電子イオン化

電子の電離プロセスを促進するには、電離効率を高める必要があります。より高い電離効率を実現するには、フィラメント電流、放出電流、および電離電流を最適化する必要があります。フィラメントを白熱状態に加熱するために供給される電流をフィラメント電流と呼びます。放出電流は、フィラメントと電子入射スリットの間で測定される電流です。電離電流は、トラップに到達する電子の速度です。これは、電離に利用可能なチャンバー内の電子の数を直接示す指標です。

試料イオン電流（I ⁺）はイオン化率の指標です。これは、イオン抽出効率（β）、全イオン化断面積（Q _i）、有効イオン化経路長（L）、試料分子濃度（[N]）、およびイオン化電流（I _e）を操作することで向上させることができます。その式は以下のとおりです。

${\displaystyle I^{+}=\beta Q_{i}L[{\ce {N}}]I_{e}}$

イオン抽出効率（β）は、リペラーと加速器の両方の電圧を上げることで最適化できます。イオン化断面積は試料の化学的性質とイオン化電子のエネルギーに依存するため、標準値として70 eVが使用されます。低エネルギー（約20 eV）では、電子と分析対象分子との相互作用によってイオン化を引き起こすのに十分なエネルギーが伝達されません。約70 eVでは、電子のド・ブロイ波長が有機分子の典型的な結合長（約0.14 nm）と一致し、有機分析対象分子へのエネルギー伝達が最大化され、可能な限り強いイオン化と断片化が起こります。これらの条件下では、イオン源内の分析対象分子の約1000個に1個がイオン化されます。高エネルギーでは、電子のド・ブロイ波長が典型的な分析対象分子の結合長よりも小さくなり、分子は電子に対して「透明」になり、イオン化効率が低下します。弱い磁場を使用することで、有効イオン化経路長（L）を長くすることができます。しかし、サンプル電流を増やす最も実用的な方法は、イオン源をより高いイオン化電流（I _e）で動作させることです。^{[ 5 ]}

この方法では、まず真空マニホールド内の加熱されたサンプルリザーバーにサンプルを挿入します。次に、ピンホールを通してイオン化チャンバーにサンプルを放出します。この方法は、他のサンプル導入方法には適さない可能性のある高揮発性サンプルに有効です。^{[ 12 ]}

この方法では、プローブは長い金属チャネルから作られ、その先端にはサンプルキャピラリーを保持するためのウェルがあります。プローブは真空ロックを介してソースブロックに挿入されます。サンプルはガラスキャピラリーを使用してウェルに導入されます。次に、プローブはサンプルを気化させるために所望の温度まで急速に加熱されます。このプローブを使用すると、サンプルをイオン化領域の非常に近くに配置できます。^{[ 5 ]}

ガスクロマトグラフィー（GC）は、EI-MSにおける試料導入法として最も広く用いられている手法である。GCは、熱的に安定なガスと揮発性のガスの混合物の分離に利用でき、これらのガスは電子イオン化条件と完全に適合する。

キャピラリースケール液体クロマトグラフィー・電子イオン化質量分析法（LC-EI-MS）を様々なサンプルの分析に組み込むための、最近の2つのアプローチがあります。これらは、キャピラリースケールEIベースのLC/MSインターフェースと直接EIインターフェースです。キャピラリーEIでは、ネブライザーは直線性と感度を最適化するように設計されています。直接EIインターフェースは、ナノHPLCおよびマイクロHPLC用の小型インターフェースであり、インターフェースプロセスは適切に改良されたイオン源で行われます。カラムからの溶出液が完全にイオン源に送られるため、より高い感度、直線性、再現性が得られます。これら2つのインターフェースを使用することで、様々な極性を持つ小型および中型分子の分析に電子イオン化を効果的に組み込むことができます。 LC-MSにおけるこれらのインターフェースの最も一般的な用途は、逆相を用いた農薬カルバリル、プロパニル、クロルプロファムの勾配分離などの環境用途、およびジフェニルドラミン、アミトリプチリン、ナプロキセン、イブプロフェンの4種類の抗炎症薬の分離などの医薬品用途である。^{[ 21 ]}

電子イオン化の応用を分類するもう一つの方法は、質量分析法で使用される分離技術に基づいています。この分類によれば、ほとんどの場合、応用例は飛行時間型（TOF）質量分析法、直交飛行時間型質量分析法（OA-TOF MS）、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析法（FT-ICR MS）、および四重極型またはイオントラップ型質量分析法に見られます。

電子イオン化飛行時間型質量分析法（EI-TOF MS）は、分析化学や基礎化学物理学の研究に非常に適しています。EI-TOF MSは、分子やラジカルのイオン化ポテンシャル、イオンや中性分子の結合解離エネルギーを求めるために使用されます。この方法のもう1つの用途は、負イオンの化学と物理学の研究です。自己脱離寿命、準安定解離、リュードベリ電子移動反応とフィールド脱離、一時的な負イオン状態を検出するためのSF6スカベンジャー法、その他多くのことが、この技術を使用して発見されています。この方法では、フィールドフリーイオン化領域により、電子エネルギーの高精度と高い電子エネルギー分解能が可能になります。イオン飛行管に沿って電場を測定することで、自己脱離と準安定分解、および弱く結合した負イオンのフィールド脱離が決定されます。^{[ 22 ]}

電子イオン化直交加速飛行時間型質量分析計（EI oa-TOFMS）の最初の記述は1989年になされた。EIイオン源を用いた「直交加速」により、分解能と感度が向上した。EIイオン源を用いたoa-TOFMSの重要な利点の1つは、ガスクロマトグラフィー（GC）導入システムとの連携が可能であることであり、揮発性有機化合物のクロマトグラフィー分離を高速で行うことができる。^{[ 23 ]}

FT-ICR EI-MSは、 295～319 ℃、319～456 ℃、456～543 ℃の3つの真空軽油（VGO）蒸留留分の分析に使用できます。この方法では、10 eVのEIにより、真空軽油範囲の芳香族化合物のソフトイオン化が可能です。分子レベルでの組成変化は、元素組成の割り当てから決定されました。この方法の特長は、超高分解能、少量のサンプル、高い再現性、および質量精度（<0.4ppm）です。3つのサンプルすべてにおいて、主生成物は芳香族炭化水素でした。さらに、このヘテロ原子種の濃度が沸点とともに増加すると、多くの硫黄、窒素、および酸素含有化合物が直接観察されました。データ分析により、化合物の種類（環状構造と二重結合）、蒸留留分中の炭化水素およびヘテロ原子化合物の炭素数分布、石油留分の沸点の上昇に伴う平均分子量（または炭素数分布）および芳香族性に関する情報が得られた。^{[ 24 ]}   

イオントラップEI MSは、河川水や下水排水のサンプル中のノニルフェノールポリエトキシレート（NPEO）残留物とその分解生成物（ノニルフェノールポリエトキシカルボキシレートやカルボキシアルキルフェノールエトキシカルボキシレートなど）の同定と定量に組み込むことができます。この研究から、イオントラップGC-MSは、環境サンプル中のターゲット化合物の測定において、EIを含むさまざまなイオン化法を備えた信頼性が高く便利な分析手法であることがわかりました。^{[ 25 ]}