藥物分析共筆14 線上搶先看

983 A&B 藥物分析共筆 14

Mass Spectrometry

質譜儀

學號：

姓名：

時間工作事項負責人

2012/06/07

2012/06/14 Mass Spectrometry 許秀蘊老師主授

2012/06/15 完稿蘇意翔

2012/06/15 完稿池逸榛

2012/06/15 完稿陳韻如

2012/06/15 組長繳交日期葉晴雯

2012/06/15

2012/06/15 彙整稿件及一校

江冠霖

林聖凰

2012/06/16 二校完畢蔡依芸

2012/06/18 三校完畢並送印張瑞麟

這次的完成時間表真是太可怕了！把組員們、組長、組頭們壓榨了~ T A T

Pharmaceutical Analysis

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質譜學 Mass Spectrometry

Outline: 蘇意翔

1. Mass spectrometry 簡稱 MS，質譜儀。

2. MS 主要用來決定原子或分子的質量，進而得到分子結構或其組成(但須以 NMR 氫譜或

碳譜的輔助才可看出立體結構)。

3. MS 非光譜，測量時不需要光源，所以不屬於光譜學的部分。

一、原則

1. 整個分子必須是帶有正電荷(因被打掉一個電子)或是分子斷片，當檢品於高真空中或檢

品將進入高真空中時產生。

2. 檢品穿過高真空區域後產生帶正電的分子或分子片段，使用不同的方法使離子化分子於

氣相中產生，進入電場和磁場後，調整不同的電場和磁場的強度，測定其分子量或分子

斷片所產生斷片的分子量。

二、應用

1. MS 提供高專一性的方法來決定跟確認藥品或原料藥的結構。

(1) GC-MS：MS 連結 GC(較早出現的)

(2) LC-MS: MS 連結 LC(現有 LC-MS-MS，即 LC 連結兩個 MS，可用於定量)

2. 可用來測定

(1) 藥物中的不純物檢測

(2) 賦形劑的定量物

3. 提供高敏感度、高專一性的方法測定在 biological fluids and tissues 中的藥物或

4. 其代謝物。

5. 優點：

(1) 因敏感性度高，檢品所需的量少，因此可快速辨識與追蹤非常微量的物質或不純物，

最理想是用層析分離搭配高解析度的質譜儀來決定檢品最基本的組成。

(2) LC-MS 或 GC-MS 接 electrospray mass spectrometry(電噴灑，或電灑離)或

re-emergence of time of flight mass spectrometry(TOF)，可應用於醫療用抗體與

peptide 的品質控制。

【註】electrospray mass spectrometry(電噴灑，或電灑離)或 re-emergence of time of

flight mass spectrometry(TOF)皆為 LC 接MS 的介面，後面會提到。

6. 缺點：

(1) 一般大量的檢品或 routine 的檢測不適合用 MS，因為 MS 不像 UV visible 或螢光可

一次檢測很多檢品。

(2) MS 的機器較昂貴，並且需要專業的技術人員操作。


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三、裝置

上圖為 MS 的裝置，以下為老師提到的部分：

1. Electron beam：由電子撞擊檢品，使檢品維持原來的分子狀態(只失去一個電子，

帶正電)或被撞擊成很多帶正電的分子斷片。

【註】被 Electron beam 撞擊掉的部分為一個分子內最容易被打掉的部分，例如：氧

的未配對電子易被撞擊掉；醇類具有 OH 基，其中氧原子上的電子易被撞擊掉。

2. 帶正電的分子或分子斷片進入磁場後：

(1) 分子量大者，於管壁內彎曲程度較小；分子量小者，於管壁內彎曲程度較大，

兩者皆會撞擊到管壁。

(2) 因此，在一定磁場強度(H)和固定的偏折曲率半徑(r)下，只有一個固定分

子量的帶正電分子或分子斷片可通過。

(3) 可藉由調整磁場和電場的強度，使所有不同分子量的正電荷分子和分子

斷片都可通過。

1. Inlet system：將檢品氣化，約 400℃。不穩定的檢品不應於太高溫下氣化。

2. Ionization：

(1) Electron Impact(EI)：即上圖的 electron beam。

(2) Electron spray Ionization(ESI)：適合大分子檢品。

(3) Fast Atom Bombardment (FAB) Accelerating：較少產生分子斷片，較能保持分子原貌。

(4) Field Ionization：M+，具有高的靜電場。

(5) Chemical Ionization：多加入甲烷氣體，加入前先被 EI 撞擊後使其離子化，再加入檢品。


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高能量的電子可撞擊檢品使之成為 Radical cation，而只有帶正電的分子斷片可被

MS 偵測到。

【註】Radical cation：當分子失去一個電子時，變成帶正電荷且擁有一個未配對電子，這

個離子便稱為 Radical cation。

3. Accelerating Chamber：

(1) 離子化的粒子片段接著受到電壓的影響而加速。

(2) 當固定電場強度(V)時，只有一種質量的粒子可通過而到 Detector。

(3) 因此為了使全部質量範圍的粒子都能被偵測到，電場強度會依一定的速率改變。

4. Drift chamber：

(1) 經過 Accelerating Chamber 加速過後的粒子片段接著於此受到磁場的影響。

(2) 為了避免粒子片段彼此之間的碰撞，Drift chamber 須保持在高度真空狀態。

5. Detector：

(1) 最常用的檢測器：Electron multiplier。

(2) 到達檢測器後，需透過一連串的電子撞擊粒子片段來放大訊號。

四、基本原理

1. 可決定分子量與分子結構，較紅外光譜、核磁共振光譜簡單。

2. 帶正電荷之粒子，在電場中加速呈直線進行。

3. 當此粒子進入磁場後，因帶電粒子與磁場作用，行徑發生偏折，其路徑呈曲線進行。

4. 由加速電場強度(V)、磁場強度(H)、偏折的曲率半徑(r)，可導出粒子的荷質比(mass/

charge ratio ,m/e)關係：

=

(1) 當 H (磁場強度) & r (偏折的曲率半徑) 固定→ m/e (荷質比)與 V (加速電場強度)成

反比。

(2) 大多數粒子所帶電荷多為單一正電荷，即 e=1→m(質量)與 V(加速電場強度)成反比。

(3) 因此，加速電壓(V)改變，偵測器所收集到的訊號即為不同質量的粒子所產生，以此

原理便可得知不同質量粒子的存在與強度。

A. 以電子撞擊檢品的力量大小與斷片多寡有關。

B. 一定磁場強度(H)，改變電場強度(V)，偏折的曲率半徑(r)會改變。

C. 不同電荷走的路徑會不一樣，難以測定，因此我們會固定路徑(r)和磁場強度(H)，

藉由改變電場強度(V)來得到不同的荷質比(m/e)。

5. 分子離子(Molecular ion)：

(1) 分子進入 MS 後受電子撞擊，失去一個電子形成一帶正電荷之離子(少一個電子，質

量數不改變)，此離子即為分子離子(Molecular ion)。

(2) 分子離子可繼續斷裂形成數個斷裂離子(Fragment ion)。


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6. 母峰(Parent peak or Molecular peak, M )：

7. 分子離子維持在 10-5秒後斷裂，即可在斷裂前達到偵測器，可得到分子離子所產生的峰

線，即為分子量，此峰線稱為母峰以 M 表示。

8. 分子離子斷裂所產生的斷裂離子於 MS 質譜上皆可得到相對的峰線，一完整的質譜即由

分子離子與所有斷裂離子的峰線所構成。

9. 基峰(Base peak)：質譜中強度最大的峰線稱為基峰，其強度定為 100%，而其他峰線之

強度是以基峰之相對比例訂出。

例如：甲醇質譜

→ m/e=32：甲醇受電子撞擊，失去一個電子而帶正電

+ e → + 2e

→ m/e=31：外圍 Ortibal 上有一個未配對電子，繼續受電子撞擊而失去一個氫

→ CH2OH+ + H‧

→ m/e=15：去掉一個 OH

→ + ‧OH

→ m/e=29：斷 H2

CH2OH+‧→ CHO++ H2

【註】

1. 找一個最高峰當 100，再設置其他峰的相對高度

2. 縱軸：m/e ；橫軸：相對強度

3. 相對強度可以判斷出有幾個 C 或 O，特殊的 S 或 Cl 或 Br

4. 基峰不一定為分子量，但是為最穩定的斷片

5. 老師問說：甲醇分子量為 32，那為何在 m/e = 33 和 34卻出現訊號？

答：

m/e = 33 → 因自然界中有1.1%的 13C同位素存在，所以在m/e = 33時出現少量的訊號。

m/e = 34 → 由異元素 S、O 所造成。

母峰基峰


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五、 A Schematic View of a Magnetic MS

1. 將檢品導入儀器源中，在高度真空狀態下，在探針末端加熱至變成蒸氣(氣化)。

2. 分析物在蒸氣狀態下(氣相)被 rhenium(錸)或 tungsten(鎢)所產生的電子撞擊，而加速朝

向具 70eV 能量的正靶。分析物導入於電絲與靶之間，會因為電子撞擊引起離子化。

3. 因為使用的電子能量通常比分析物內的化學鍵結(4~7eV)大很多，所以撞擊後通常會產

生斷片。

4. 以荷質比為基礎分離的離子，常用的系統分成兩種形式。

(1) Magnetic sector mass spectrometer 磁扇型質譜儀

A. 氣相的檢品受到具有一定能量的高速電子撞擊後，分子變成帶正電荷的分子離子。

B. 分子離子經過電場的作用使離子加速。電場強度越大→分子離子速度越大。

C. 帶正電荷的分子離子經過加速後進入磁場，也會因磁場的作用而加速，其加速度與

磁場強度有關。因帶電粒子與磁場作用，行徑發生偏折，其路徑呈曲線進行。

D. 此儀器大致上的測定原理為：固定 H (磁場強度) & r (偏折的曲率半徑) ，改變 V (加

速電場強度)，使不同分子量的斷片走相同弧度的半徑。

E. 磁扇形儀可分離的離子到 0.0001amu 或以上，可測定未知化合物的正確質量，而

得知其元素組成。

檢測器

磁場

電場

同學你還剩下不到五天的時間就要考期末考了

你還剩下幾本共筆還沒讀勒~~ 嘿嘿加油吧!!


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(2) Quadrupole mass spectrometer 四極質譜儀

A. 四極質譜儀由四根短而平行的金屬棒所組成，以四方形之對角線對稱排列。

B. 相對的金屬棒一對接到直流電的正極，另一對接到負極，加一電壓於這兩對電極棒

上。

C. 電場不會使通過的粒子加速，但卻會使粒子繞行進的中心軸振動，只有某種荷質比

的粒子才能通過而不會與金屬棒相撞而除去。

D. 利用兩個在正確角度之電場(一為直流電、一為無線電頻率)，依 m/e 比分離離子。

E. 振動創造每一個 m/e 值的共振頻率，在四極的頻率中能共振的離子(只有某種荷質

比的粒子)會通過 Quadrupole 而被檢測出來。

F. 四極儀的靈敏度大，收集的離子動能範圍較廣。

六、 Mass spectral analysis 檢品的處理

1. 離子化(ionization)：檢品在儀器中的 ion source 被氣化而後離子化，並產生一定量的

斷片離子。

2. 加速(Acceleration)：離子化的粒子片段接著受到電壓的影響而加速。

3. 分離(Separation)：mass analyzer 會根據離子的荷質比做篩選。

【註】固定 H (磁場強度) & r (偏折的曲率半徑) ，即所有離子走的路徑是固定的，改變 V (加速

電場強度)，來測量荷質比。

4. 偵測(Detection)：離子分離後，離子走過的途徑最後撞擊到偵測器，測量電荷並放大

訊號，而後轉換成我們所看的 mass spectrum(MS 圖譜)。

5. 分子斷裂的方式有很多種，最常見的為下圖兩種：

(1) M → + e→ → + N

失去一個 radical，所形成的cation在失去一個中性斷片(即 → + N)

(2) M → + e → + N →

失去一個中性斷片，因為仍具有一個未配對電子，所以可以再失去一個(即

radical + N → )，還可再失去一個中性斷片。

檢品行進方向

鎢絲燈放出電子撞擊檢品


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(3) Chemical ionization(CI-MS)過程以甲烷為例：

A. Primary reaction(Ionization)：甲烷離子化

B. Secondary reaction(Autoprotonization)：有三種可能途徑

(a) 離子化的甲烷失去一個質子

(b) 離子化的甲烷跟甲烷分子發生反應造成一個質子轉移

(c) 失去一個質子的甲烷離子，即(a)的產物，跟甲烷分子反應產生氫氣

C. Collision with M：檢品 M 進入

(a) 如果檢品 M 與反應，會給檢品 M 一個 H，自己變成，因此

測得的分子量即為 M+1

(b) 如果檢品 M 與反應，測得的分子量為 M+29，需減掉 29 才是真正的分

子量。

【註】用甲烷和檢品 M反應時，一般無法看到分子峰，即真正的分子量位置看不到，但

在 M+1的位置會出現一個分子峰，將它減 1 即為真正的分子量。


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七、分子量的決定

1. 分子離子的壽命若能維持大於 10-5秒，則其達到質譜儀之偵測器時，不會發生斷裂，

在質譜上就可得到明確的母峰，即正確的分子量。

2. 同位素之存在：

(1) 在質譜儀中被加速的離子質量是實際的離子質量，而非週期表上的平均質量，例如；12CH4 (m=16.03132) ，13CH4 (m=17.03468)

(2) 因此母峰並非最後一個峰線，在母峰的後面尚有其他同位素存在而產生的 (M+1、

M+2(由 S、O 提供))等峰線。

3. 分子離子根本沒有或很少：分子在受到電子束撞擊時，有可能斷裂成很多碎片，產生

很複雜的質譜，此時若分子離子不穩定，存在時間很短(壽命小於 10-5秒)，則在質譜

中母峰不明顯，甚至看不到，造成分子量不易決定。

(1)

只要看到質譜裡有 m/e = 91 的訊號出現即為甲苯。


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(2)

雖然此醇類分子量為 242，但在質譜中觀察不到，是因為醇類容易脫水斷裂，因此

於質譜上最高的 m/e 值為 242，→此圖即說明質譜的最高 m/e 值不一定為真正的

分子量。

(3)

A. 芳香族化合物因為電子可在苯環上 conjugated，所以穩定度高，母峰出現的機率較大。

B. 共軛烯類有雙鍵不易斷裂。

C. 環狀化合物穩定度高不易斷開。

D. 有支鏈的碳氫化合物會從支鏈的地方斷開。

E. 醇類容易脫水，所以穩定度低，母峰出現的機率較小。

F. 酸、醚、酯類有異元素(O,N,S)存在時，異元素具有未配對電子，易被打掉一個電子，

因此異元素旁所接的碳(α 位或 β 位)上的鍵結容易斷裂，因此不易看到母峰。


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4. 氮規則 (Nitrogen Rule) ：

(1) 分子中含奇數個氮原子，其分子量為奇數

(2) 分子中不含或含偶數個氮原子，其分子量為偶數。

(3) 此規則適用於分子中含 C、H、O、N、S、P、鹵素等元素。

(4) 例如：NH3 (m/e = 17) ，C2H5NH2 (m/e = 45) ，C2H4 (m/e = 32) 。

(5) 不含氮元素之有機化合物其分子量為偶數，因此常以氮規則來判定氮是否存在；反之

若元素分析無氮的存在，則母峰應為偶數。此點亦可幫助正確分子量的判定。

5. 分子中若有 N、O、S 等元素之化合物

(1) 其共軛酸離子較穩定，出現的機率高。

(2) 若檢品的量較多(蒸氣壓大於 0.5mmHg 時)，分子的碰撞機會增大，易發生質子轉移

至 N、O、S 上而形成共軛酸離子。

(3) 此時其共軛酸離子之質量較分子離子多 1(較易抓 H)，使得(M+1)的峰線強度比正常

因同位素產生的(M+1)的峰線強度增大，因此可藉此比較判斷母峰的位置，定出正確

分子量。

八、分子式的決定池逸榛

1. 以分子量及實驗式推導分子式。

2. 由高解析度質譜儀所得精確分子量推導分子式。

【補充】老師再三強調精確分子量非常重要，要算到小數點後 4~5 位才算精確。

3. 由 M+1、M+2（同位素含量）相對含量推導分子式。

4. 藉由元素分析推導出實驗式，再配合質譜所提供之分子量，即可推導出正確的分子式。

(1) 下圖介紹常見元素和同位素，可利用公式算出 M+1、M+2 的相對含量，並和實際值

符不符合來作為依據判斷。

A. 氯和溴的分子量與同位素 M+2 含量比是 3:1 及 1:1

【考題】氯和溴的峰線強度


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(2) 一化合物含 C、H、O，經元素分析 C含量為 75%，H含量為 10.71%，O含量為 14.29%，

其質譜如下圖，試求分子式。

(3) 質譜必須要用精確原子量去算分子量：


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(4) 利用精確原子量計算分子量

解：若用高解析度測得未知化合物分子量為 60.058，即可知 C3H8O 才是未知化合物的

分子式。

(5) 一化合物經質譜測定分子量為 42，而（M）、（M+1）、（M+2）相對量的比值如下，則

可能是 C3H8、CH2N2、C2H2O2中哪一個化合物。

A. 依公式分別計算各化合物之 M+1、M+2 相對量如下：

B. 由上列可能分子的（M+1）、（M+2）相對量的計算可知正確的分子式應為 C3H8。


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九、影響離子碎片形成的因素

1. 弱鍵易形成離子碎片

2. 帶有電荷的離子和自由基的分子斷裂後為安定的片斷，因此容易形成離子碎片。

3. 有環狀的過渡型態或是形成氫鍵的分子，因為斷片穩定度的上升，也越容易形成離子

碎片。

十、分子斷裂的形式（ex：EtOH）

1. Homolytic α-cleavage：檢品中若含有 O、N、S 等異原子（hetero atom）時，經常發

生此種斷裂（在雜原子旁產生斷裂），所以 peak 值往往最高，常為 base peak。

2. 一化學鍵結斷裂，而形成帶有未配對電子（UE，Unpaired Electron）的自由基。這些

自由基會進一步與分子中的異原子之未配對電子對結合，形成雙鍵；此時異原子會帶

正電（只要帶有電荷便會被偵測出）。

3. 最常見：失去最大的基團（如 ethanol 的質譜中，m/z=31 的 base peak 就是失去 CH3）。

4. α-cleavage 分成兩種：

(1) Homolytic：均勻的斷裂（各分一個鍵結的電子）。

(2) Heterolytic：電子會跑到同一個斷片上，另一斷片形成 cation。

【補充】 α-cleavage：異元素所接的碳為α碳，α碳與β碳的鍵結斷裂就稱作α-cleavage，

以下會有圖例。

(3) Homolytic α-cleavage 及 Heterolytic 的斷裂：


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(4) 更多 Homolytic α-cleavage 的例子：

→ 有支鏈的醇產生 m/z=45 的斷片機率很高

→ isobutanol 的 base peak 斷片為進行 α-cleavage，所產生的 UE 電子轉移到 O 上產生

C=O 鍵結，也使 O 帶有一個正電。

→ isobutone的斷片和上面一樣行 α-cleavage，產生的 UE 電子轉移到 O 上形成三鍵，

也使 O 帶有一個正電，所形成的 m/z=43 的斷片，其穩定度也很高，因此可以用來

辨識非直鏈的酮類。


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→ 為醚類的 α-cleavage，產生的 UE 電子轉移到 O上產生雙鍵，也使 O帶有一個正電。

醚類必產生 m/z=45 的斷片，但須注意與醇類之 m/z=45 斷片不同。

→ amine類的 α-cleavage，產生 m/z=44 的斷片為判斷 amine 類的重要斷片。

5. 同分異構物的比較：二丁醇（butan-2-ol）及正丁醇（n-butanol）兩者的分子量一樣，

但是 OH 基的位置不同，造成斷片位置不同，質譜就不一樣。

(2) n-butanol：M.W.=74

A. m/z=73，失去 H‧

B. m/z=56，失去 H2O；醇類因 Homolytic α-cleavage 易失去 H2O

C. m/z=31，為 Homolytic α-cleavage 所產生的 CH2O+H

(1) butan-2-ol：M.W.=74

m/z=73，失去 H‧

m/z=59，失去 CH3‧

m/z=45，失去 C2H5‧

以上皆為 Homolytic α-cleavage


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6. 環狀的 transition state

(1) 分子以類似六圓環構造脫水：n-butanol 之 OH 抓住第三個 CH3的其中一個 H 為一段

（自行脫水成 radical），形成類似六圓環構造，會進行 1,4-elimination。

(2) 分子內質子轉移（intermolecular proton transfer）

A. O（異原子）會先被打掉一個電子，形成帶正電和一未配對電子

B. 接著進行 Homolytic α-cleavage

C. 最後進行分子內質子轉移

7. 以下表格是較易斷裂的 molecular ion，由質譜上斷片的 m/z 值對照一下表格，就可以

大概推測斷片是哪一種結構，框起來是老師有提到的常用判斷數值。

【師曰】有表可以查，當然不用記~


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8. 環狀構造的斷片（fragmentation of ring structure）

(1) EI mass spectrum of cyclohexanol


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(2) 由逆（retro）Diels-Alder 斷裂產生 limonene 的 EI 質譜：一般有機合成是從右向左

一步步合成，為 Diels-Alder 反應；裂解時則由左向右，稱作 retro Diels-Alder

fragmentation。

9. codeine 和 bupivacaine 的質譜（老師說不用特別記結構跟斷片，只要知道有各種斷裂

方式即可）：

m/z 68


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10. 同位素波峰：chloroquine 含有 Cl，則 M：M+2（319：321）的強度比為 3：1。

【補充】NICI：Negative Ion Chemical Ionization，負離子化學離子化。為溫和的離子化技術，

在分子中產生的斷裂很少，故生成一量大的分子離子，可清楚觀察出 chloroquine 的

同位素峰。（老師後面才有提到）

(1) C13老師提了很多次，很重要

(2) Cl 及 Br 可以對照前面同位素的圖，一定要記得 3：1 和 1：1

11. L-dopa 的斷裂：老師只有提到 Homolytic α-cleavage。


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12. McLafferty rearrangement 重組

(1) 當羧酸 carboxylic acid（R1=OH）、酮 ketone（R1=CH2R）、酯 ester（R1=OR）和

醯胺 amides（R1=NHR）擁有 3個碳以上的側鏈，會藉由γ碳上的氫原子轉移至氧

上，產生 McLafferty rearrangement 過渡期環化的狀態，然後再斷裂。此反應在 mass

中出現的機率頗高。

(2) Apronal 有醯胺基，也符合支鏈大於 3 個碳，於是進行 McLafferty rearrangement，

從 α 碳斷裂。

十一、 GC-MS：Gas Chromatography-Mass Spectrometry

1. 簡介

(1) packed GC column 充填好的 GC 層析管：流速很大，20mL/min

(2) interface 介面：jet separator 噴射分離器（緩衝區），有推進力，可以將 GC中的大

量 carrier gas（移動相氣體）抽掉。

(3) GC capillary column 毛細層析管：流速很小，0.5~2mL/min

(4) GC 的後面接著 MS，因為 GC 目的是要分離檢品，再由 MS 去鑑定。

介面：Jet separator

移除移動相


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2. ★GC-MS 的四種 Ionization Techniques：

(1) Electron Impact（EI）：電子撞擊

(2) Total Ion Current（TIC）：看總離子電流大小，會攜帶檢品一起進入 MS

(3) Positive Ion Chemical Ionisation（PICI）：

持續加入移動相氣體，會被攜入 MS，例：methane、isobutane、ammonia。

(4) Negative Ion Chemical Ionization（NICI）：

加入移動相氣體並與電子碰撞，所以電壓要維持在 10eV 以下（正常是 70eV），電

壓減小則 molecular ion 明顯，因此斷裂減少，碎片也隨之減少。因為 negative ion

吸引電子的能力很強，就可以捕捉這些低能量的熱電子。

十二、講義上各式各樣的圖譜 (知道原則即可，太複雜的圖譜參考就好) 陳韻如

1. Psoralen 的 TIC GC 層析圖(上圖)及質譜(下圖)

【補充】經過第一次MS 之後，得到了許多 peak，若我們想更詳細的知道某一個 peak 所代表

的資訊時，可以把這條 peak 所分離出的 compound induced 到另外的 MS 內，再繼續

分析其斷片，這就是是所謂的 GC-MS-MS 連續的質譜儀。


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2. Methane 在 PICI 內產生的離子

(1) 將 methane 甲烷(移動相氣體的一種)和電子反應，離子化產生 PICI，methane 被

電子撞擊產生這些斷片，再去跟檢品反應。methane 的加入產生許多 cations 會去

攻擊檢品，然後加在檢品上，所以有些 peak 會比原來 m/z 大，故須注意此種質譜

上的 m/z 非真正的分子量。

(2) 如下圖，psoralen 的 PICI spectrum，以 methane 當作移動相氣體，在 215(186+29)、

227(186+41)等處有 peak (psoralen 的分子量為 186)。

3. psoralen 的 NICI 質譜【補充】(老師只快速看圖沒多說什麼，以下補充自 96 共筆)

(1) 原理：由 Electron capture 的方式(兩種)

A. 檢品 AB 和電子撞擊後，產生共振性電子捕捉，會 resonate 在一起。

B. 檢品 AB 和電子撞擊後，產生解離性電子捕捉，dissociate 成 A-和 B。

總結：檢品被電子撞擊後沒有讓電子跑出去，把電子留在自己裡面。


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(2) 利用 psoralen 的 NICI 質譜中發現，m/z=186 的 peak 代表此化合物的電子捕捉屬

於 resonance capture。因為抓到的是電子，所以分子量不改變；又因為儀器中的

O2所造成 218 的地方有 peak(186+32=216)。

4. 用 GS-MS 看 propanolol 純度【補充】例如塑化劑的檢測

(1) 由 propanolol 的 GS-MS 可看到兩個明顯不純物的 peak，不純物來自於合成時的中

間產物 isopropyl。

(2) propanolol 的 EI 質譜

A. 從 propanolol 的合成可見，在通過 GC 後，鏈末端的-CH(CH)2會斷裂，有可能是

斷 1 個到 3 個。所以在 m/z=259 的 propanolol 分子離子發現，會因為產生斷裂，

而在 m/z=155、144 處有 peak。


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於 EI條件下主要斷片 (m/z=155) 的發生機轉：

B. propanolol 中 impurity 2 的 EI 質譜較 impurity 1 多了一個 isopropyl group，分子

量為 301，主要 fragment 同樣是 m/z=158 的 peak。

【補充 96 共筆】比較上面兩圖，m/z=158時皆有明顯 peak，此雜質可能是因為合成時加入了

isopropylamine 試劑，其內含的 disopropylamine 所造成的結果。


25

十三、 LC-MS 界面(Interfaces)★

【補充】GC-MS 或是 LC-MS，最重要的是從 GC出來的話帶有大量的氣體，從 LC 出來的話帶有大

量的 solvent，所以從 LC接 MS 的界面非常重要。

【補充】老師簡單帶過，有強調的以底線註明。

1. 粒束型 Partical beam

(1) 一種常用且是範圍很廣的介面。

(2) 自檢品去掉揮發性溶劑分子。

(3) Sample和 solvent分子由 column注入

→通過 jet-separation→solvent分子揮

發，sample 入 MS，以 EI、PICI、NICI

方式離子化。

(4) 沒有溶劑的關係所以靈敏度高，檢品有

10-12g 就可以被偵測到。

(5) 溶劑的流速最高可以有 1ml/min，測

得的分子量販為最高可達 1000amu。

2. 熱噴 Thermal spray

(1) 從層析管來的沖提物會先被氣化，大約

只有 1%的蒸氣會轉移到質譜儀中，其

餘氣體會被當作廢氣給排掉。

(2) 因為檢品中有溶劑蒸氣存在，所以離子

化過程所需能量會比較少，且與溶劑會

形成複合物，其敏感度較低，約為

10-9g。

(3) 偵測到的化合物分子量達到

2000amu。

(4) 一般藥物、天然的分子量都不會超過

2000amu，所以大部分都測得到。

加油~ 再過幾天你就可以擁有和他一樣的笑容了


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3. 高速原子撞擊 FRIT-FAB

(1) 移動相含有 1%左右是不揮發性基

質，如甘油。所以流速慢。

(2) 流出來的檢品會進入含多孔盤的中

心，而且溶劑會在這時候揮發，只剩下

含檢品的不揮發性基質。此時來自 FAB

槍中的高速原子(Xe or Cs)會來撞擊在

基質中的檢品而產生具高能量的原

子，可以將我們所需要檢測的檢品分子

給離子化。

(3) 可用來測檢品的分子量(若用EI要減低

電壓，斷片才不會太碎)：

屬於溫和離子化技術(soft

ionization)，不會讓檢品有太多的斷裂

產生，因此由質譜儀所偵測出來的圖不

會有太多的峰線，並且會保留原檢品分

子量的母線，所以我們通常要測檢品的

分子量時，會利用此介面。

(4) 對親脂性化合物的靈敏度高：10-12g

(5) 偵測到的分子量可達 2000amu 以上

(6) 因為移動相是直接進入質譜儀中，所以

流速只有 10μl/min。

4. 電灑離子化 Electrospray (ES, ESI) ionization

(1) 最常見的 LC-MS 界面

(2) 在大氣壓下將整個流入的物質形成帶

有電賀的物器，而大部分的溶劑會被氮

氣帶走，最後留下帶有電荷的物質會被

靜電荷吸盤吸進質譜儀中。

(3) 適合極性較大的分子

(4) 流速可達 1ml/min，但最好還是在

200μg/min 以下。

(5) 測定小分子化合物以及分子量大到

200000 左右的大分子化合物。


27

5. 大氣壓離子化 Atmospheric pressure ionization(API)

(1) 類似上述 ES(電灑離子化)

(2) ES 所用的儀器可簡單的被轉變成 API

的技術，相較於 ES 是用於極性較大的

分子，API 則適合極性較小的分子，故

API界面可以用來捕捉ES界面的不足。

(3) 利用電暈放電來產生像是 H30+、N2+

這類離子造成檢品離子化。

(4) 在正常 LC 流速 0.2~2ml/min 下被操

作，流速快。

基質輔助雷射脫付具飛行時間 Matrix-asisted laser desorption with time of flight

(MALDI-TOF)

(1) 檢品須先溶於吸收光的基質中，由脈衝

雷射促進檢品離子化。

(2) 使用 Reflectron 的裝置，提高分離效

果，使離子化合物在進入無磁場區域前

就可以因彼此間動能不相同而產生一

定分離。

(3) 利用離子化合物到達檢測器所花的時

間長短來判斷其分子量大小。

(4) 由點為確保質譜間沒有重疊的情況產

生，是測量大分子蛋白質(>200000

amu.)分子量大小的最理想技術。

6. 離子陷阱 Ion trap

(1) Ion trap 界由 circular electrode 環形

電擊抓住特定離子以分離離子。

(2) 被抓住的離子在軌道上好好地運行，會

因為不同的電壓而射出。

(3) 這系技術發展快速且裝在四級質譜儀

有好處，可將離子困住直到 tandem

MS-type 的裂片產生。

(4) 可以困住想得到的離子，在其被射出或

分裂前將不需要的離子先去除。

(5) 優點為其可以 filter out background，

避免背景值的干擾。


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【補充 96 共筆】整理

1. FAB：soft，適合 lipophilic compound

2. ES：最常見的 LC-MS 界面，適合極性分子

3. API：類似 ES，但離子化較類似 CI，適合極性小的分子

4. Additional ion separation methods 額外的離子分離方法(測大分子用)包括 MALDI-TOF

和連接式質譜

十四、選擇不同的離子化法(範例)

1. lidocaine(lignocaine)

(1) ESI spectrum of lidocaine(lignocaine)：235[M+Na]+，多了 Na 分子量多 23。

7. 連接式質譜儀 Tandem mass spectrometry

(1) 一種 MS-MS 裝置，利用四極中之一

極過濾掉我們所要的化合物，而得到

我們所要的化合物的分子離子；再將

其打入碰撞室內利用氬氣(Argon)誘

發分子離子進一步的選擇性斷片；再

利用第二極去分離選擇二極斷片重

覆上述步驟。可用三極、四極或是更

多，使分析更加精準。

(2) 優點為當一化合物在通過第一個質

譜儀時被分解成許多分子碎片之

後，能再去選擇要利用的質譜斷片再

去打第二個質譜儀，使分析更精細。

(3) 和 ESI(Electospray ionization)併用，

不會產生太多分子碎片，可在有限的

檢品斷裂中選取繼續想要分析的片

段。

(4) 快速又精確的判斷出檢品為何種化

合物

氬


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(2) Product ion spectrum produced by CID(Collision induced dissociation) of the

molecular ion at m/z 235：235[M+H]+，多了 H 分子量多 1。

2. ketamine(短效麻醉劑)

(1) Mass spectrum of ketamine produced by ESI with CID

(2) Mass spectrum of ketamine produced by EI ionization(GC-MS Electron impact)


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3. Kanamycin：由質譜看其斷片、斷裂次序

4. cytochrome C：以 ESI 可產生多帶電量離子(multiply charged ions, z≠1)來分析大分子

蛋白質【補充】師：以下都對大學部來說太複雜

可由相連的帶電斷片求出帶電離子量：

n = Ma-1/Ma-Mb; (n = the charge on Mb; Ma & Mb are adjacent ions)

n = 720.8 -1/ 720.8 -680.8 = 719.8/40 = 17.99


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5. 以 ES-MS 的雜訊看 insulin-derived growth factor 的雜質

6. 蛋白質：生物科技常用質譜的 peptide 間隔找出蛋白質序列


32

十五、斷裂的九大原則★必考

1. 直鏈分子的 molecular ion peak 比有支鏈的分子 intensity 還要高(因直鏈的被打斷

機率較大，支鏈較小)，且其 peak 高度會隨著支鏈增加而減少。(見第 3 點)

2. 在同一系列的物質中，其分子量增加會使 molecular ion peak 的相對高度下降(因為碳

數越小，被打斷機率越小) Fatty ester 為例外。

即 Mw↑， relative height of molecular ion peak↓(in homologous series)

3. 碳上的烷基取代越多，越易造成斷裂；碳陽離子的取代基越多越穩定。

→ 就安定度而言：三級碳楊離子 > 二級 > 一級(CH3+ > RCH2+ > R2CH+ > R3C+)，因

此被打斷形成三級碳陽離子機率最大。

(在支鏈裡，取代基越大，很容易被打斷成 radical，而長鏈型的 radical，因為電子可

以在各個碳上游離，所以安定性高。)

4. 雙鍵、環狀化合物(特別是芳香環或雜環)之斷片出現機率高，因其可以利用共振來提

高穩定度。

5. 雙鍵偏好 allylic cleavage，因為有利於雙建的共振，使穩定度增加。但是本身就有雙

鍵的烯類化合物則不適用此方法(因化合物本身以共振穩定)，不過屬於環烯類

(cycloalkene)的化合物仍可適用。

6. 飽和環易藉由斷 α bond(環出來的第一個鍵)失去支鏈，正電荷會傾向留在環上。

不飽和環會進行 retro-Diel-Alder reaction(Diel-Alder reaction 的逆反應)。

7. 烷基取代之芳香環化合物(alkyl-substituted aromatic compound)，易藉由斷 β bond

失去支鏈，形成非常安定的化合物(benzyl ion 和七環的 tropylium ion)。


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8. 異元素(heteroatom，例如 O,N,S)旁的 C-C單鍵最易斷裂，正電荷會留在含異元素的

斷片上，以其所含 nonbonding electron 提供共振，增加安定性。

9. 一般斷裂常常伴隨著小的、安定的、中性的分子斷裂，例如一氧化碳、olefins(烯烴)、

水、氨(NH2)、hydrogen、sulfide(H2S)、hydro cyanide(HCN)、mercaptans(-SH)、

ketene、酒精，此為通常發生重排的原因。(中性分子易斷裂，但不會被檢查出來。)

10. 範例

(1) 支鏈的斷裂：斷碳少的支鏈，使正離子可以在碳多的支鏈上游離，較安定 intensity

較其他斷片強。

(2) β-cleavage 的三種斷裂

A. 異原素(heteroatom，例如 O,N,S)

B. 雙鍵(allylic cleavage)


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C. 烷基取代之芳香環化合物(alkyl-substituted aromatic compound)

(3) carbonyl group(C=O)利用 α-cleavage 斷裂，會有 m/z=43 斷片。

R=alkyl group, -OH, or OR

(4) 異原素(heteroatom)利用 α-cleavage 斷裂(ex. 醚類)

(5) retro-Diel-Alder reaction(Diel-Alder reaction 合成的逆反應)


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(6) The McLafferty rearrangement

ketone 旁有 α、β、γ 三個碳，由γ碳上的氫原子轉移至氧上，rearrangement 形

成六元環的 transition state，然後斷掉所形成。通常發生在酮、酸及酯類。

primary carboxylic acid 在 m/e=60 會有特殊斷片。

11. 總結 Common Fragment and their Masses

(1) 斷片的分析

(2) 決定分子量和分子的各類組成，判斷出分子特性和結構。


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休息一下繼續加油

我有話要說~~

這個範圍考試前一個禮拜才教完

組員們馬上生出連 97都沒有的電子檔

太強大了~給你們拍拍手

大家要好好念啊...才不會枉費我們熬夜弄出這本QQ

B班組頭林聖凰

這是這學期最後一本共筆了，

只能說秀蘊姐非常的不體恤學生的考前地獄生活，

既然儀器佔期末的 60分以上你不會提早教啊啊啊還亂改授課進度你夠了!!

前面那一堆難背得要死的滴定竟然只佔 30分我都在考慮要不要看了(桑心)

最後，在此感謝這學期組員及組長們非常準時且完美的繳交共筆

(真是辛苦了做MS的各位了沒辦法複製 97共筆 XD)，

感謝瑞姐讓我們班的共筆可以順利出爐，

感謝黑花霓不顧智慧財產權的偷拍老師的上課題目(科科)

還打成電子檔給組頭，

感謝依芸辛苦的排版還要被我們婊笑話不好笑心理測驗不好玩，

感謝聖凰在考前的周末還要陪我小燒午夜的油(笑)審阿渣斃了的罵死

希望大家服用順利啦~祝大家歐嗨趴~

B班組頭江冠霖

這最後(最厚??)一本共筆的完成，是建立在許多個幾乎爆掉的肝上

希望大家好好閱讀

這次做這本共筆的大家都辛苦了

祝大家 all pass啦！

B班組頭蔡依芸

983 A&B藥物分析共筆 14 ~ 版權所有翻印必究 ~

作者：蘇意翔、池逸榛、陳韻如、葉晴雯

主編：張瑞麟

編輯：江冠霖、林聖凰、蔡依芸

精神導師：許秀蘊老師

校對：江冠霖、林聖凰、蔡依芸、張瑞麟

出版者：983 A&B 藥物分析共筆編撰委員會

初版一刷：二 O一二年六月十八日（僅此一刷，絕不再版）

藥物分析共筆14 線上搶先看

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