大学入学共通テスト（理科） 過去問
令和6年度（2024年度）本試験
問114 (化学（第5問） 問4)

質量分析法に関する次の文章を読み、後の問いに答えよ。

質量分析法では、（a）きわめて微量な成分を分析することができる。この方法では、真空中で原子や分子をイオン化した後、電気や磁気の力を利用して（b）イオンを質量ごとに分離し、これを検出することで、イオン化した原子や分子の個数を知ることができる。

イオンの質量（¹²C原子の質量を12とした「相対質量」）に対して、検出したそのイオンの個数（またはその最大値を100とした相対値で表した「相対強度」）をグラフにしたものを質量スペクトルという。

図2は、メタンCH₄を例としたイオン化の模式図である。外部から大きなエネルギーを与えると、CH₄から電子が放出され、CH₄^＋が生成する。与えられるエネルギーがさらに大きいと、CH₄^＋の結合が切断されたCH₃^＋やCH₂^＋などが生成することもある。
CH₄をあるエネルギーでイオン化したときの質量スペクトルを図3に、相対質量12～17のイオンの相対強度を表1に示す。相対質量が17のイオンは、天然に1％存在する¹³CH₄に由来する¹³CH₄^＋である。CH₄^＋のような、電子を放出しただけのイオンを「分子イオン」、CH₃^＋やCH₂^＋のような結合が切断されたイオンを「断片イオン」とよぶ。

¹²C以外の原子の相対質量は、その原子の質量数とはわずかに異なる。分子量がいずれもおよそ28である一酸化炭素CO、エチレン（エテン）C₂H₄、窒素N2の混合気体Xの、相対質量27.98～28.04の範囲の質量スペクトルを図4に示す。図中のア～ウに対応する分子イオンの組合せとして正しいものはどれか。最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、¹H、¹²C、¹⁴N、¹⁶Oの相対質量はそれぞれ、1.008、12、14.003、15.995とし、これら以外の同位体は無視できるものとする。