ブラウザで同位体パターン、付加イオン、ppm誤差を確認する
要点：無料のMolDrawマススペクトルビューアを開き、JCAMP-DX、CSV/TXT、mzML、mzXMLファイルをドロップします。予想される分子式、SMILES、ペプチドを入力してイオンを選びます。ビューアが理論同位体パターンを重ね、存在する一般的な付加イオンを一覧表示し、ppm誤差を計算し、中性脱離にラベルを付けます。PNGやCSVでエクスポートできます。ファイルはブラウザ内で読み込まれ、アップロードされません。
ここでマススペクトルビューアを試す
なぜブラウザのマススペクトルビューアを使うのか？
マススペクトルは2つの問いに答えます。質量は正しいか、そしてパターンは分子式に合っているか、です。装置のソフトウェアでも両方に答えられますが、1台のPCでしか使えないことがよくあります。学生は印刷物やエクスポートしたファイルしか受け取れないこともあります。
このビューアは、測定スペクトルと理論値を1つのプロットに表示します。塩素のパターンがあるか、主なイオンが[M+H]+なのか[M+Na]+なのか、測定質量が計算値からどれだけずれているかが一目でわかります。
ここで必要な質量分析の基礎
m/zはイオンの質量を電荷で割った値です。1価イオンではイオンの質量に等しくなります。2価イオンは質量の約半分の位置に現れ、同位体ピークは0.5間隔になります。
イオン化法によって見えるものが決まります。電子イオン化（EI）はラジカルカチオンM+•と多くのフラグメントを与えます。エレクトロスプレー（ESI）はよりソフトで、主に[M+H]+、[M+Na]+、[M−H]−を与えます。ナトリウム付加イオンは[M+H]+より約22大きい位置に現れるので、22離れたピークの対はよくある手がかりです。
同位体パターンは分子式の確認に役立ちます。炭素1個ごとにM+1ピークが約1.1%増えます。塩素（35Clと37Cl）はMとM+2を約3:1の比で、臭素（79Brと81Br）は約1:1の比で与えます。
ppm誤差は測定m/zと計算m/zを比較する値で、（測定値 − 理論値）/ 理論値 × 106で求めます。m/z 195.0877のカフェイン[M+H]+では、1 mDaの誤差が約5 ppmに相当します。これは高分解能データでのみ意味があります。
開けるファイル
| JCAMP-DX | .jdx、.dx、.jcampのマススペクトル（ピークテーブルまたは連続データ）。 |
|---|---|
| CSVまたはTXT | m/zと強度の列。 |
| mzMLとmzXML | ファイル内の最初のスペクトル。圧縮（zlib）された配列も最新のブラウザで扱えます。 |
分子式とスペクトルを照合する方法
- Open mass spectrumを押すか、ファイルをボックスにドロップします。練習するならCaffeine ESI [M+H]+を押してください。
- プロットの上の行を確認します。データがプロファイルかセントロイドか、単位分解能か高分解能かが表示されています。
- Formula, SMILES or peptideで入力の種類を選び、化合物（例：C8H10N4O2）を入力します。
- Ionを選びます。ESIなら[M+H]+、EIならM+• (EI)などです。別の設定が必要でなければ、PatternはAuto resolutionのままにします。
- Zoom to ionを押します。赤い理論値の線と実際のピークを比べ、Theory %とFound %の列を読みます。
- 測定ピーク、またはMain peaksのその行をタップすると、Measured m/zに値が入ります。ppm誤差を読み取ります。
- Common adductsの表で、ほかに存在するイオンを確認します。
- Export PNGまたはExport CSVでエクスポートします。
ビューアでできること
| プロット | Auto、Stick、Profileの表示スタイル、ズーム、パン、+と−、Reset view、Zoom to ion。Labelsスライダーでラベルを付けるピークの数を設定します。 |
|---|---|
| 表示 | Base peak = 100%、Isotope overlay、Mirror（理論値を下側に表示）、Neutral lossesをそれぞれオン・オフできます。 |
| 計算機能 | 分子式、SMILES、1文字表記のペプチド。モノアイソトピック質量、平均（モル）質量、選んだイオンの精密m/z、最大存在比のm/zを表示します。 |
| イオン | [M+H]+、[M+Na]+、[M+K]+、[M+NH4]+、[M+2H]2+、[2M+H]+、[M−H]−、[M+Cl]−、[M+HCOO]−などの正・負の付加イオン。 |
| パターン | Auto resolution、Unit（ノミナル）、High（0.01 Da）、Fine structure。ハロゲンチェックでClとBrのパターンを知らせます。 |
| チェック | ppm誤差とmDa誤差、検出ピーク付きの一般的な付加イオンの表、主ピーク間の中性脱離ラベル。 |
| エクスポート | プロットのPNGとデータのCSV。プロファイルデータにはセントロイドのリストも付きます。 |
授業や研究室での活用法
- ハロゲンのパターンを教える：Chlorobenzene EIとDibromobenzene EIを読み込みます。学生は3:1と1:2:1のクラスターを理論値と並べて見られます。
- 化合物の同定データ：新しい化合物について、論文にまとめる前に実測m/zと計算m/zを確認します。高分解能データでは、誤差5 ppm以内を良い一致とみなします。
- ペプチド：Peptide ESIを読み込み、配列を1文字表記で入力し、[M+2H]2+や[M+3H]3+を選んで電荷状態を合わせます。
- フラグメントの読み取り：中性脱離ラベルを使って、EIでどの基が外れるかを議論します。予想されるパターンと比較したい場合は、Spectroscopyプラグインで描いた構造からEIマススペクトルを予測し、おおまかな目安として扱ってください。
ヒントと限界
- 中性分子の分子式を入力し、Ionメニューに原子の付加・除去を任せます。イオンの分子式を自分で入力しないでください。
- mzMLとmzXMLでは、最初のスペクトルだけが表示されます。必要なスキャンが最初でない場合は、それをエクスポートしてください。
- 単位分解能では、異なる脱離が同じノミナル質量を持つことがあります。COとC2H4はどちらも28の差を与えるので、両方が表示されることがあります。
- SMILESの読み取りは一般的な有機化合物のSMILESに対応しています。読み取れない場合は、代わりに分子式を入力してください。
- 同位体パターンがよく一致すれば分子式の裏付けになりますが、構造の証明にはなりません。NMRやIRも併用してください。
マススペクトルは初めてですか？マススペクトルの読み方のガイドで、分子イオン、フラグメント、同位体ピークを解説しています。
質問と回答
スペクトルファイルがなくてもビューアを使えますか？
はい。計算ボックスに分子式、SMILES、ペプチドを入力してイオンを選ぶだけで、データを開かなくてもモノアイソトピック質量、平均質量、精密m/z、同位体パターンが得られます。
EIスペクトルで分子イオンが小さい、または見えないのはなぜですか？
70 eVの電子イオン化ではイオンに大きな余剰エネルギーが残るため、多くの分子イオンが検出器に届く前に開裂します。アルコールや枝分かれのある化合物がよくある例です。ESIやCIなどのソフトな方法なら、たいてい分子全体が観測されます。
クラスターの最大ピークがモノアイソトピックイオンでないのはなぜですか？
炭素はそれぞれ約1.1%の確率で13Cです。ペプチドのような大きな分子では、13Cを1個以上含むイオンが、すべて12Cのイオンより多くなることがあります。計算機能では精密m/zと最大存在比のm/zの両方を表示します。
ツールがppm誤差に意味がないと表示するのはなぜですか？
ファイルの質量が単位分解能だからです。四重極で測定した典型的なEIスペクトルなどがこれにあたります。m/z値が整数かそれに近いので、ppm誤差からは何もわかりません。ppmでの確認には高分解能データを使ってください。