表 2-1 電噴灑質譜法的發展歷程 ... 11
1 灑游離質譜法 (brush-spray/ESI-MS)，期望本方法可以減去傳統質譜 儀分析複雜樣品的前處理，省去大量勞力、時間以及有機溶劑。透
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1-2.
研究背景
首台質譜儀的出現是 1907 年由 J. J. Thomson 以放電的方式產生 離子而發展出來。經過後來各種改良，質譜分析從只能分析有機小 分子，到現今已經可以用來分析各式生物大分子。離子化方法由電 子游離法 (electron ionization, EI) [2]，以燈絲產生出電子，並對這些 電子施加電壓，使電子加速並撞擊至氣態樣品，樣品吸收了能量之 後進而產生分析物離子。但由於電子撞擊較為激烈，容易使部份分 析物完全碎裂而看不到分子離子的訊號。為改善此問題 M. S.
Munson 等人於 1966 年提出了化學游離法 (chemical ionization, CI) [3]，利用加熱產生的電子先與另外的反應氣體碰撞，使得這些氣體 子的分析而發展出脫附游離法 (desorption ionization)，此游離法藉由 高能量的電子束或是雷射來產生高能量場，在電場的作用下分析物 脫附出來後成為氣相分子進而被游離，此方法不需加熱可用來分析 不具揮發性、熱不穩定的分析物。而後更發展出電噴灑游離法
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(electrospray ionization, ESI)及基質輔助雷射脫附游離法 (matrix-assisted desorption ionization, MALDI) [4]等游離法，成功分析各種生 物大分子。
而 R.G. Cooks 等人於 2004 年發展出脫附電噴灑游離法
(desorption electrospary ionization)，為一大氣壓力質譜法可在大氣壓 力下測量，此方法可對固體表面上微量的分析物直接進行離子化，
進入質譜儀進行偵測 [5-9]。其利用帶電荷的液滴，藉著高速輔助氣 流撞擊分析物表面，而使分析物表面的生化大分子或有機小分子游 離並脫附，進入質譜儀做分析。此方法的開發使直接離子化質譜分 析技術蓬勃發展，引發研究熱潮。
而在常壓質譜分析技術的新時代下[10-20]，R.G. Cooks 等人首次 提出了紙片電噴灑游離法，結合質譜儀後可成功的檢測多種生物樣
4 電噴灑質譜法 (brush-spray/ESI-MS)，同樣將濾紙改成具有順向性的 毛筆尖，並結合 3D 列印技術將毛筆尖改良成方便使用的採樣筆，
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1-3.
分析物介紹
根據行政院農委會表示，農藥是指用於農林作物或其產物之除 病蟲鼠害、雜草者，或用於調節農林作物生長或影響其生理作用 者。國內農藥分類目前已核准登記者有殺菌劑 190 種、殺蟲劑 167 種、除草劑 97 種、殺蟎劑 26 種、殺鼠劑 5 種、殺線蟲劑 7 種、植 物生長調節劑 26 種、除螺劑 2 種、除藻劑 1 種，另有殺蟲殺線蟲混 合劑 1 種，殺蟲殺菌混合劑 1 種，共計核准登記 517 種農藥產品，
而其農藥有效成分計 366 種。
大部分農藥由於其作用為殺蟲、殺菌或除草等特性，多少對人 體、動物或環境會造成某種程度的風險或危害。但農藥可防治有害 病、蟲或雜草，使用農藥可提高農作之生產。行政院農委會為確保 農藥使用對消費者、農民、勞工及環境之安全性，依據農藥管理法 規，負責國內農藥之登記、輸出入、販售等管理。
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大滅松 (dimethoate)
純質大滅松外觀為無色結晶體，96 %工業級則為白色或是灰色 結晶體，其熔點為 49 °C，易溶於常用有機溶劑中，如酒精、苯、甲 苯、氯仿、二氯甲烷、酮類等，在 20 °C 下溶解度均大於 300 g/kg。
通常製作成粒劑 (granules, GR)或是乳劑 (emulsifiable concentrates, EC)。為一種常見的有機磷農藥，化學名稱為 O,O-dimethyl
S-methylcarbamoylmethyl phosphorodithioate。常用於柑橘類、荔枝、
十字花科蔬菜、龍眼以及菸草，於國家農藥使用資訊系統歸類為中 等毒性。若因農藥殘留而累積在人體可能會造成有機磷農藥中毒，
輕微症狀為內分泌增加、輕微抽蓄，重度症狀為意識不清、嚴重抽 蓄等。
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1-4.
高分子聚合物介紹
本研究所使用的市售纖維為聚丙烯中空纖維，聚丙烯
(polypropylene, PP)為一種熱塑性樹脂，耐酸鹼以及多種有機溶劑，
可藉由添加劑或不同配方改變其性質，其特性為耐高溫、耐衝擊、
重量輕 (比重極低)、折撓壽命長等。容易加工以及成本低廉使其製 造而成的產品多樣化且具競爭力，可滿足不同市場需求，包含汽車 業、建築業、民生用品、醫療用品等。
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第二章 分析方法與原理
2-1.
液相層析電噴灑串聯式質譜儀 (LC/ESI-MS)
液相層析 (liquid chromatography)系統主要是利用移動相 (mobile phase)推動分析樣品進入層析管柱後，樣品中不同的分子與固定相
(electrospray ionization, ESI)，不須加高溫破壞分析物的結構，操作 也十分簡單，可以產生帶多價電荷的離子，故擴大了分析物的質量 動態範圍 [47]。
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(Lysozyme, 14500 Dalton)，當時推測游離後的大分子可能帶有多價 電荷，但因當時所使用的偵測器為法拉第杯來偵測電流訊號，並不 ethylene glycol, 17.5 kDalton)，以及帶有 45 個正電荷的蛋白質，使
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電噴灑在生化相關領域有所突破，各國許多科學家也逕向投入研究 [53]。R. D. Smith 等人於 1992 年發現將電噴灑所使用的毛細管內徑 縮小，可得到較穩定的離子訊號譜峰，有效提高靈敏度。而 2004 年 時 R. G. Cooks 等人提出脫附電噴灑游離法 (desorption electrospray ionization, DESI)，將溶劑液滴先進行電噴灑離子化，而後再打到樣 品表面，分析物經由離子化的溶劑碰撞進而產生分析物離子，而後 在電噴灑游離法上也有各式各樣的改良與延伸 [54-56]。
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12 為 nanospray。由結果發現其靈敏度較傳統電噴灑游 離法高，且流速低所需樣品用量少，因此廣泛應用在 微量的生化分析上 [61-62]。
1999
年 Yates 等人
將多維液相層析儀與電噴灑游離質譜儀作連接而發展 出 MDLC/ESI/MS (multidimensional protein
identification technology, MudPIT)，用此方式直接對 蛋白質與胜肽混合物進行線上分離及偵測 [63]。
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2000 年
Herbert H.
Hill, Jr.等人
發明二次電噴灑游離質譜法 (secondary electrospray ionization, SESI)是作為非放射性離子化游離轉移質譜 電噴灑游離法 (fused-droplet electrospray ionization, FD-ESI)。是為了分析蛋白質及胜肽所開發的技術。
2004 年
R. G. Cooks 等人
發明脫附電噴灑游離法 (desorption electrospray ionization, DESI)，其原理是將帶電荷的溶劑液滴先
建立萃取式電噴灑游離法 (extractive electrospray ionization, EESI)。
國立中山大學 謝建台教授
開發電噴灑輔助雷射脫附游離法 (electrospray-assisted laser desorption ionization mass spectrometry, ELDI-MS)，先以雷射將分析物分子脫附，再將這些
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提出了紙片電噴灑游離法 (paper spray ionization)，
不需額外使用輔助氣流，將全血直接滴加在通有高壓 Biopsy needle 進行電噴灑游離分析該該組織內腫瘤因 子。
發表可快速切換紙片電噴灑游離 (paper-spray-MS)和 毛細管電泳分離質譜 (capillary electrophoresis-mass spectrometry, CE-ESI-MS)技術，需要快速分析時使用 紙片電噴灑，若需要分離則可快速切換成毛細管電泳 分離質譜 [65]。
2014 年
E. Verpoorte 等人
將 3D 列印技術結合紙片電噴灑，透過設計過的兩芯 紙片藉由毛細作用達到快速潤濕及穩定噴灑的效果。
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2-1-2. 電噴灑離子化原理及離子形成機制
Kebarle 等人於 1991 年提出了電噴灑游離法的詳細機制 [66]，
其主要包含三個部份: (1)霧化 (nebulization) (2)去溶劑 (desovation) (3)游離化 (ionization) 以下將針對此三部分介紹：
圖 2-1 電噴灑游離現象示意圖
16 (Taylor cone)並產生噴灑生成微小的帶電液滴，如圖 2-1 毛細管出口 尖端所示，而向外噴灑出帶電微小液滴會形成電子雲 (plume)
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電荷密度不斷增加，當電荷密度增加到一定程度時，表面張力無法 承受內部電荷的庫倫斥力，此時液滴為了平衡內部作用力而產生庫 倫爆炸 (Columbic explosion)產生分裂進而成為更小的液滴。相同的 過程會在毛細管出口端與質譜入口端之間不斷重複，而從霧化過程 發理論 (ion evaporation model, IEM) [70]。
(a) 電荷殘留理論 (charge residue model, CRM)
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(b) 離子揮發理論 (ion evaporation model, IEM)
J. V. Iribame 和 B. A. Thormson 等人則是以過渡狀態理論
(transitation state theory) 作為基礎，認為氣相離子是帶電液滴在飛行 至質譜口的過程中，經過不斷的溶劑揮發以及庫倫爆炸後，液滴直 徑縮小至 10-20 nm 後造成內部電荷不穩定，而為了平衡內部電荷斥 力，液滴內的分析物會伴隨著電荷突破液滴表面進而形成帶電的氣 態離子。其表示液滴體積縮小到一定程度時，溶劑尚未完全揮發，
但由於表面電荷密度太高，電荷斥力足夠大到脫附出氣相離子，如 圖 2-2 上半部所示，此理論通常用於小分的解釋。
圖 2-2 離子揮發理論示意圖
Charge residue model (CRM)
Ion evaporation model (IEM)
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Fenn 將 B. A. Thomson 等人離子揮發理論加以改良後於 1993 年 發表，解釋大分子帶多電荷的機制 [71]。認為液滴一開始就帶有多 電荷且同時包含異性電荷。由於液滴中的大分子在裡面行布朗運動 而移動到液滴表面，甚至取代數個表面電荷，之後大分子藉由熱能 驅使部份帶電區域突破液滴表面，進而使分子脫附液滴形成帶多價 電荷的氣相離子。
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2-1-3. 離子阱質量分析器簡介
本研究所使用的 LCQ 系列質譜儀內部的質量分析器為離子阱 (ion trap)分析器，圖 2-3 則為離子阱質量分析器的示意圖。為一環狀 電極 (ring electrode)以及兩個端帽電極 (end cap electrode)所組成 的，三個電極中間會形成一個捕捉室 (trap)，離子在離子阱中，藉 由施加在環電極以及端帽電極不同的交流電壓，使離子被捕捉、釋 放不同質荷比的離子以及斷裂等。電極上的交流電壓隨時間變化可 以促使離子往軸向 (端帽電極)或縱向 (環狀電極)移動，離子在離子 阱中是穩定的。當需要掃描離子時可以改變電壓使特定質荷比的離 子變得不穩定，進而離開離子阱。
而本研究所使用的 LCQ 系列質譜儀內部的質量偵測器則為電子 倍增器 (electron multiplier, EMT)。將從質量分析器出來的離子撞擊 到一銅/鈹合金的表面 (dynode)，使離子轉換成電子，再提高電極間 的電位差，使電子束每撞擊一次，數量就成等倍數增加，經過多次 反射而放大訊號，每次反射增加兩倍，所以放大的倍數是 2n。
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圖 2-3 離子阱質量分析器示意圖
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2-2. 3D 印表機列印技術原理
近年來 3D 列印技術吸引了大眾的目光，甚至被視為第三次工業 革命。3D 列印 (3D printing)，是快速成型技術的一種，亦被稱作增 量製造、積層製造（additive manufacturing, AM），指列印三維物體 的過程。3D 列印成型技術流程包含產品設計 3D 建模、模形切片、 父，在 1983 年提出了立體光刻成型技術 (Stereolithography
apparatus, SLA)的立體平板印刷技術，而目前快速成型經常使用 的.stl 檔也是當時所建構出來。
目前 3D 列印技術的成型技術有許多不同形式的方法，各有不
目前 3D 列印技術的成型技術有許多不同形式的方法，各有不