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ガスクロマトグラフィー質量分析（GC-MS）とは
GC-MSとは何か？
GC-MSは、液体、気体、固体のサンプルの研究に使用できます。この分析はガスクロマトグラフから始まります。その際、サンプルは効率的に気化されて気相となり、固定相（液相または固相）でコーティングされたキャピラリーカラムにより各種の成分に分離されます。これらの成分は、ヘリウム、水素、窒素などの不活性キャリアガスによって運ばれます。混合物の成分が分離されると、個々の化合物はカラムから溶出しますが、そのタイミングはそれぞれに固有の沸点と極性に基づいて異なります。溶出時間は、各化合物の保持時間と呼ばれます。数百種類の化合物を含む複雑な混合物やサンプル抽出物であっても、GCはこれらを分離する能力を有しています。
GCカラムから溶出した成分は、電子イオン化源または化学イオン化源を使用した質量分析計によりイオン化およびフラグメント化されます。その後、イオン化およびフラグメント化された分子は装置の質量分析部で加速されます。この分析部として、四重極またはイオントラップが良く利用されます。ここで各種のイオンは、m/zの違いに応じて分離されます。GC-MSでのデータ収集は、広範囲のm/zをカバーするフルスキャンモード、または関心ある特定質量のデータを収集する選択イオンモニタリング（SIM）モードのいずれかで実行できます。
このプロセスの最後のステップでは、イオンの検出および分析を行います。フラグメント化されたイオンは、m/zとして表示されます。またピークの面積は、対応する化合物の量に比例しています。複雑なサンプルをGC-MSで分離する際には、ガスクロマトグラムにさまざまなピークが現れます。各ピークは固有の質量スペクトルを生成し、これらを基にして化合物の同定が行われます。未知化合物およびターゲット化合物の同定と定量には、広範な質量スペクトルをまとめた市販のライブラリを利用できます。
GC-MSの種類と使い分け
分析タスクの種類によって、必要とされる検出能力も異なります。ガスクロマトグラフィーシステムは同じであっても、分析のタイプが異なれば、必要な選択性と感度のレベルに応じて、必要となる質量分析計のタイプは異なります。
シングル四重極GC-MS
四重極を1つだけ含む質量分析計とガスクロマトグラフィーを組み合わせたものは、多くの場合、単純にGC-MSと呼ばれます。GC-MSは、ターゲット分析またはノンターゲット分析のどちらかを必要とする日常的なサンプル分析に最適です。その理由は、これらのシステムがターゲット選択イオンモニタリング（SIM）またはノンターゲットフルスキャン取得のどちらでも分析を行えるためです。代表的なアプリケーションとしては、食品および環境サンプルでの農薬分析、乱用薬物での生物学的サンプル分析、水サンプルでの揮発性有機化合物の分析などが挙げられます。
トリプル四重極GC-MS/MS
ガスクロマトグラフィーをトリプル四重極質量分析システムと組み合わせたものは、GC-MS/MSと呼ばれます。トリプル四重極質量分析計は、より高レベルの選択性をもたらし、最高の感度が要求される分析に最適です。こうした分析は、環境汚染物質や食品中の農薬を定量する場合によく見られます。GC-MS/MSシステムは通常、選択反応モニタリング（SRM）モードで使用されます。SRMの優れた選択性は、バックグラウンドイオンからの干渉の削減に寄与し、またシグナル／ノイズ比が高いため、検出能力の向上ももたらします。
HRAM GC-MS/MS
サンプルの包括的な特性評価を1度の分析で処理し、信頼性に優れた化合物の探索、同定、定量を行いたい場合は、GCシステムを高分解能精密質量（HRAM）質量分析計と組み合わせることができます。これらのGC-MS/MSシステムは、トリプル四重極GC-MS/MSの定量性能に、極めて感度の高い精密質量分析計のみが持つ精度の高いフルスキャンHRAM機能を組み合わせたものです。こうしたシステムは、正確なターゲット分析と信頼性に優れた未知化合物同定の両方を必要とするアプリケーションに最適です。
サンプル調製
GC-MS分析のサンプルは、多くの場合、ガスクロマトグラフに導入する前に、複雑な不純物を含んだマトリックスから分離する必要があります。ガスクロマトグラフィーの前段階では、さまざまな手動および自動のサンプル抽出プロセスがよく使われています。これらのプロセスは、サンプルのマトリックス、必要な選択性レベル、最初のサンプルの複雑さに応じて異なります。ロボットオートサンプラーを使用すると、GC-MSへのサンプル注入を備えた自動オンラインサンプル調製が可能です。これにより、基本的な操作だけでなく、より複雑な操作であっても、手動でのサンプル処理の多くを自動処理に置き換えることができます。
GC-MS分析前のサンプル調製の詳細については、当社のGC-MSサンプル調製ラーニングセンターをご覧ください。
サーモフィッシャーサイエンティフィックから提供されているサンプル調製製品については、当社のクロマトグラフィー消耗品カタログ - サンプル調製製品をダウンロードしてご覧ください。
ガスクロマトグラフィーカラム
GCカラムとは、ガスクロマトグラフィー分析における固定相および分離ツールを意味します。この固定相は、各化合物の適切な分離と、異なる時間でのカラムからの溶出を確実なものとします。揮発性有機化合物（VOC）やダイオキシンの測定など、アプリケーションの種類に応じて、固定相の異なるさまざまなタイプのカラムを使用できます。これらのカラムは、分離する化合物が極性か非極性かに応じて、あるいはサンプルの処理速度に合わせて設計されています。カラムにおいて重要なのは、固定相の化合物を放出しないようにし、最終的なクロマトグラムにおけるバックグラウンドシグナルを最小化することです。こうした要件は「低ブリード」と呼ばれることもあります。GCカラムの素材が不活性であるかどうかも、サンプルとの不要な化学的相互作用を防ぐために考慮すべき重要な要件です。
サーモフィッシャーサイエンティフィックから提供されている各種GCカラムの詳細については、当社のガスクロマトグラフィーカラムのページをご覧いただくか、クロマトグラフィー消耗品カタログ - GCカラムおよびアクセサリーをダウンロードしてご覧ください。
GC-MSのアプリケーション
食品中の毒性が疑われる化学物質の検出から、水中の有機汚染物質の定量、あるいは石油処理過程での石油製品の分析に至るまで、GC-MSはさまざまな用途に使用できます。以下のセクションでは、これらのシステムが利用される、特に一般的な分析をいくつかご紹介します。
食品＆飲料分析
GC-MS分析は、私たちが摂取する食品や飲料の安全性と真正性の確保に不可欠です。残留農薬の測定から成分の特性評価に至るまで、製造業者や規制当局は、GC-MSシステムによって食品供給の安全性に関する貴重な情報を取得しています。
環境分析
GC-MSは、空気、水、土壌中の汚染物質をモニタリングするための強力なツールです。これによる定量が特に有用な物質としては、揮発性有機化合物（VOC）、準揮発性有機化合物（SVOC）、ポリ塩化ビフェニル（PCB）、有機塩素系農薬、臭素化難燃剤、多環芳香族炭化水素（PAH）が挙げられます。
メタボロミクス
GC-MSは、複雑なメタボロミクス分析で必要とされる高度な分析テクノロジーのいくつかを提供しています。これは研究者によるメタボロームのより深い洞察を可能にし、代謝物を包括的にカバーすることで、植物、動物、微生物の一次および二次代謝産物の調査をサポートします。以下のアプリケーションが示すように、HRAM GC-MSはノンターゲット代謝物同定という課題に特に適しています。
石油およびガス分析
GC-MSは、石油および天然ガスの検査ワークフローの多くのステージで利用でき、天然ガスや天然ガスコンデンセートのエネルギー量、CHA、SIMDIS、H2S／有機硫黄含有量を測定できます。その他にもGC-MS分析は、製油所でのガス分析（RGA）や詳細な炭化水素分析（DHA）に利用でき、原油中の含酸素物、芳香族、BTEX、PAHを検出できます。
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