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114年:藥學二(第2次)

以質譜分析小分子化合物，下列游離法何者較容易產生分子離子 [M]+的訊號？

A電子撞擊（ EI）
B電灑（ESI）
C化學游離（ CI）
D快速原子撞擊（ FAB）

詳細解析

本題觀念：

本題的核心觀念在於區分質譜分析中不同游離法（Ionization Methods）所產生的離子種類。

  • 分子離子 (Molecular Ion, [M]+∙[M]^{+\bullet})：指的是分子失去一個電子後形成的基團陽離子 (Radical Cation)，其質荷比 (m/z) 等於分子的分子量 (MW)。這通常是電子撞擊法 (EI) 的特徵。
  • 準分子離子 (Quasi-molecular Ion) / 質子化分子 (Protonated Molecule, [M+H]+[M+H]^+)：指的是分子獲得一個質子 (H+H^+) 後形成的偶電子離子 (Even-electron Ion)，其質荷比為 MW+1MW+1。這通常是軟性游離法 (ESI, CI, FAB) 的特徵。

題目明確詢問何者產生 [M]+[M]^+ 訊號，因此必須選擇能生成「基團陽離子」的游離方式。

選項分析

  • A. 電子撞擊（EI, Electron Impact）：正確。

    • 原理：利用高能量電子束（通常為 70 eV）撞擊氣態檢品分子，使分子失去一個外層電子。
    • 反應式：M+e−→M+∙+2e−M + e^- \rightarrow M^{+\bullet} + 2e^-。
    • 產物：直接產生帶正電的分子離子 [M]+[M]^+ (Radical Cation)。雖然 EI 屬於硬性游離 (Hard Ionization)，容易造成分子碎片化 (Fragmentation)，導致 [M]+[M]^+ 訊號可能較弱，但在離子生成的本質上，它是產生 [M]+[M]^+ 的標準方法。

  • B. 電灑（ESI, Electrospray Ionization）：錯誤。

    • 原理：在電場下將溶液噴灑成帶電霧滴，經由溶劑揮發與庫倫爆炸產生氣態離子。
    • 產物：ESI 屬於軟性游離，極少打斷化學鍵。在正離子模式下，分子通常會結合一個或多個質子，形成 [M+H]+[M+H]^+、[M+nH]n+[M+nH]^{n+} 或納加成物 [M+Na]+[M+Na]^+。它幾乎不產生失去電子的 [M]+[M]^+。

  • C. 化學游離（CI, Chemical Ionization）：錯誤。

    • 原理：先游離反應氣體（如甲烷、氨氣），產生反應性離子（如 CH5+CH_5^+），再由反應性離子與檢品分子進行質子轉移反應。
    • 產物：主要經由質子轉移形成 [M+H]+[M+H]^+ (Quasi-molecular ion)。雖然某些電荷交換 (Charge Exchange) 條件下可能產生 M+M^+，但在一般藥物分析定義中，CI 是為了獲得 [M+H]+[M+H]^+ 以測定分子量而設計的。

  • D. 快速原子撞擊（FAB, Fast Atom Bombardment）：錯誤。

    • 原理：將檢品溶於液態基質（Matrix，如甘油）中，利用快速原子束（如 Xenon）撞擊表面。
    • 產物：屬於軟性游離，主要透過質子化形成 [M+H]+[M+H]^+ 或與陽離子結合形成 [M+Na]+[M+Na]^+ 等加成離子，而非 [M]+[M]^+。

答案解析

題目問的是 [M]+[M]^+ (Molecular Ion) 的訊號。

  • EI 的機制是 M→M+∙M \rightarrow M^{+\bullet}，產物即為 [M]+[M]^+。
  • ESI, CI, FAB 等軟性游離法的機制主要是質子化或加成，產物為 [M+H]+[M+H]^+ (質量為 M+1)。

因此，只有 電子撞擊 (EI) 是最直接產生 [M]+[M]^+ 訊號的游離法。故正確答案為 (A)。

核心知識點

考生應熟記以下質譜游離法的特徵對照，這是國考常見考點：

  1. 電子撞擊法 (EI)：

    • 類型：硬性游離 (Hard Ionization)。
    • 產物：分子離子 [M]+∙[M]^{+\bullet} (Radical Cation)。
    • 特徵：能量高 (70 eV)，碎片多 (Fragmentation)，指紋圖譜 (Fingerprint) 豐富，適合結構鑑定，需樣品可氣化且熱安定。

  2. 化學游離法 (CI)：

    • 類型：軟性游離 (Soft Ionization)。
    • 產物：準分子離子 [M+H]+[M+H]^+。
    • 特徵：利用反應氣體 (Reagent gas)，碎片少，適合確認分子量。

  3. 電灑法 (ESI)：

    • 類型：大氣壓軟性游離。
    • 產物：[M+H]+[M+H]^+ 或 多價離子 [M+nH]n+[M+nH]^{n+}。
    • 特徵：適合極性大、熱不穩定、高分子量 (如蛋白質) 的化合物，常與液相層析 (LC-MS) 聯用。

  4. 基質輔助雷射脫附 (MALDI) 與 快速原子撞擊 (FAB)：

    • 類型：軟性游離。
    • 產物：多為 [M+H]+[M+H]^+。
    • 特徵：FAB 需液態基質 (Matrix, 如 Glycerol)；MALDI 需固態結晶基質，適合超大分子。

參考資料

  1. Mass Spectrometry Ionization Methods, University of Calgary. Link
  2. Ionization Modes - Mass Spectrometry & Proteomics Facility, University of Notre Dame. Link
  3. 質譜儀原理與應用, 輔仁大學貴重儀器中心. Link
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