採用氣相層析儀定量 menotrophin 中殘留的水分，下列何種偵測器最適合？

本題觀念：

本題考查的是氣相層析法 (Gas Chromatography, GC) 偵測器的選擇與特性，特別是針對水分 (Water) 的分析。

在藥物分析中，雖然水分測定最常用的標準方法是卡爾費雪滴定法 (Karl Fischer Titration)，但題目設定的情境是「採用氣相層析儀」，因此考生必須根據分析物（水分）的化學性質來選擇適合的偵測器。

選項分析：

• A. 焰火離子偵測器 (Flame Ionization Detector, FID)：

  • 原理：利用氫氣火焰燃燒有機化合物產生離子，藉此產生電流訊號。
  • 適用性：對含有 C-H 鍵的有機化合物非常靈敏，是 GC 最常用的偵測器。
  • 錯誤原因：水分 ($H_2O$) 不含碳，燃燒時不會產生離子，因此 FID 對水分幾乎無反應（甚至可能因為水分冷卻火焰而產生負峰或干擾），無法用於定量水分。

• B. 電子捕捉偵測器 (Electron Capture Detector, ECD)：

  • 原理：利用放射源 ($^{63}Ni$) 釋放電子，當具有高陰電性 (electronegative) 的官能基通過時會捕捉電子，導致背景電流下降。
  • 適用性：對含鹵素 (F, Cl, Br, I)、硝基、氰基等具陰電性基團的化合物極為靈敏（如農藥、多氯聯苯）。
  • 錯誤原因：水分對電子的捕捉能力極弱，不適合使用 ECD 偵測。

• C. 熱傳導偵測器 (Thermal Conductivity Detector, TCD)：

  • 原理：利用載流氣體（通常為氦氣）與分析物在熱傳導係數 (Thermal Conductivity) 上的差異來偵測。當分析物通過熱絲時，帶走的熱量與純載流氣體不同，導致熱絲溫度和電阻改變，進而產生訊號。
  • 適用性：屬於通用型偵測器 (Universal Detector)，只要熱傳導係數與載流氣體不同的物質皆可偵測，包含有機物、無機氣體及水分。
  • 正確原因：TCD 是氣相層析中唯一適合且常用於偵測無機氣體與水分的通用偵測器。雖然其靈敏度不如 FID，但在定量殘留水分或溶劑時已足夠。

• D. 放射化學偵測器 (Radiochemical Detector)：

  • 原理：偵測具有放射性的同位素。
  • 適用性：用於代謝研究或放射性藥品分析。
  • 錯誤原因：Menotrophin 中的殘留水分通常不具放射性，故不適用。

答案解析

正確答案為 (C) 熱傳導偵測器（thermal conductivity detector）。

雖然 Menotrophin（人類停經後性腺刺激素）的水分測定在藥典中通常優先使用 Karl Fischer 法，但若依題目要求使用氣相層析法 (GC) 進行分析，由於水分無法在 FID 中產生訊號，必須選擇對所有物質（包含無機物）皆有反應的 TCD 才能順利檢測並定量。

核心知識點

考生應熟記常見 GC 偵測器的適用範圍（口訣：FID看有機，TCD看全部，ECD抓鹵素，NPD找氮磷）：

1. FID (Flame Ionization Detector)：

   • 對象：幾乎所有有機化合物 (含 C-H)。
   • 不適用：$H_2O$、$CO_2$、$N_2$、$O_2$、甲醛、甲酸等（無 C-H 或高氧化態）。
   • 特點：靈敏度高，線性範圍廣，最常用。

2. TCD (Thermal Conductivity Detector)：

   • 對象：通用型（有機 + 無機，含 水分）。
   • 特點：非破壞性，但靈敏度較低（約 $10^{-7} g$）。
   • 應用：水分測定、永久氣體分析。

3. ECD (Electron Capture Detector)：

   • 對象：含鹵素、硝基等高陰電性物質。
   • 應用：環境荷爾蒙、農藥殘留。

4. NPD (Nitrogen-Phosphorus Detector) / FPD (Flame Photometric Detector)：

   • 對象：含 氮 (N)、磷 (P) 或 硫 (S) 的化合物。

參考資料

1. USP <921> Water Determination: 一般水分測定標準方法 (Karl Fischer)，但也提及特定情況下可使用其他方法。
2. Instrumental Analysis Textbooks (e.g., Skoog, Watson): 確認 TCD 為通用型偵測器，可用於偵測水分；FID 對水分無反應。