下列何種方法可應用於測定待測物之pKa數值？

本題觀念：

pKa 數值測定 (Determination of pKa) 與 分光光度滴定法 (Spectrophotometric Titration)。 本題考查藥物分析中測定藥物解離常數（pKa）的常用儀器分析方法。pKa 是藥物研發與分析中的關鍵參數，影響藥物的溶解度、吸收、分布及代謝。測定的核心原理在於：利用該分析方法能否區分並定量「離子態」與「非離子態」的藥物濃度比例。

選項分析

• A. 螢光光譜法 (Fluorescence Spectroscopy)：

  • 原理：某些藥物在離子態與非離子態下的螢光強度或發射波長不同，確實可以用來測定 pKa。
  • 限制：此方法僅適用於具有螢光特性的藥物（Fluorophores）。相較於具有紫外線吸收的藥物，具螢光的藥物數量較少，且螢光易受環境因素（如淬滅效應）干擾。因此，雖然可行，但不如紫外光－可見光光譜法普及與通用。

• B. 紫外光－可見光光譜法 (UV-Visible Spectroscopy)：（正確答案）

  • 原理：這是測定 pKa 的標準光譜方法之一（僅次於電位滴定法）。許多藥物分子含有發色團（Chromophore，如芳香環、共軛雙鍵），其離子態（Ionized form）與非離子態（Unionized form）的吸收光譜（最大吸收波長 $\lambda_{max}$ 或吸光係數 $\epsilon$）通常會有顯著差異。
  • 方法：配製一系列不同 pH 值的緩衝溶液，加入定量的待測物，測量特定波長下的吸光度（Absorbance）。根據 Beer-Lambert Law 和 Henderson-Hasselbalch equation，將吸光度對 pH 作圖（得到 S 形曲線），反曲點即為 pKa，或經由計算求得。
  • 優勢：靈敏度高（可測低濃度）、樣品用量少、適用範圍廣（只要有紫外吸收且解離後光譜有變化即可），是藥典與教科書中公認的經典方法。

• C. 拉曼光譜法 (Raman Spectroscopy)：

  • 原理：測量分子的振動能階。雖然質子化與去質子化會改變化學鍵的振動模式（如 C-O vs C-OH），但在水溶液中測定 pKa 通常靈敏度較低，且水本身的拉曼散射雖弱但背景干擾仍存，儀器成本與操作複雜度較高，不作為常規測定 pKa 的首選方法。

• D. 質譜法 (Mass Spectrometry, MS)：

  • 原理：測量分子的質荷比（m/z）。雖然 MS 高度依賴離子化，但標準質譜儀是在氣相或真空環境中操作，而非溶液中的熱力學平衡狀態。
  • 限制：雖然有毛細管電泳-質譜（CE-MS）或滴定-質譜聯用技術可用於 pKa 評估，但質譜本身並非直接測定溶液中熱力學 pKa 的標準獨立方法（不像 UV 或電位滴定那樣直接反映溶液中的平衡濃度比）。

答案解析

答案選 (B) 紫外光－可見光光譜法。 這是因為在藥物分析領域中，除了電位滴定法 (Potentiometric Titration) 外，紫外光－可見光分光光度法 (UV-Vis Spectrophotometry) 是最常用來測定 pKa 的方法。只要待測藥物的共軛酸鹼對在紫外光或可見光區具有不同的吸收光譜（光譜位移或強度改變），即可利用分光光度滴定法（Spectrophotometric titration）準確求得 pKa。

核心知識點

考生應掌握測定 pKa 的兩大主流方法及其適用條件：

1. 電位滴定法 (Potentiometric Titration)：
   • 黃金標準，最常用。
   • 原理：直接測量 pH 變化。
   • 條件：樣品溶解度需夠高，且濃度不能太低。
2. 紫外光－可見光分光光度法 (UV-Vis Spectrophotometry)：
   • 主要替代方法。
   • 原理：利用解離態與未解離態的吸光度差異。
   • 條件：樣品需有發色團 (Chromophore)，且解離前後光譜有變化（Shift in spectrum）。
   • 優點：靈敏度高，適用於低溶解度或低濃度樣品（$10^{-5}$ ~ $10^{-6}$ M）。

參考資料

1. Skoog, D. A., et al. "Fundamentals of Analytical Chemistry." (關於分光光度滴定測定 pKa 的章節)
2. Watson, D. G. "Pharmaceutical Analysis: A Textbook for Pharmacy Students and Pharmaceutical Chemists."
3. Reijenga, J., et al. (2013). "Development of Methods for the Determination of pKa Values." Analytical Chemistry Insights. (詳細比較 Potentiometry, UV-Vis, LC, CE 等方法)
4. Allen, R. I., et al. (1998). "Multiwavelength spectrophotometric determination of acid dissociation constants of ionisable drugs." Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis.