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114年:藥學二(第2次)

下列何者最不可能是層析時造成波峰不對稱性的原因？

A載入過多樣品到層析管內
B分析物發生降解
C分析物不易於管柱中滯留
D層析系統中的無效空間（ dead volume ）不足夠

詳細解析

本題觀念：

本題考查的是層析圖譜波峰不對稱性（Peak Asymmetry）的成因。理想的層析波峰應呈現高斯分佈（Gaussian distribution），但在實際操作中，波峰常會出現拖尾（Tailing）或前延（Fronting）。了解造成這些變形的原因對於層析方法的開發與除錯至關重要。

主要影響波峰對稱性的因素包括：

  1. 樣品負載量（Sample Loading）：過載會導致不對稱。
  2. 化學效應：如分析物降解、次級交互作用（如與矽醇基作用）。
  3. 物理/系統效應：如管柱填充不均、系統無效體積（Dead Volume）。
  4. 滯留因子（Retention Factor, k′k'）：滯留過弱的波峰容易受系統效應影響。

選項分析

  • A. 載入過多樣品到層析管內 (Loading too much sample)：

    • 會造成不對稱。
    • 這稱為管柱過載（Column Overloading）。當樣品濃度或總量超過固定相的負荷能力時，會發生「質量過載」（Mass Overload）或「體積過載」（Volume Overload）。
    • 這通常會導致波峰出現前延（Fronting，鯊魚鰭狀），因為高濃度部分的移動速度與低濃度部分不同（朗繆爾等溫吸附線 Langmuir isotherm 的非線性區間）。

  • B. 分析物發生降解 (Analyte degradation)：

    • 會造成不對稱。
    • 若分析物在管柱中發生化學反應或降解，反應物與產物會同時被沖提但持續互相轉換或分離，導致波峰形狀扭曲、出現寬波峰、拖尾或峰間的平台（plateau），嚴重破壞對稱性。

  • C. 分析物不易於管柱中滯留 (Analyte does not retain easily)：

    • 可能會造成不對稱。
    • 這意味著滯留因子（k′k'）很小，波峰很早沖提（接近無效體積 t0t_0）。
    • 對於滯留弱的波峰（Early-eluting peaks），其波峰寬度（標準差 σ\sigma）很小。根據層析理論，管柱外效應（Extra-column effects）對窄波峰的影響最為顯著。即使是正常的系統管路體積，對於極早沖出的窄波峰也容易造成明顯的擴散與拖尾。
    • 此外，若樣品溶劑強度高於移動相，低滯留波峰極易受「溶劑效應」影響而變形或分叉。

  • D. 層析系統中的無效空間（dead volume）不足夠 (Insufficient dead volume)：

    • 最不可能是原因（即：這是正確答案）。
    • **無效體積（Dead Volume / Extra-column Volume）**是指進樣器到偵測器之間，扣除管柱填充物後的所有液體容積（包含管路、接頭、偵測器流通池）。
    • 在層析系統中，**過大的無效體積（Excessive dead volume）才是導致波峰擴散（Band broadening）和拖尾（Tailing）**的主要物理原因，因為它提供了額外的混合空間。
    • 相反地，「不足夠」的無效體積（意指無效體積極小）是層析系統追求的理想狀態。無效體積越小，波峰越尖銳、對稱性越好。因此，「無效體積太小」絕不會是造成波峰不對稱的原因。

答案解析

答案：D

題目詢問「最不可能」的原因。選項 A、B、C 都是層析實務中常見導致波峰變形（不對稱）的已知因素。選項 D 描述的是「無效體積不足（太小）」，這在物理上是有利於波峰對稱的，唯有「無效體積過大」才會導致波峰拖尾與不對稱。故 D 為錯誤敘述，即為本題答案。

核心知識點

考生應複習影響 波峰形狀（Peak Shape） 與 解析度（Resolution） 的關鍵參數：

  1. 不對稱因子 (Asymmetry Factor, AsA_s) 與 拖尾因子 (Tailing Factor, TfT_f)：
    • As>1A_s > 1 (Tailing)：成因包括次級交互作用（矽醇基）、管柱塌陷、無效體積過大。
    • As<1A_s < 1 (Fronting)：成因主要是樣品過載（Overloading）、樣品溶劑不互溶。
  2. 范廷特方程式 (Van Deemter Equation)：H=A+B/u+C⋅uH = A + B/u + C \cdot u
    • 了解渦流擴散（A）、縱向擴散（B）、質傳阻力（C）如何影響波峰寬度。
  3. 管柱外效應 (Extra-column Effect)：
    • 系統管路、偵測器體積應盡可能小（Minimized Dead Volume），以避免波峰變寬與拖尾，特別是對**低滯留（Low k′k'）**的波峰影響最大。

參考資料

  1. Chrom Tech, Inc. - What Causes Peak Tailing in HPLC? (說明過大的 Dead Volume 與 Silanol interaction 是拖尾主因).
  2. Yamol - 114年藥師國考題庫討論 (確認考題出處與選項敘述).
  3. LCGC International - Troubleshooting Peak Shape Issues (確認 Overloading 造成 Fronting/Tailing).
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