下列有關質譜分析的敘述，何者錯誤？

本題觀念：

本題主要考查 質譜分析 (Mass Spectrometry, MS) 的基本原理，特別是關於「離子化 (Ionization)」、「碎片化 (Fragmentation)」以及「偵測限制 (Detection limits)」的核心概念。質譜儀運作的黃金準則為：只有帶電荷的離子 (Ions) 才能被電磁場操控並被偵測器偵測，中性分子或中性自由基無法被偵測。

選項分析

• A. 含鹼性氮原子的藥物可能在酸性溶液中帶電荷而被質譜儀偵測到 (正確)

  • 解析：這是液相層析串聯質譜 (LC-MS) 中最常用的電灑離子化 (ESI) 正離子模式原理。含鹼性氮原子（如胺基 amine）的藥物在酸性移動相（mobile phase，通常含 formic acid）中極易接受一個質子 ($H^+$)，形成帶正電的假分子離子 ($[M+H]^+$)。一旦帶電，便能被質譜儀的電場導引並偵測。

• B. 帶電荷的藥物分子可進一步片段化 (正確)

  • 解析：這描述的是 串聯質譜 (Tandem MS, MS/MS) 的過程。在第一階質譜選定特定的前驅離子 (Precursor ion，即帶電荷的藥物分子) 後，會將其送入碰撞室 (Collision cell) 與惰性氣體（如氬氣、氮氣）碰撞 (CID, Collision-Induced Dissociation)，使其化學鍵斷裂產生碎片離子 (Product ions)，用於結構鑑定。

• C. 在質譜中，藥物分子的所有碎裂片段都可以被偵測到 (錯誤)

  • 解析：這是本題的錯誤選項。根據電荷守恆與質量守恆定律，當一個帶電荷的前驅離子 ($M^+$) 發生碎裂時，通常會產生一個帶電的碎片離子 ($F^+$) 和一個中性的碎片 (Neutral fragment, $N$)。
  • 反應式範例：$M^+ \rightarrow F^+ + N$ (中性分子或自由基)。
  • 質譜儀只能偵測帶電粒子。中性碎片不帶電荷，不受電磁場影響，會直接被真空系統抽走或撞擊管壁消失，因此無法被偵測器看到。並非「所有」片段都能被偵測，只有帶電的那一部分才行。

• D. 溶劑分子有機會跟藥物分子的碎裂片段結合，產生新的離子訊號 (正確)

  • 解析：在離子源 (如 ESI) 或高壓區域，藥物分子或其碎片可能與溶劑分子（如甲醇 MeOH、乙腈 ACN）或背景離子（如 $Na^+$, $K^+$, $NH_4^+$）發生 加成反應 (Adduct formation)。
  • 例如：形成 $[M+Na]^+$, $[M+K]^+$, 或溶劑加成物 $[M+MeOH+H]^+$。這些加成物具有特定的質量電荷比 ($m/z$)，會作為額外的離子訊號出現在圖譜中，有時甚至會干擾定量或定性分析。

答案解析

答案為 C。質譜儀利用電磁場來篩選與傳輸粒子，其物理限制在於僅能偵測帶電荷的離子。當分子碎裂時，必然會產生中性丟失 (Neutral Loss)，這些中性部分無法產生訊號，故「所有碎裂片段都可以被偵測到」之敘述錯誤。

核心知識點

1. 偵測原理：質譜儀 (Mass Spectrometer) = 離子的天平。No Charge = No Signal (無電荷即無訊號)。
2. 離子化模式 (ESI)：
   • 鹼性藥物 (Basic drugs) + 酸性環境 $\rightarrow$ 正離子模式 ($[M+H]^+$)。
   • 酸性藥物 (Acidic drugs) + 鹼性環境 $\rightarrow$ 負離子模式 ($[M-H]^-$)。
3. 碎片化 (Fragmentation)：
   • $Even-electron ion \rightarrow Even-electron ion + Neutral molecule$
   • $Radical cation \rightarrow Cation + Radical$ (僅 Cation 被偵測)
4. 加成離子 (Adducts)：常見的有 $[M+Na]^+$ (+22 Da), $[M+K]^+$ (+38 Da), $[M+NH_4]^+$ (+18 Da)，需能識別以避免誤判分子量。

參考資料

1. Mass Spectrometry - Principle - "Only positively charged fragments are detected, as neutral fragments lack the necessary properties for magnetic field deflection."
2. Electrospray Ionization (ESI) - LibreTexts
3. Adduct Formation in LC-MS