1.2. 質量とは

質量分析とは「質量情報を得る手法」ですが、ここで言う質量とは、体重計や電子天秤で量る重さとはスケールが大きく異なります。質量分析では電場や磁場を利用して測定された値から非常に小さなスケールの質量情報を得ることが可能であり、原子や分子の質量を知ることができます。

1.2.1. 原子とは

あらゆる物質は、原子と呼ばれる極めて小さな粒子から構成されています。原子は物質を形作る基本構成単位であり、これが集まることで分子、あるいは形態としての固体、液体、気体といった物質が形成されます。

原子は、原子核とその周囲を取り巻く電子から構成されます。原子核は陽子と中性子で構成されます。陽子は正の電荷を持ち、電子は負の電荷を持ちます。中性子は電荷を持たないため電気的に中性です。

原子核を取り巻く電子の数は、通常状態では陽子の数と等しくなります。陽子と中性子の質量はほぼ同じですが、電子の質量は陽子の質量の約1840分の1しかありません。そのため、原子や分子の質量は陽子と中性子の数でほぼ決定されます。 

1.2.2. 元素と同位体

原子の性質は陽子と中性子の数の違いによって異なります。陽子の数は原子番号と呼ばれ、原子番号が同じであれば同じ元素に分類されます。元素は原子の種類を区別する基本的な要素です。つまり、陽子の数が異なる原子は化学的性質が異なるため、異なる元素であるといえます。一方、陽子と中性子を合わせた数のことは質量数と呼ばれます。同じ元素でも中性子の数が異なると、化学的性質は同じままですが、異なる質量数を持つ同位体となります。

1.2.3. 分子とは

原子どうしが結合すると、より複雑な構造である分子となります。分子は複数の原子が化学結合によって結びついたものであり、物質の特性を決定する基本的な単位でもあります。例えば、水分子 (H₂O) は、2つの水素原子と1つの酸素原子が共有結合することによってその特性を示します。こうした分子構造の組み合わせによって、私たちの身の回りに存在する物質の多様性が生まれます。

1.2.4. 統一原子質量単位 (unified atomic mass unit) とは

原子や分子の1つずつの質量は非常に小さいため、グラムやキログラムのような単位で表現するのは非常に不便です。そのため、質量分析では原子や分子の質量に統一原子質量単位が使用されます。
統一原子質量単位は、静止した基底状態 (有結合していない) の質量数12の炭素原子 (¹²C) 1原子の質量の12分の1の質量と定義されており、記号はu (ユー) を用います。
1 uは 1.660 539 068 92 (52) × 10-²⁷ kgであり、カッコ内の数値は不確かさを示します。

統一原子質量単位を用いて小数点以下3桁以降まで表される質量は計算精密質量 (calculated exact mass) と呼び、質量分析のおいて重要な情報となります。