こんにちは！ 質量分析屋の髙橋です。2018年も引き続き宜しくお願いします。今年最初の記事は前回の続き、FABイオン化を用いたLC-MSインターフェースであるFrit-FABについて書いてみます。Frit-FAについては、以下の3つのブログでかなり詳しく書いています。
ここでは、Frit-FABに関するまとめと、この３つのブログには余り詳しく書かなかった“スタティックFAB”と“ダイナミックFAB”の違い、および、そこから派生するダイナミックFABのメリットについて書いてみます。ここで、スタティックFABとは前回解説した通常のFABのこと、ダイナミックFABとはFrit-FABのことです。
以前のブログにも書いていますが、FABを使える装置は最近ではめっきり少なくなっていて、現在日本で稼働している質量分析計の1%にも満たないと思います。ましてやFrit-FABは、FABが使える装置の中の更に数%程度でしょう。
そんな、現在質量分析計を使って仕事をしている人が殆どお目にかかることがないような技術について何故書くのか？ それは、使っている人、知っている人が少ないからこそ、よく知っている私が発信することで、最近の装置しか知らない人に知識だけでもFABやFrit-FABのことを知って欲しいという思いと、使っていない技術についても知識を得ることで、今の仕事に役立つことがあると思うからです。
通常のFABとFrit-FABの概略を図1～3に示します。
図1 FABイオン源の概略図とFABプローブの写真
図2 Frit-FAB LC-MSインターフェースの概略図
図3 Frit-FABプローブの写真とFrit-FABイメージ
通常のFABに対するFrit-FABのメリットは、概ね以下です。
1. 通常のFABで得られるマススペクトルには、マトリックス由来のピークが顕著に検出されるが、Frit-FABではそれを差し引きしたマススペクトルが得られるので、解析が容易である。
2. 通常のFABでは、分析種の性質に応じたマトリックスの選択が重要だが、Frit-FABではその重要度が下がること。つまり、一つのマトリックスで沢山の化合物をイオン化できること。
3. 2にも関連しますが、Frit-FABは通常のFABよりイオン化抑制を起こし難いこと。
4. Frit-FABはLC-MSインターフェースなので、混合物の分離分析に対応できること。
一方、FABに対するFrit-FABのデメリットとしては、セッティングが難しいことや操作が煩雑であることが挙げられます。
また、FABイオン化の他イオン化に対するメリットは、
1. 解析が容易なイオン種が生成されること。つまり、ESIのように複雑な付加イオンが生成され難く、主として正イオン検出で[M+H]+、負イオン検出で[M-H]－が生成されること。
2. 適度なソフトイオン化であること。[M+H]+や[M-H]－が主として生成されつつも、適度にフラグメントイオンも生成される。
3. 溶解性の低い化合物にも対応可能であること（通常のFABのみ）。
Frit-FABのメリットの中で、個人的に最も有用だと思うのは、2のマトリックス選択についてです。通常のFABでは、分析種の性質に応じて、主としてグリセリンとm-ニトロベンジルアルコール（NMA）を使い分けます。大まかな使い分けの目安として、高極性化合物にグリセリン、低極性化合物にNBAという感じです。Frit-FABでも（過去にFrit-FABが頻繁に使われていた時代には）、通常のFABと同様にマトリックス選択をしていた人が結構いましたが、私は試行錯誤を重ねる中で、通常のFABではNBAでしかイオン化出来ない化合物であっても、Frit-FABではグリセリンでイオン化できることを見出しました。
Frit-FABでNBAを使わなくて済むというのは、Frit-FABをご存じの方にはそのメリットがよく分かると思います。それは、NBAは本来液体ですが、測定後には黒色のタール状に変質して固まってしまうからです。fritはステンレス製のメッシュですから、NBAが固まってしまうと直ぐに使えなくなってしまいます。また、長時間測定中にNBAの塊ができると、クロマトグラムの質にも悪影響を与えてしまいます。
通常のFABでは必要なマトリックス選択が、何故Frit-FABでは不要なのか？
それは、Frit-FABがダイナミックFABだからに他なりません。何のこっちゃ？ と思いますよね！ 解説しましょう。
通常のFABでは、試料を何等かの溶媒に溶解した後、ターゲット上でマトリックスと混合して、高速Xeを照射してマススペクトルを測定します。試料分子とマトリックス分子はスタティック（静的）な状態で混合されており、ここで試料（分析種）とマトリックスの相性（親和性）が良くないと、図3のように分析種分子がマトリックスの中に埋もれてしまうために、分析種がイオン化されないという問題が起こります。そのため、試料の性質に適したマトリックスの選択が重要になる訳です。
一方Frit-FABでは、図2と3に示すように、試料（分析種）とマトリックスはLCの溶離液と共に、キャピラリーを介してfritの表面に絶え間なく滲み出てきます。つまりダイナミック（動的）な状態です。分析種とマトリックスは絶えず動いており、frit表面に滲み出た瞬間にXe照射を受けるので、スタティックな状態のように分析種とマトリックスとの相性が良くない時に分析種分子がマトリックスの中に埋もれてしまうような状況が起こらない訳です。
これが、Frit-FABではマトリックス選択が重要でなく、多くの化合物をグリセリンだけで測定できてしまう理由です。
繰り返しになりますが、今では使う人が少なくなったFABやFrit-FABですが、イオン化の時の試料の状態を考え、予測し、それに合わせて分析法を模索し、挑戦する。このスタンスは、より良い分析のためにはイオン化法が変わっても重要です。ESI然り、MALDI然り。
質量分析計のメーカー努力により、装置のオペレーションは簡単になっても、イオン化が複雑な化学現象であることには変わりありません。より良い質量分析のために、イオン化について勉強しましょう。
