報で固めるのが基本です。
- m/z：ピーク位置。分子イオンやフラグメント候補になる
- ベースピーク：最も強いピークで、分子イオンとは限らない
- 同位体ピーク：13Cなどに由来し、元素推定や同定の補助になる
- 多価イオン：ESIで出やすく、m/zが低くても分子量が大きい場合がある
質量分析法のメリットと制約
質量分析は高性能ですが、導入効果は運用設計で大きく変わります。
- メリット
- 高感度で微量成分の検出が可能
- 分子量を精密に測定でき、同定・構造推定に強い
- GCやLCと組み合わせて混合試料に対応できる
- 定性から定量まで同一プラットフォームで対応しやすい
- 制約
- 装置費・保守費が高く、真空・ガス・消耗品など運用インフラが必要
- 前処理と条件最適化が不可欠で、手順が未整備だと再現性が落ちる
- マトリクス効果（イオン抑制など）で定量が難しくなる場合がある
- データ解釈と定量設計に専門知識が必要
分析品質を左右する重要ポイント（前処理・マトリクス・標準）
現場で「測れない」「ぶれる」原因は、装置性能ではなく前処理や運用にあることが少なくありません。再現性と信頼性を担保するために、次の設計が重要です。
- 前処理：抽出、精製、濃縮、脱塩の設計で感度と再現性が変わる
- マトリクス対策：共存成分によるイオン抑制を見込み、クリーンアップや分離条件を調整する
- キャリブレーション：質量精度と定量精度の担保に不可欠。内部標準の設計が有効な場合が多い
- コンタミ対策：溶媒、配管、バイアル、手袋など由来の汚染ピークを想定して管理する
最新の技術動向（高分解能・ノンターゲット・自動化）
近年はLC-MS/MSの普及により、微量成分の選択的定量がより実務的になっています。さらに高分解能MSの進化により、未知化合物のスクリーニングやノンターゲット解析が加速し、品質管理や環境分析でも活用範囲が広がっています。
解析面でも、測定条件の自動最適化、スペクトル解析の自動化、統計解析との統合が進み、分析フロー全体の効率化が進展しています。加えて、MSイメージング（MSI）のように成分分布を可視化する技術も材料評価や生体組織解析で活用が拡大しています。
よくある質問（Q&A）
Q1. 質量分析法は何を測っているのですか？
イオンの質量そのものではなく、質量電荷比（m/z）を測定しています。電荷が複数になるとm/zが変わるため、特にESIでは多価イオンを前提に解釈する必要があります。
Q2. GC-MSとLC-MSはどう使い分けますか？
揮発性があり熱に強い低分子はGC-MSが向きます。一方、非揮発性や極性が高い化合物、熱に弱い成分はLC-MS（LC-MS/MS）が適しており、定量や生体試料でよく使われます。
Q3. MS/MSを使うと何が良くなりますか？
前駆体イオンを選んでフラグメントを測定できるため、同定の確度が上がり、妨害の多い試料でも高選択的に定量しやすくなります。異性体や共溶出成分の区別にも有効です。
Q4. 定量がぶれる主な原因は何ですか？
代表例はマトリクス効果（イオン抑制など）と前処理のばらつきです。内部標準の採用、クリーンアップの強化、分離条件の見直しで改善する場合が多いです。
Q5. 初心者が最初に覚えるべきスペクトルの見方は？
m/z、ベースピーク、同位体ピーク、多価イオンの4点を押さえるのが近道です。単独のスペクトルで断定せず、保持時間やMS/MS、標準品との一致で同定の確度を上げる運用が基本です。
まとめ
質量分析法は、試料をイオン化してm/zを測定し、分子量・組成・構造情報を高精度に得られる分析手法です。イオン化法（EI、ESI、MALDIなど）と質量分析計（四重極、TOF、Orbitrapなど）を目的に応じて選び、GCやLCと組み合わせることで、微量成分の定性・定量を強力に支援します。
一方で、前処理、マトリクス対策、キャリブレーション、コンタミ管理が結果を大きく左右します。装置選定だけでなく、再現性を担保する運用設計まで含めて整えることが、質量分析を成果につなげる最短ルートです。
