4-1.
毛筆尖電噴灑條件最佳化
毛筆尖材質本研究也探討不同種類的毛筆尖對於電噴灑效果的影響，故選 用市面常見用於製作毛筆、水彩筆的毛種類: 馬毛、狼毫毛與尼龍 毛來製作毛筆尖，如圖 4-1 所示，另外也與身邊取得的貓毛與人類 頭髮做比較。
圖 4-1 不同種類毛筆尖實際拍攝圖
馬毛
狼毫毛
尼龍毛
46
此五種毛在掃瞄電子顯微鏡 (scanning electron microscope, SEM) 下所成現的樣子如圖 4-2、圖 4-3。可以觀察出馬毛與貓毛和人類頭 髮較為相似，毛鱗片較厚且為一層層堆疊上去，其觸感柔軟，其直 徑約為 40 µm。狼毫毛則屬與毛鱗片較薄且排列密集，其直徑約為 160 µm，約為馬毛的 4 倍。而尼龍毛為人造纖維，相較於其他動物 的毛則少了毛鱗片的構造，故其表面較為平整光滑，其直徑約為 85 µm，介於馬毛與狼毫毛之間。
圖 4-2 馬毛掃描式電子顯微鏡拍攝圖
47
圖 4-3 (a)貓毛 (b)人類頭髮 掃描式電子顯微鏡拍攝圖
(a)
(b)
48
圖 4-4 (a)狼毫毛 (b)尼龍毛 掃描式電子顯微鏡拍攝圖
(a)
(b)
49
分別將馬毛、狼毫毛與尼龍毛製成的毛筆尖電噴灑裝置進行電 噴灑實驗，以農藥大滅松為測試樣品，樣品濃度為 1 µg/mL 於正電 模式下選用 4.5 kV 為噴灑電壓，由於毛筆容槽內含有甲醇故不需額 外提供輔助溶劑，將樣品直接滴加在毛筆尖端並以質譜以偵測即完 成實驗。圖 4-5 為三種毛筆尖之大滅松電噴灑質譜圖，由結果顯示 三種毛筆尖所所得到的質譜圖相比，尼龍毛所測得的分子訊號較 好，且除了分子離子峰 (m/z 230.20)外還可以明顯看見分子加上一 個鈉 (m/z 252.27)以及斷裂碎片峰 (m/z 199.13)的訊號，而動物毛卻 無法觀察到這兩個訊號，而尼龍毛筆所得到的訊雜比也較其他毛筆 高。推測是因為尼龍毛沒有像是動物毛鱗片的構造，表面平滑使樣 品可快速噴灑並離子化，質譜儀瞬間接收到的離子可以更多，故本 實驗最後選用尼龍毛作為裝置的毛筆尖。
50
圖 4-5 三種毛筆尖之大滅松電噴灑質譜圖
+
51
電噴灑電壓
由於毛筆尖電噴灑裝置不需額外提供輔助溶劑，沒有溶劑流速 影響，僅與噴灑電壓以及噴灑位置相關，故本研究也使用不同噴灑 電壓來進行實驗，以探討不同電壓對電噴灑狀況的影響，在正電模 式下分別選用 (a) 3.5 kV (b) 4.0 kV (c) 4.5 kV (d) 5.0 kV 四種電壓進 行實驗，由圖 4-6 所示可發現毛筆尖在 3.5 kV 下電噴灑的狀況並不 明顯，增加電壓至 4.0 kV 時稍有改善，在電壓 4.5 kV 下可得最佳的 噴灑狀態，然而電壓增加到 5.0 kV 時則因為電壓過大而造成噴灑分 岔的現象。故最後本實驗選用 4.5 kV 作為實驗最佳條件。
52
圖 4-6 噴灑電壓為 (a) 3.5 kV (b) 4.0 kV (c) 4.5 kV (d) 5.0 kV 之毛筆尖電噴灑情形拍攝圖
(a) (b)
(c) (d)
53
4-2.
毛筆尖電噴灑對於農藥的偵測極限
本研究也探討毛筆尖電噴灑質譜法對於農藥的偵測極限，以農 藥大滅松甲醇溶液作為測試樣品，分別對 0.01 µg/mL、0.1 µg/mL 以 及 1 µg/mL 三種濃度做測試，以訊雜比大於 3 為標準，在正電模式 下選用噴灑電壓為 4.5 kV，發現最低可偵測到濃度 0.1 µg/mL 的大 滅松，換算成質量表示最低可順間偵測到 600 pg 的樣品。
54
圖 4-7 尼龍毛筆尖偵測不同濃度大滅松之質譜圖
55
4-3.
模擬真實樣品採樣
本研究為了達到快篩以及現場採樣的目的，設計了對照組的實 驗去探討添加農藥的菜葉以及未添加農藥的菜葉，來做快速採樣以 及檢測。後分別添加濃度為 0 µg/mL、1 µg/mL、10 µg/mL 的大滅松 甲醇溶液，圖 4-8 為採樣菜葉真實樣品分別添加不同濃度大滅松之 質譜圖。由此結果表示最低可採樣並偵測到 1 µg/mL 的大滅松。
56
圖 4-8 採樣菜葉真實樣品分別添加不同濃度大滅松之質譜圖
57
4-4. 3D 容槽鑲嵌纖維在液-液微萃取的應用
本研究的 3D 毛筆容槽亦可改成鑲嵌市售聚丙烯中空纖維以達到 纖維液-液微萃取的目的。以濃度為 1 µg/mL 的 K 他命水溶液為萃取 樣品，並與傳統紙片電噴灑作比較。傳統紙片電噴灑的檢測方法為 使用長 1 公分，尖端角度為 15 度角的三角形濾紙片，在甲醇作為輔 助溶劑且流速為 6 µL/min 下進行實驗，此實驗所使用的噴灑電壓為 正電模式 3 kV，最後測得樣品分子離子峰 (m/z 238.27)訊號強度為 1.08×106。而經過 3D 容槽鑲嵌纖維液-液微萃取 30 分鐘後並由毛筆 尖作進樣後所得到的樣品分子離子峰 (m/z 238.27)訊號強度為
1.25×107，相較於傳統紙片電噴灑其訊號強度增強了一個數量級，且 由萃取後的質譜圖可明顯看見其同位素鋒 (m/z 240.27)以及分子峰 與同位素鋒為三比一的比例，圖 4-9 為 1 µg/mL K 他命傳統紙片電 噴灑法與 3D 容槽鑲嵌纖維萃取後的質譜圖。
58
圖 4-9 不同方式檢測 K 他命之質譜圖
59
60
本研究所開發的 3D 列印容槽亦可鑲嵌市售聚丙烯中空纖維來進 行液-液微萃取，以 1 µg/mL K 他命水溶液為測試樣品，發現經過 3D 列印容槽鑲嵌纖維液-液微萃取後，其樣品分子離子峰訊號強度 較傳統紙片電噴灑高出一個數量級，成功將本研究開發的裝置應用 在中空纖維液-液微萃取上。
61
參考文獻
[1]. G. IJ. Salentijn, H. P. Permentier, E. Verpoorte, Anal. Chem. 86 (2014) 11657-11665.
[2]. A. O. Nier, Rev. Sci. Instrum. 18 (1947) 415.
[3]. M. S. B. Munson, J. Am. Chem. Soc. 88 (1966) 2621 [4]. M. Karas, F. Hillenkamp,
[5]. Z. Takats, J. M. Wiseman, B. Gologan, R. G. Cooks, Science 306 (2004) 471. Anal. Chem. 60 (1988) 2299.
[6]. A. Venter, P. E. Sojka, R. G. Cooks, Anal. Chem. 78 (2006) 8549.
[7]. A. B. Costa, R. G. Cooks, Chem. Phys. Lett. 464 (2008) 1-8.
[8]. J. M. Wiseman, D. R. Ifa, A. Venter, R. G. Cooks, Nat. Protocol. 3 (2008) 517-524.
[9]. D. R. Ifa, N. E. Manicke, A. L. Dill, R. G. Cooks, Science 321 (2008) 805.
[10]. Z. Takats, J. M. Wiseman, R. G. Cooks, J. Mass Spectrom. 40 (2005) 1261-1275.
[11]. R. G. Cooks, Z. Ouyang, Z. Takats, J. M. Wiseman, Science. 311 (2006) 5767.
[12]. E. C. Horning, D. I. Carroll, I. Dzidic, K. D. Haegele, G. Horning, R. N. Stillwell, J. Chromatogr. 12 (1974) 725.
[13]. D. I. Carroll, I. Dzidic, R. N. Stillwell, K. D. Haegele, E. C.
Horning, Anal. Chem. 47 (1975) 2369.
62
[14]. Z. Takats, J. M. Wiseman, B. Gologan, R. G. Cooks, Science. 306 (2004) 471-473.
[15]. R. M. Alberici, R. C. Simas, G. B. Sanvido, W. Romao, P. M. Lalli, M. Benassi, I. B. Cunha, M. N. Eberlin, Anal. Bioanal. Chem. 398 (2010) 265-294.
[16]. M. Z. Huang, S. C. Cheng, Y. T. Cho, J. Shiea, Anal. Chem. Acta.
702 (2011) 1-15.
[17]. C. M. Hong, C. T. Lee, Y. M. Lee, C. P. Kuo, C. H. Yuan, J. Shiea, Rapid Commum. Mass Spectrom. 13 (1999) 21.
[18]. J. Jehn, C. H. Lin, J. Shiea, Anal. Chem. 77 (2005) 8170.
[19]. J. Shiea, M. Z. Huang, H. J. Hsu, C. Y. Lee, C. H. Yuan, I. Beech, J.
Sunner, Rapid Commum. Mass Spectrom. 19 (2005) 3701.
[20]. M. Z. Hua ng, H. J. Hsu, C. I. Wu, S. Y. Lin, Y. L. Ma, J. Shiea, J.
Am. Soc. Mass Spectrom. 21 (2006) 1767.
[21]. H. Wang, J. J. Liu, R. G. Cooks, Z. Ouyang, Angew. Chem. 49 (2010) 877.
[22]. J. J. Liu, H. Wang, N. E. Manicke, J. M. Lin, R. G. Cooks, Z.
Ouyang, Anal. Chem. 82 (2010) 2463.
[23]. W. Xu, N. E. Manicke, R. G. Cooks, Z. Ouyang, J. Assoc. Lab.
Auto 15 (2010) 433.
[24]. S. Jain, A. Heiser, A. R. Venter, Analyst 136 (2011) 1298.
[25]. H. Wang, N. E. Manicke, Q. A. Yang, L. X. Zheng, R. Y. Shi, R. G.
Cooks, O. Y. Zheng, Anal. Chem. 83 (2011) 1197.
[26]. Z. Zhang, W. Xu, N. E. Manicke, R. G. Cooks, Z. Ouyang, Anal.
Chem. 84 (2011) 931.
63
[27]. A. Y. Li, H. Wang, Z. Ouyang, R. G. Cooks, Chem. Commun. 47 (2011) 2811.
[28]. N. E. Manicke, Q. A. Yang, H. Wang, S. Oradu, Z. Ouyang, R. G.
Cooks, Int. J. Mass. Spectrom. 300 (2011) 123.
[29]. N. E. Manicke, P. Abu-Rabie, N. Spooner, Z. Ouyang, R. G. Cooks, J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 22 (2011) 1501.
[30]. R. D. Espy, N. E. Manicke, Z. Ouyang, R. G. Cooks, Analyst 137 (2012) 2344.
[31]. Q. Yang, H. Wang, J. D. Mass, W. J. Chappell, N. E. Manicke, R.
G. Cooks, Z. Ouyang, Int. J. Mass Spectrum. 312 (2012) 201.
[32]. R. D. Espy, A. R. Muliadi, Z. Ouyang, R. G. Cooks, Int. J. Mass.
Spectrom. 167 (2012) 325.
[33]. Q. Yang, N. E. Manicke, H. Wang, C. Petucci, R. G. Cooks, Z.
Ouyang, Anal. Bioanal. Chem. 404 (2012) 1389.
[34]. Z. Zhang, R. G. Cooks, Z. Ouyang, Analyst 137 (2012) 2556. Spectrom. 375 (2015) 14-17.
[39]. H. Lee, C. S. Jhang, J. T. Liu, C. H. Lin, J. Sep. Sci. 0 (2012) 1-4.
[40]. H. K. Chen, C. H. Lin, J. T. Liu, C. H. Lin, Int. J. Mass Spectrom.
356 (2013) 37-40.
64
[41]. B. Hu, P. K. So, Z. P. Yao, J. Am. Soc. Mass Spectrum 65 (2013) 2457.
[42]. D. Hess, C. Bruecker, F. Hegner, A. Balmert, H. Bleckmann, Plos One 8 (2013).
[43]. V. L. Tal’roze, G. V. Karpov, I. G. Gordetskii, V. E. Skurat, J. Phys.
Chem. 42 (1968) 1658
[44]. M. Barber, R. S. Bordoli, G. J. Ellott, R. D. Sedgwick, A. N. Tyler, Anal. Chem. 54 (1982) 645A.
[45]. R. J. Cotter, Anal. Chem. 60 (1988) 781A.
[46]. E. Unsold, F. Hillenkamp, R. Nitsche, Analysis. 4 (1990) 115.
[47]. J. B. Fenn, M. Mann, C. K. Meng, S. F. Wong, C. M. Whitehouse, Science 246 (1989) 64-71.
[48]. J. Zeleny, Phys. Rev. 10 (1917) 1.
65
[57]. M. L. Aleksandrov, L. N. Gall, V. A. Shkurov, V. A. Pavlenko, N. V.
Krasnov, V. I. Nikolaev, Anal. Chem. 39 (1984) 1268.
[58]. A. P. Bruins, T. R. Covey, J. D. Henion, Anal. Chem. 59 (1987)
[61]. M. Wilm, M. Mann, J. Mass Spectrom. Ion Process 136 (1994) 167.
[62]. M. G. Ikonom J. H. Wahl, D. R. Goodlett, H. R. Udseth, R. D.
Smith, Anal. Chem. 64 (1992) 3194.
[63]. A. J. Link, J. Eng, D. M. Schieltz, E. Carmack, G. J. Mize, D. R.
Morris, B. M. Garvik, J. R. Yates, Nat Biotechnol. 17 (1999) 676.
[64]. M. Z. Huang, H. J. Hsu, L. Y. Lee, J. Y. Jeng, J. T. Shiea, J Proteome Res. 5 (2006) 1107-1116.
[65]. C. S. Jhang, H. Lee, Y. S. He, J. T. Liu, C. H. Lin, Electrophoresis.
33 (2012) 1-6.
[66]. M. G. Ikonomou, A. T. Blades, P. Kebarle, Anal. Chem. 63 (1991) 1989.
[67]. A. Gomez, K. Tang, Phys. Fluid. 65 (1994) 404.
[68]. G. R. Agnes, I. I. Stewart, G. Horlick, Appl. Spectrosc. 48 (1994) 1347.
[69]. P. Kebarle, L. Tang, Anal. Chem. 65 (1993) 972.
[70]. J. V. Iribarne, B. A. Thornson, J. Chem. Phys. 64 (1976) 15.
66
[71]. J. B.Fenn, J. Am. Soc. Mass Spectrom. 4 (1993) 524.
[72]. 3D Printing Industry “The Free Beginner’s Guide”
[73]. Gert I. J. Salentijn, H. P. Permentier, E. Verpoorte, Analytical Chemistry 86 (2014) 11657.
67
研究發表
第二十二屆分析技術交流研討會
發表題目: Development and application of a 3D-printed kit for loading a spray-brush in electrospray ionization/mass spectrometry
時間 : 2016 年 5 月 21 (六)
地點 : 高雄醫學大學-第一教學大樓