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串聯質譜與LC-MS/MS藥物定量

科目:專技 - 藥物分析與生藥學(包括中藥學)|題數:10
串聯質譜與LC-MS/MS藥物定量
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建立於 2026年10月22日

學習重點 掌握液相層析-三段四極柱串聯質譜(LC-MS/MS)是藥物及代謝物血中濃度定量最常用的儀器。 理解串聯質譜的基本流程:選擇前驅離子、誘導碎裂、分析產物離子,並區分游離源與質量分析器。 比較三段四極柱與離子阱:前者擅長選定離子對進行定量,後者適合多階段碎裂(MSⁿ)與結構追蹤,常用氦氣作碰撞氣體。 辨認碰撞誘導解離(CID)的應用:不純物、降解產物結構解析、胜肽胺基酸序列分析、離子對定量;並記住它不能解析光學異構物立體結構,且再現性不佳、不適合建立通用圖譜資料庫。 核心觀念 一、LC-MS/MS 為何適合血中藥物定量? 血液檢體含有蛋白質、脂質與其他內生性物質,分析時必須兼顧分離能力與偵測選擇性。液相層析先分離待測物及部分干擾物,串聯質譜再依前驅離子與產物離子的組合進行偵測,因此廣泛用於藥物及代謝物的血中濃度定量。 此類定量最常搭配三段四極柱質譜儀(triple quadrupole)。許多藥物及代謝物具有極性、不易揮發或受熱不穩定,適合液相層析分析;氣相層析通常要求待測物具有適當揮發性與熱穩定性,部分化合物還需衍生化。磁場式質譜儀體積大、價格高,不是常規血中濃度定量的主流。看到「藥物與代謝物血中濃度定量最常使用的儀器」,應選LC-三段四極柱 MS/MS。 二、串聯質譜的本質:先選離子,再看碎片 質量分析器依質荷比(m/z)區分離子。串聯質譜先選取特定的前驅離子(precursor ion,亦稱母離子),使其碎裂,再分析所生成的產物離子(product ion,亦稱子離子)。碎片的質量、組合及中性損失,可提供原分子結構線索。 串聯質譜的特色包括: 可選擇性地將特定分子(離子)片段化:只讓選定 m/z 的離子進入碎裂步驟。 可提供更多待測物結構相關的訊息:由碎片推回分子結構。 可多次片段化:例如對碎片再選取、再碎裂,將化合物片段化兩次、三次甚至更多次(MSⁿ)。 可提高分析靈敏度與選擇性:兩次質量篩選排除背景雜訊,提高訊雜比。 ESI(電灑游離)與 EI(電子游離)是游離方法,不是質量分析器。串聯質譜不是把 ESI-MS 與 EI-MS 兩台不同的質譜儀直接串接;其關鍵在於能依序進行「離子選擇 → 碎裂 → 質量分析」,可用多個分析器在空間上串連(如三段四極柱),也可在同一分析器內依時間順序完成(如離子阱)。 ESI 屬軟性游離,通常主要得到分子離子(如 [M+H]⁺),碎片資訊偏少。接上串聯質譜後,可針對選定離子進行碎裂,補足 ESI 碎裂資訊不足之處。因此 ESI 與三段四極柱結合,相較於單段四極柱、單段飛行時間或雙聚焦磁場式,能獲得最多分子結構資訊。 三、三段四極柱:以特定離子對進行選擇性定量 區段主要功能判讀關鍵 Q1篩選特定 m/z 的前驅離子決定讓哪一種離子進入碰撞區 q2作為碰撞池,使離子與惰性氣體碰撞而碎裂主要負責碎裂,並非再篩選一個特定 m/z Q3分析或篩選產物離子取得碎片資訊,或監測指定產物離子 定量時,選取特定的「母離子 → 子離子」轉換(transition)進行監測。監測單一組轉換稱為選擇反應監測(SRM);同時監測多組轉換常稱為多重反應監測(MRM)。兩次質量選擇可降低基質背景干擾,提升定量的選擇性與靈敏度。 四、離子阱與多階段質譜:追蹤碎片的來源 離子阱(ion trap)可將離子儲存在阱內,依時間順序完成選擇、碰撞碎裂及分析,並可再選取某個產物離子繼續碎裂,反覆進行,稱為多階段質譜(MSⁿ):MS² 為選取前驅離子碎裂後分析,MS³ 再選取 MS² 的某個碎片碎裂,依此類推。 分析 diphenhydramine 等藥物的氧化產物時,可比較原藥與氧化產物的逐級碎裂路徑,追蹤哪些碎片保留氧化造成的質量增加(如 +16),進而推定氧化位置。題幹出現多次碎裂(MSⁿ)、逐級追蹤結構或判斷修飾位置時,選離子阱質譜儀。單段飛行時間、磁場式、單段四極柱都不具備在同一儀器內反覆選取並碎裂的能力。 離子阱常使用氦氣(He)作為緩衝與碰撞氣體:氦氣可冷卻離子、使離子集中於阱中心,並在碰撞活化時促成碎裂。三段四極柱的碰撞池則常用氮氣或氬氣,不要混淆。 五、CID 的應用與判讀界線 碰撞誘導解離(collision-induced dissociation, CID)是使離子與中性惰性氣體碰撞,將部分動能轉為離子內能,促使化學鍵斷裂並產生碎片的方法。主要應用: 結構分析:提供不純物、降解產物及代謝物的碎裂片段資訊,協助解析其結構。 定量分析:選取特定母離子/子離子對進行偵測,增加血中藥物濃度定量的選擇性與靈敏度。 胜肽分析:胜肽骨架斷裂形成 b、y 系列離子,由相鄰離子的質量差推定胺基酸組成與序列。 CID 不能用來解析光學異構物的立體結構:對映異構物質量相同、碎裂行為幾乎一致,質譜無法區分,需搭配手性層析等方法。 CID 的再現性不佳:碎裂結果受碰撞能量、氣體種類與壓力、儀器型式等影響,不同儀器間圖譜差異大,因此不像 EI(標準 70 eV)圖譜適合建立通用的質譜資料庫。 測定蛋白質胺基酸序列:先以酵素(如胰蛋白酶)將蛋白質消化成胜肽,再以串聯式液相層析質譜法(LC-MS/MS)分離並分析碎片。聚丙烯醯胺膠體電泳(估分子量、分離)、超高速離心(依沉降分離)、快速蛋白質液相層析(FPLC,純化)都只能分離或純化,不能讀出胺基酸序列。 常考陷阱 「串聯質譜是將 ESI-MS 及 EI-MS 兩台不同質譜儀直接串聯」:錯。ESI、EI 是游離法;串聯質譜的本質是「選離子 → 碎裂 → 再分析」。 「串聯質譜可將化合物片段化三次」「可選擇性將特定分子片段化」「可提供更多結構訊息」:皆為正確敘述,不要誤判為錯誤選項。 「MS/MS 可提高分析靈敏度」「可補足電灑法碎裂資訊偏少」:皆正確;靈敏度提升來自背景雜訊降低、訊雜比提高。 「CID 再現性非常好,其質譜圖可供資料庫建置」:錯。CID 受操作條件與儀器影響大,再現性差;通用資料庫以 EI 圖譜為主。 「CID 可解析光學異構物的立體結構」:錯。對映異構物質量與碎片相同,CID 無法分辨。這是「非 CID 應用」題的標準答案。 「多次碎裂判斷氧化位置選 TOF、磁場式或四極柱」:錯。需要 MSⁿ 時選離子阱。 「離子阱碰撞氣體選氬氣」:錯。離子阱常用氦氣;氬氣、氮氣多見於三段四極柱碰撞池。 「ESI 搭配 TOF 或雙聚焦磁場式得到最多結構資訊」:錯。單段分析器只測 m/z,無串聯碎裂;應選三段四極柱。 「血中藥物定量最常用 GC 或磁場式質譜」:錯。應為LC-三段四極柱質譜。 「電泳、超高速離心、FPLC 可定胺基酸序列」:錯。這些只能分離純化,定序要靠串聯式 LC-MS。 記憶口訣 「血中定量液三極;一選母、二碰撞、三看子。」LC-三段四極柱定量;Q1 選前驅離子、q2 碰撞碎裂、Q3 分析產物離子。 「離子阱,留離子;選了碎,碎再選;阱內常用氦。」離子阱做 MSⁿ 多次碎裂、判斷修飾位置;碰撞氣體為氦。 「碎片看結構、胜肽定序列、離子對定量;光學立體撞不出,CID 圖譜難建庫。」

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  1. 27.於 LC/MS 進行 diphenhydramine 氧化產物分析時,若欲運用多次碎裂(MS )質譜資訊判斷其氧化位置,下列 何種質譜儀最適合? (A...
  2. 13.下列關於串聯式質譜儀(tandem MS)之敘述,何者錯誤?(A)係將兩台不同的質譜儀,例如ESI-MS及EI-MS,直接串聯在一起 (B)可提...
  3. 30.下列何種分析方法可測定蛋白質之胺基酸序列? (A)聚丙烯醯胺膠體電泳法 (B)超高速離心分離法 (C)串聯式液相層析質譜法 (D)...
  4. 17.電灑游離(ESI)源常與下列何種質量分析器結合而獲得最多分子結構資訊? (A)雙聚焦磁場式(double focusing magnetic secto...
  5. 22.使用離子阱(ion trap)之質譜儀常用何種氣體進行裂解反應? (A)氙 (B)氦 (C)氖 (D)氬
  6. 22.使用離子阱(ion trap)之質譜儀常用何種氣體進行裂解反應? (A)氙 (B)氦 (C)氖 (D)氬
  7. 15.於質譜分析中,下列何者不是撞擊誘導碎裂法(collision induced dissociation, CID)的主要應用? (A)解析光學異構物的立體...
  8. 36.有關串聯式質譜儀(MS/MS)的敘述,下列何者錯誤? (A)可補足電灑法分子碎裂資訊偏少的不足 (B)可提高分析靈敏度 (C)可增...