高速原子爆撃

高速原子衝撃（FAB）は、質量分析で使用されるイオン化技術であり、高エネルギー原子のビームが表面に衝突してイオンを生成します。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}これは、 1980 年にマンチェスター大学のマイケル・バーバーによって開発されました。^{[ 4 ]}原子の代わりに高エネルギーイオンのビームを使用する場合（二次イオン質量分析の場合など）、この方法は液体二次イオン質量分析（LSIMS）として知られています。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} FAB および LSIMS では、分析対象の物質は、マトリックスと呼ばれる不揮発性の化学的保護環境と混合され、真空下で高エネルギー（4000 ～ 10000電子ボルト）の原子ビームで衝撃されます。原子は通常、アルゴンやキセノンなどの不活性ガスから生成されます。一般的なマトリックスとしては、グリセロール、チオグリセロール、3-ニトロベンジルアルコール（3-NBA）、18-クラウン-6エーテル、2-ニトロフェニルオクチルエーテル、スルホラン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどが挙げられる。この手法は、二次イオン質量分析法やプラズマ脱離質量分析法に類似している。

FABは比較的フラグメンテーションの少ない（ソフト）イオン化技術であり、主に[M + H] ^{+と表記される無傷の}プロトン化分子と[M - H] ⁻などの脱プロトン化分子を生成します。まれに、FABスペクトルでラジカルカチオンも観察されることがあります。FABは、一次ビームがサンプルに損傷を与えることがなくなったSIMSの改良版として設計されました。2つの技術の主な違いは、使用される一次ビームの性質の違いです。イオンか原子かです。^{[ 8 ]} LSIMSでは、セシウム、Cs ⁺イオンが一次ビームを構成し、FABでは一次ビームはXeまたはAr原子で構成されています。^{[ 8 ]} Xe原子は、質量が大きく運動量も大きいため、アルゴン原子よりも感度が高い傾向があるため使用されます。FABによって分子がイオン化されるには、まず、低速で移動する原子（XeまたはAr）が衝突する電子によってイオン化されます。これらの動きの遅い原子はその後イオン化され、ある電位まで加速され、そこで動きの速いイオンに変化し、過剰な天然ガス原子の密度の高い雲の中で中性になり、高並進エネルギーの原子の流れを形成します。^{[ 8 ]}サンプルがどのようにイオン化されるかの正確なメカニズムは完全には解明されていませんが、そのイオン化メカニズムの性質は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI) ^{[ 9 ] [ 10 ]}および化学イオン化^{[ 11 ]}と類似しています。

前述のように、FABでは、分析するためにサンプルを不揮発性環境（マトリックス）と混合します。FABでは、サンプルイオン電流を持続させ、一次ビームの影響を吸収してサンプルへの損傷を軽減し、サンプル分子が凝集しないようにするために、サンプルと混合される液体マトリックスを使用します。^{[ 8 ]}液体マトリックスは、他のマトリックスと同様に、最も重要なのはサンプルのイオン化を促進する媒体を提供することです。このタイプのイオン化に最も広く受け入れられているマトリックスはグリセロールです。サンプルに適したマトリックスを選択することは、マトリックスがサンプル（分析対象）イオンのフラグメンテーションの程度にも影響を与える可能性があるため、非常に重要です。次に、サンプルをFAB分析に導入します。サンプルとマトリックスの混合物を導入する通常の方法は、挿入プローブを使用することです。サンプルとマトリックスの混合物は、プローブ上のステンレス鋼サンプルターゲットにロードされ、真空ロックを介してイオン源に配置されます。試料を導入する別の方法として、連続フロー高速原子衝撃（CF）-FABと呼ばれる装置を用いる方法がある。

連続フロー高速原子ボンバードメント(CF-FAB)では、サンプルは小径のキャピラリーを通して質量分析計の挿入プローブに導入されます。^{[ 12 ]} (CF)-FAB は、マトリックスバック グラウンドの過剰によってマトリックス対サンプル比が高くなり、検出感度が低下するという問題を最小限に抑えるために開発されました。^{[ 8 ]}金属フリットを使用してプローブ上に液体を分散させる場合、この技術はフリット FAB として知られています。^{[ 13 ] [ 14 ]}サンプルは、フローインジェクション、マイクロダイアリシス、または液体クロマトグラフィーとの組み合わせによって導入できます。^{[ 15 ]}流量は通常 1 ～ 20 μL/分です。^{[ 13 ]} CF-FAB は静的 FAB と比較して感度が高いです。^{[ 16 ]}

この FAB の実用化の最初の例は、オリゴペプチド エフラペプチン D のアミノ酸配列の解明でした。これには、非常に珍しいアミノ酸残基が多数含まれていました。^{[ 17 ]}配列は、N-アセチル-L-pip-AIB-L-pip-AIB-AIB-L-leu-beta-ala-gly-AIB-AIB-L-pip-AIB-gly-L-leu-L-iva-AIB-X であることが示されました。PIP =ピペコリン酸、AIB = α-アミノイソ酪酸、leu =ロイシン、iva =イソバリン、gly =グリシン。これは、ミトコンドリアATPase 活性の強力な阻害剤です。FAB のもう 1 つの応用には、凝縮相サンプルの分析への当初の使用が含まれます。FAB は、5000 Da 未満のサンプルの分子量の測定、およびその構造特性の測定に使用できます。 FABは、四重極質量分析計、液体クロマトグラフィー質量分析計など、さまざまな質量分析計と組み合わせてデータ分析を行うことができます。

1983年に、カルシウムの同位体を分析するために高速原子衝撃質量分析法（FAB-MS）を使用する方法を記述した論文が発表された。^{[ 18 ]}グリセロールは使用されず、水溶液中のサンプルがサンプルターゲットに塗布され、分析前に乾燥された。この技術は、中性一次ビームを使用した二次イオン質量分析法に相当した。これは、必須ミネラルの栄養と代謝を研究しているが、熱イオン化質量分析法や誘導結合プラズマ質量分析法（ICP-MS）などの無機質量分析装置にアクセスできない生物医学研究者にとって歓迎すべき進展であった。対照的に、FAB質量分析計は生物医学研究機関で広く見られた。複数の研究室がこの技術を採用し、FAB-MSを使用してカルシウム、鉄、マグネシウム、亜鉛の同位体トレーサー研究で同位体比を測定した。^{[ 19 ]}金属の分析には、質量分析計の最小限の変更が必要でした。ステンレス鋼のサンプルターゲットを純銀のものに交換して、ステンレス鋼部品のイオン化によるバックグラウンドを除去しました。^{[ 20 ]}信号取得システムは、スキャンではなくピークジャンプを実行し、イオン計数検出を行うように変更されることがありました。^{[ 21 ]} FAB-MS では十分な精度と正確さが得られましたが、自動サンプリングオプションがないこともあり、この技術は手間がかかり、サンプル処理速度が非常に低いものでした。^{[ 19 ]} 2000 年代初頭までに、この深刻なサンプリング速度の制限により、鉱物同位体分析に FAB-MS を使用するユーザーは、従来の無機質量分析計、通常は ICP-MS に切り替えるようになりました。当時、ICP-MS は価格と同位体比分析性能も向上していました。