MALDI-TOF-MS 111回薬剤師国家試験問100の解説
111回薬剤師国家試験 問100
感染症の原因菌の同定には、菌体のタンパク質を分析対象として、
イオン化部にマトリックス支援レーザー脱離イオン化（MALDI）法、
質量分離部に飛行時間型質量分析計（TOF-MS）を用いる
MALDI-TOF-MS が利用されている。
この質量分析法に関する記述として、正しいのはどれか。２つ選びなさい。
1 マトリックスと混合されたタンパク質は、
高電圧を印加したキャピラリー先端から噴霧してイオン化される。
2 タンパク質と混合するマトリックスには、
レーザー光を吸収する化合物が選択される。
3 質量分離部では検出器までの飛行時間が短いほど、
タンパク質イオンの m/z値は小さい。
4 この質量分析法の装置は、
高速液体クロマトグラフやキャピラリー電気泳動装置と直接接続して用いる。
5 マススペクトルには、
タンパク質にマトリックスの質量が付加されたイオンピークが主に観測される。
選択肢1
1 マトリックスと混合されたタンパク質は、
高電圧を印加したキャピラリー先端から噴霧してイオン化される。
これはマトリックス支援レーザー脱離イオン化（MALDI）法の記述としては誤りです。
MALDI法では、
まず分析対象物とマトリックスを混合して結晶化した試料を作成します。
それにレーザーを照射し、マトリックスがレーザーエネルギーを吸収し、
試料分子を気相へ脱離させるとともにイオン化します。
選択肢1の記述について、
試料を高電圧を印加したキャピラリー先端から噴霧してイオン化する方法は、
エレクトロスプレーイオン化法（ESI） です。
選択肢2
2 タンパク質と混合するマトリックスには、
レーザー光を吸収する化合物が選択される。
これはMALDI法の記述として正しいです。
MALDI法のマトリックスには、
使用するレーザーの波長をよく吸収する低分子化合物を用います。
マトリックスの役割は主に次の2つです。
・レーザー光のエネルギーを吸収する
・そのエネルギーを試料分子に伝え、試料を穏やかに脱離・イオン化する
MALDI法は、
分析対象となるタンパク質がレーザー光を直接強く受けるのを防ぐため、
巨大分子をあまり分解させずにイオン化できる「ソフトイオン化法」です。
選択肢3
3 質量分離部では検出器までの飛行時間が短いほど、
タンパク質イオンの m/z値は小さい。
これは飛行時間型質量分析計（TOF-MS）の記述として正しいです。
飛行時間型質量分析計(TOF-MS)は、
イオンが真空の分析管を通過して検出器に到達するまでの飛行時間の違いを利用して質量分離を行います。
TOF-MSでは、イオンを同じ電位差で加速します。
おおむね同じ運動エネルギーを与えられるため、
軽いイオンほど速度が大きくなります。
したがって、
イオンの質量電荷比（m/z）と飛行時間の関係は以下の通りです。
・質量電荷比（m/z）の小さいイオンほど速く移動し、飛行時間が短い。
・質量電荷比（m/z）の大きいイオンほど遅く移動し、飛行時間が長い。
選択肢4
4 この質量分析法の装置は、
高速液体クロマトグラフやキャピラリー電気泳動装置と直接接続して用いる。
これはMALDI-TOF-MSの記述としては誤りです。
MALDI法では、
分析対象物をマトリックスと混合・乾燥して結晶化させた後、
真空状態の装置内に導入します。
そのため、MALDI法は、
高速液体クロマトグラフやキャピラリー電気泳動装置のような
液体を連続的に流す分析法と直接接続するのは困難です。
高速液体クロマトグラフやキャピラリー電気泳動装置と直接接続しやすいのは、
溶液を連続的に導入できる エレクトロスプレーイオン化質量分析(ESI-MS) です。
選択肢5
5 マススペクトルには、
タンパク質にマトリックスの質量が付加されたイオンピークが主に観測される。
これはマトリックス支援レーザー脱離イオン化（MALDI）法の記述としては誤りです。
MALDI法は、難揮発性分子をフラグメンテーションを抑制してソフトにイオン化できます。
MALDI法でタンパク質をイオン化した場合、
主に観測されるのは、タンパク質にプロトンが付加したイオン［M+H］＋です。
ここでMはタンパク質分子を表します。
マトリックスは、レーザーエネルギーの吸収やプロトンの受け渡しに関与しますが、
通常、タンパク質にマトリックス分子が結合したイオンが主ピークになるわけではありません。
MALDI法では多くの場合、1価イオンが主体となることも重要です。
これに対しESIでは、多価イオンが生じやすいという違いがあります。