有關氣相層析法之敘述，下列何者錯誤？

本題觀念：

本題考查氣相層析法（Gas Chromatography, GC）的基礎原理，涵蓋層析管柱類型比較、固定相極性選擇、攜帶氣體（Carrier gas）的特性以及立體異構物分離策略。

選項分析

• A. 毛細管柱比填充管柱的樣品承載量低 (正確)

  • 填充管柱 (Packed column)：管柱內填充了固體載體，固定相塗布在載體表面，因此具有較大的表面積與固定相總量，能容納較多的樣品而不易過載（Overload），樣品承載量（Sample capacity）較高。
  • 毛細管柱 (Capillary column)：屬於空心管柱，固定相僅塗布在管壁上（薄膜狀），雖然分離效率（解析度）遠高於填充管柱，但因固定相量少，樣品承載量極低（通常僅能進樣 ng 級別），常需搭配分流進樣（Split injection）技術。

• B. 聚乙二醇（ carbowax ）管柱適合分析極性檢品 (正確)

  • Carbowax (Polyethylene Glycol, PEG)：屬於極性固定相。
  • 依據「相似相溶（Like dissolves like）」原則，極性固定相適合用來分析極性化合物（如醇類、醛類、有機酸等）。非極性管柱（如 DB-1, 100% Dimethylpolysiloxane）則適合分析非極性檢品。

• C. 通常使用氬氣作為攜帶氣體 (錯誤)

  • 常用攜帶氣體：GC 最常用的攜帶氣體是氦氣（Helium, He）、氮氣（Nitrogen, N₂）和氫氣（Hydrogen, H₂）。
  • 氦氣 (He)：最常用，因為其擴散係數適中，在較寬的流速範圍內能維持良好的分離效率（HETP 較低），且不可燃、安全性高。
  • 氬氣 (Argon, Ar)：原子量大、擴散速率慢，導致分離效率極差（Mass transfer阻力大），且成本較高。除非是配合特定偵測器（如氬氣離子化偵測器）或特殊需求（如 ICP-MS 連用），否則極少被用作一般 GC 的攜帶氣體。

• D. 可用前置衍生法分離光學異構物 (正確)

  • 光學異構物（Enantiomers）在非掌性（Achiral）環境下的物理性質相同，無法直接用一般管柱分離。
  • 分離策略有二：
    1. 掌性管柱法：直接使用含有掌性固定相（如 Cyclodextrins）的管柱。
    2. 前置衍生化法 (Pre-column derivatization)：使用掌性衍生劑（Chiral derivatizing agent）與樣品反應，將一對「光學異構物（Enantiomers）」轉變為「非對映異構物（Diastereomers）」。非對映異構物具有不同的物理性質（如沸點、極性），因此可用一般非掌性管柱分離。

答案解析

題目要求選出錯誤的敘述。 選項 (C) 敘述「通常使用氬氣」與事實不符。氣相層析法最普遍使用的攜帶氣體為氦氣（對應毛細管柱最佳效率）或氮氣（對應填充管柱或低成本需求），氬氣並非標準常規氣體。

核心知識點

1. GC 攜帶氣體 (Mobile Phase)：
   • 氦氣 (He)：最常用，效率佳（最佳流速約 20-40 cm/s）。
   • 氮氣 (N₂)：便宜，但最佳流速低（約 12 cm/s），分析時間長，適合填充管柱。
   • 氫氣 (H₂)：效率最高（擴散快），但有爆炸危險。
   • 氬氣 (Ar)：效率差，極少使用。
2. 管柱比較：
   • 填充管柱：樣品承載量大、解析度低、多用於製備或氣體分析。
   • 毛細管柱：樣品承載量小（需分流）、解析度高、分析速度快、靈敏度高（訊號窄而尖）。
3. 固定相選擇：
   • 非極性 (如 DB-1, DB-5)：分析烴類、生物鹼、一般藥物。
   • 極性 (如 Carbowax/PEG)：分析醇、酸、極性代謝物。
4. 光學異構物分離：
   • 方法一：掌性固定相（直接分離）。
   • 方法二：掌性衍生化試劑（形成非對映異構物 diastereomers 後分離）。

參考資料

1. Skoog, D. A., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2017). Principles of Instrumental Analysis. (Chapter on Gas Chromatography).
2. Phenomenex. (2025). Capillary column vs. packed column in GC.
3. Agilent Technologies. (2025). Frequently Asked Questions: Carrier Gas Selection.