質量分析は分析科学の最前線にあり、その顕著な感度と精度により、分子を識別および定量化するための不可欠なツールになります。この手法は、サンプルをイオンに変換し、質量と電荷（m \ / z）比を測定することで機能し、研究者が分子構造を特徴付けることができます。 MSは、プロテオミクス、メタボロミクス、医薬品開発、環境監視、および臨床診断において極めて重要な役割を果たしています。詳細な分子情報を提供する能力は、多様な科学分野全体でイノベーションを促進し続けています。
質量分析（MS）は、既知の物質を定量化し、未知の化合物を特定し、分子構造を解明するために使用される強力な分析手法です。 MSでは、サンプルはイオン化され、得られた荷電粒子は分離され、質量対電荷比に基づいて測定されます。典型的な質量分析計は、3つの主要な成分で構成されています。
イオンソース：サンプル分子から気体イオンを生成します。
マスアナライザー：イオンは質量対電荷比で解決します。
検出器：分離されたイオンを検出し、それらの存在量を測定します。
分析プロセスにはいくつかのステップが含まれます。
イオン産生：サンプルはイオン化されて帯電した分子イオンを生成します（多くの場合、電子イオン化やエレクトロスプレーなどの方法を介して）。
イオン分離：イオンは、質量分析器のm \ / zに従ってろ過または分離されます。
イオン断片化（必要に応じて）：選択された前駆体イオンは、衝突細胞で断片化されて構造情報を明らかにすることができます。
検出と記録：検出器は最終イオンを測定し、質量スペクトル、イオン信号とm \ / zのプロットを記録します。このスペクトルは、分析物の分子量と構造的な手がかりを提供します。
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イオン化の革新により、MS機能が大幅に拡大しました。たとえば、エレクトロスプレーイオン化（ESI）には大きな強化が見られました。 Nano-Electrospray（Nano-ESI）は、非常に細かい毛細血管を使用して、非常に少量のサンプルボリュームから高度に帯電した液滴を生成し、それにより感度と解像度を改善します。マトリックスアシストレーザー脱着\ /イオン化（MALDI）では、新しいマトリックス化合物と高度な計器により、イオン化効率と空間分解能が改善され、組織切片のタンパク質、代謝物、および脂質の高忠実度イメージングが可能になります。脱着電気散布イオン化（DESI）やリアルタイム（DART）の直接分析などの周囲のイオン化方法は、前方の飛躍を表しています。これらは、サンプルをイオン化して、広範な準備なしで空気中で直接分析することを可能にします。これらの手法により、法医学的アプリケーション、環境監視、および品質管理のための迅速なオンサイト分析が可能になります。
マスアナライザーの革新により、MS機能が劇的に強化されています。たとえば、Orbitrap Analyzerは、振動周波数が非常に正確なm \ / z測定値を生成する静電フィールドにイオンをトラップする超高解像度を提供します。最新の軌道機器は、中距離m \ / z値で100,000を超える質量解像度を達成することができ、詳細なプロテオミクスおよびメタボロミック研究のために非常に貴重になります。フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（FT-ICR）MSは、強力な磁場にイオンを閉じ込めてサイクロトロン運動を分析することにより、さらに高い分解能と精度を提供します。マルチ反射TOF（MR-TOF）は、複数の反射を通して飛行経路を延長し、機器を拡大せずにさらに解像度をさらに高めます。ハイブリッドシステムはテクノロジーを組み合わせています：四重極軌道と四重極-TOF機器は、四重極を使用してイオンと軌道またはTOFアナライザーを使用して、高速で高解像度の測定を実現します。これらのハイブリッドは、複雑なサンプル分析のために選択性と精度の両方を提供します。さらに、トリプル四重極（QQQ）システムは、ターゲット定量に優れています：MS^2を直列に実行することにより（2つの四重葉の間に衝突セルを使用）、高精度で特定のイオン遷移を監視します。 QQQは、信頼できるバイオマーカー測定のための定量的プロテオミクスと臨床アッセイで広く使用されています。
ハードウェアの進歩に加えて、ソフトウェアおよびデータ分析方法は急速に進化しています。機械学習（ML）と人工知能（AI）は、複雑なMSデータセットを解釈するためにますます使用され、パターン認識と分析時間の削減を改善します。これらのアプローチは、スペクトルピークを自動的に検出し、デコンボリュートオーバーラップ信号を検出し、分析物をより正確に定量化し、ヒューマンエラーを最小限に抑えることができます。たとえば、高度なアルゴリズムは、ピークを自動的に識別および定量化し、ベースラインノイズを修正し、高精度の結果を提供できます。このような自動化されたツールは、ワークフローを合理化し、再現性を強化します。これは、大規模なプロテオームおよびメタボロミック研究にとって重要です。
質量分析は、以下を含む幅広い分野で採用されています。
プロテオミクスとメタボロミクス：生命科学では、MSは複雑なサンプルでの数千のタンパク質と代謝物の特定と定量化を可能にし、バイオマーカーの発見と代謝経路分析を支援します。研究者は、細胞分子を包括的にプロファイルして、生物学的プロセスと疾患メカニズムを理解することができます。
臨床診断と生物医学：医学では、MSは病気のバイオマーカーを特定し、薬物薬物動態を研究し、精密医療をサポートするために使用されます。たとえば、血液または組織のタンパク質または代謝産物のプロファイルを分析して、早期に病気を診断したり、治療反応を監視したりできます。
環境監視とフォレンジック：MSは、空気、水、土壌の汚染物質（重金属、農薬、有機毒素など）を検出し、生物学的サンプルの毒素と薬物を特定し、環境および公共の安全を確保します。たとえば、農薬の残留物または揮発性有機物の空気の水の微量分析は、高感度で達成できます。
食品の安全性と材料科学：MSは、食品や飲料の汚染物質と添加物のテストに使用され、製品の安全性を確保し、食品や飲料（農薬残留物、違法添加物など）をテストします。また、新しい材料の化学組成と構造を特徴付けるために、材料科学とナノテクノロジーにおいても重要です。
宇宙探査とシングルセル分析：MS機器は、地球外サンプルを分析し（例：惑星表面またはmet石で有機分子を検出）、個々の細胞（単一細胞MS）をプロファイルし、宇宙と基本生物学の両方の理解を進めます。
テクノロジーが進むにつれて、質量分析で新しいイノベーションが現れ続けます。たとえば、マイクロ流体サンプルの調製、新規ナノエンジニアリングイオン源、およびAI駆動型データ分析の強化の統合により、感度とスループットがさらに向上します。要約すると、質量分析は科学の境界を押し広げ続け、環境監視、医療診断、基本化学などの分野で新しい可能性を開きます。
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