以電噴灑游離法搭配質譜儀進行線上偵測反應

目前常用的游離方式可分為電噴灑游離法 ⁶ (electrospray ionization, ESI) 和 介 質 輔 助 雷 射 脫 附 游 離 法 ⁷ (matrix-assisted laser desorption/ionization, MALDI) 兩種，前者適用於有機小分子的分析，後 者則較常用於生化大分子等的分析。1989 年時 Fenn⁶等人發表了電噴灑 Pressure Ionization, API) 方式設計液相實驗裝置(圖 2-2)，先行利用光解 的 triphenylethylene 分子溶於甲醇作光化學反應的模擬實驗，以證明此裝 置可被應用於即時監控反應動力學的變化。作者利用開發的裝置搭配汞

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圖 2-2 ESI-MS 搭配汞弧光燈作光化學反應之裝置示意圖⁸

而在 1999 年時 Dell’Orco⁹ 等人利用直接注射電噴灑游離法 (direct injection electrospray ionization) 結合質譜儀 (圖 2-3) 的方法監測在甲苯 (toluene) 溶劑下，利用哌啶 (piperidine) 催化 Knoevenagel 縮合反應，

並藉由相對離子含量對時間作圖，得到動力學速率及反應機制的資訊，

由動力學曲線可以得知起始物、中間產物及產物三者間隨時間變化的轉 換關係。

圖 2-3 直接注射電噴灑游離法結合質譜儀裝置示意圖 ⁹

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2005 年 Santos¹⁰等人也利用 ESI-MS 質譜法搭配光化學反應裝置的 概念作線上偵測有機反應，探究反應機制。作者設計一微型反應器 (microreactor) 作有機反應的反應槽介面，連接質譜儀作線上偵測 (圖 2-4)，並說明此裝置的優勢是能快速偵測反應結果。搭配 HPLC 管線與 注射針幫浦而設計了針對有機反應的即時偵測裝置，搭配 ESI-MS 直接 從溶液中快速偵測反應的中間體 (intermediate)，這將會對有機化學家在 研究化學反應的機制上獲得更多資訊。

圖 2-4 微型反應器混和分析液後搭配 ESI 游離源進行偵測¹⁰

2005 年 Augusti¹¹ 等人利用 ESI 游離法搭配串聯式質譜儀線上即時 監測咖啡因 (caffeine) 在水中的氧化降解反應 (圖 2-5)，藉由 ESI 軟性 的游離方法將起始物、中間產物以及產物從溶液裡轉換到氣相離子狀態。

咖啡因水溶液在 TiO₂/UV 條件下，反應零分鐘時看到質子化咖啡因訊號 (m/z 195)，隨著反應時間來到九十以及一百五十分鐘時，除了質子化咖 啡因訊號外，質譜圖上額外出現兩個訊號峰，分別是咖啡因降解後所產 生的 dimethylparabanic acid (m/z 143) 和 dimethylparabanic acid 降解後

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所產生的 di(hydroxymethyl)parabanic acid (m/z 175)，反應時間越長，降 解後產物的相對含量會越多 (圖 2-6)。而將此兩降解產物作碰撞誘導解 離後得到斷片資訊，進一步地確定其產物結構。

圖 2-5 咖啡因氧化降解反應式¹¹

圖 2-6 咖啡因降解反應之質譜圖:

(a) 反應零分鐘； (b) 反應九十分鐘； (c) 反應一百五十分鐘¹¹

2011 年 Creaser¹²等人利用離子遷移 (Ion Mobility, IM) 光譜法結合 質譜儀來進行即時反應的偵測。此 IM-MS 的方法是利用電噴灑游離法來 提 供 氣 相 分 析 物 ， 藉 由 氫 氧 化 鈉 水 溶 液 使 得 7-fluoro-6-hydroxy-2-methylindole 進行去質子化反應後進一步聚合形成 二聚體 (dimer)、三聚體 (trimer) 直到六聚體 (hexamer) 為止，並得到質 荷比和漂移時間 (drift time) 的資訊，即時偵測反應時間大約持續了幾小 時，而每隔幾分鐘就取樣並進行分析。ESI-IM-MS 的方法對於藥物反應

13 Dissociation, CID) 確認結構，使得反應結果更具有說服力。

2007 年 Santos¹⁴ 等人利用了電噴灑游離法搭配串聯質譜儀 (tandem mass spectrometer) 進行了施蒂勒反應 (Stille reaction) 的線上偵測。在電 噴灑游離法正電模式 (positive ion mode) 下，施蒂勒反應裡所有主要步

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(direct infusion electrospray ionization spectrometry) 與 膜 進 樣 質 譜 法 ^21,22,23 (membrane introduction mass spectrometry, MIMS) 已經有了許多線上即時偵測的應用與研究，但為了 改善前處理的繁複步驟，於 2004 年由 Cooks⁵等人所研發出來的脫附電 噴灑游離法 (desorption electrospray ionization, DESI) 帶動了一連串新的 常態游離方式的發展。常態游離法為一不需要樣品前處理、不受腔體限