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纖維電噴灑游離質譜法結合線上微萃取濃縮技術對嘉磷塞的分析與研究

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Academic year: 2021

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(1)國立臺灣師範大學化學系碩士論文. 指導教授:林震煌 博士(Cheng-Huang Lin). 纖維電噴灑游離質譜法結合線上微萃取濃縮技術 對嘉磷塞的分析與研究 Applications of an on-line microextraction method for use in the analysis of glyphosate based on fiber-spray/mass spectrometry. 研究生:王星翰(Sing-Han Wang). 中華民國一百零七年二月.

(2) 摘要 為了分析嘉磷塞,本研究開發了結合線上微萃取濃縮技 術及纖維電噴灑游離質譜法的方法,本研究利用 2 毫升樣品 瓶(儲存樣品溶液)及一小段中空纖維管(用來進行萃取, 3.5 公分長, 外徑/內徑, 1.0 mm/0.6 mm)製作裝置,此微萃取裝 置可架設於電噴灑游離源與質譜口之間,分析物能利用中空 纖維液相微萃取操作過程,從稀的溶液被提取出來,被提取 出來的分析物會透過擴散移動到纖維外,濃縮的分析物被蒸 發並通過多孔表面逸出,同時間,由電噴灑游離源產生帶電 液珠,一旦來自中空纖維表面(大部分為中性)的蒸發物質 遇到電噴霧,游離化便會發生。本實驗用於液相微萃取的液 膜為體積比 octanol:Aliquat 336:dodecane = 0.4:1:8.6, 萃取溶液為 0.1 M HCL,利用此方法最低偵測極限可以達到 1 ng/mL。當使用攪拌子攪拌時,萃取時間可以從 60 分鐘減 少至僅 15 分鐘。. 關鍵字:嘉磷塞、中空纖維、液-液微萃取. I.

(3) Abstract For the analysis of glyphosate, a novel method based on the combination of on-line microextraction and fiber-spray/mass spectrometry was developed. A microextraction kit was designed for this purpose, in which a 2 mL sample vial (reservoir for the sample solution) and a piece of a porous polypropylene hollow fiber (for sample extraction; 3.5 cm in length; O.D./I.D., 1.0/0.6 mm, respectively) were used, respectively. The microextraction kit was located between the mass inlet and the ESI needle. Analytes can be extracted from a very dilute solution operating the so-called hollow fiber liquid phase microextraction process, and the resulting extract then moves to the outside portion of the fiber by diffusion. Following this, the concentrated analytes were evaporated and escape through the porous surface. Meanwhile, the electrosprayed/charged droplets are produced from a regular ESI stainless needle. Once the evaporated materials from the surface of the hollow fiber (mostly neutral) meet the electrospray plume, ionization occurs under ambient conditions. In order to process liquid-phase microextraction, the membrane solution (0.2 M Aliquat 336 in dodecane modified with 4% octanol) and an acceptor solution (0.1 M HCl) were used, respectively. Using the setup, it was possible to improve the limit of detection after microextraction by ∼1000-fold. The limit of detection achieved was 1 ng/mL. When a stir bar was used, the extraction time can be shortened from 60 min to only 15 min.. Keywords: glyphosate, hollow fiber, liquid-liquid microextration II.

(4) 目錄 摘要 ............................................................................. I ABSTRACT ............................................................... II 目錄 ........................................................................... III 圖目錄....................................................................... VI 表目錄........................................................................IX 第一章. 緒論............................................................ 1. 1-1. 研究目的 ..................................................................................... 1 1-2. 研究介紹 ..................................................................................... 2 1-3. 分析物介紹 ................................................................................. 4. 第二章. 分析方法及原理 ......................................... 7. 2-1. 液-液相微萃取法(LIQUID-LIQUID MICROEXTRACTION, LLME) ............. 7 2-2. 中空纖維液-液相微萃取法基本原理 ....................................... 10 2-3. 液相層析電噴灑串聯式質譜儀(LC/ESI-MS) ........................ 12 2-4. 電噴灑游離質譜法的發展演進 ................................................ 13 2-5. 電噴灑離子化原理及機制 ........................................................ 21 III.

(5) 第三章. 儀器、藥品與實驗方法............................ 24. 3-1. 中空纖維液-液相微萃取(HOLLOW FIBER/LIQUID-LIQUID MICROEXTRACTION) .............................................................................. 24. 3-2. 中空纖維液-液相微萃取結合電噴灑游離質譜法 ................... 26 3-3. 儀器及周邊設備列表 ............................................................... 30 3-4. 藥品列表 ................................................................................... 32 3-5. 樣品配製 ................................................................................... 34. 第四章. 結果與討論 .............................................. 35. 4-1. 纖維電噴灑之最佳位置............................................................ 35 4-2. 萃取嘉磷塞標準品 ................................................................... 37 4-3. 萃取市售除草劑(年年春) .................................................... 40 4-4. 萃取時間對於萃取效率之探討 ................................................ 42 4-5. 磁石攪拌對於萃取效率之探討 ................................................ 44 4-5-1. 磁石轉速探討 ................................................................... 44 4-5-1. 磁石攪拌萃取時間探討.................................................... 46 4-6. 微波對於萃取效率之探討 ........................................................ 48 4-7. 其他多孔中空纖維薄膜............................................................ 50 4-8. 毛筆採樣結合電噴灑質譜法研究 ............................................ 56 4-8-1. 老鼠咖啡因及其代謝物偵測 ............................................ 56 4-8-2. 人類咖啡因及其代謝物偵測 ............................................ 61 IV.

(6) 第五章. 結論.......................................................... 62. 參考文獻 ................................................................... 63. V.

(7) 圖目錄 第一章 緒論 圖 1- 1 嘉磷塞(glyphosate)結構式 ..................... 5. 第二章 分析方法與原理 圖 2- 1 中空纖維液-液微萃取示意圖 ................... 11. 第三章 儀器、藥品與實驗方法 圖 3- 1 中空纖維液-液微萃取裝置圖 ................... 25 圖 3- 2 本研究實際實驗裝置圖 ............................. 27 圖 3- 3 中空纖維液-液微萃取結合電噴灑游離法示 意圖 ................................................................... 28 圖 3- 4 中空纖維液-液微萃取結合電噴灑游離法之 泰勒錐 ............................................................... 29. 第四章 結果與討論 圖 4- 1 離子強度與纖維最佳位置關係圖 ............... 36 圖 4- 2 萃取 1μg / mL 嘉磷塞水溶液 60 分鐘質譜圖 ............................................................................ 38 VI.

(8) 圖 4- 3 經過萃取後嘉磷塞斷裂碎片 ....................... 39 圖 4- 4 萃取 1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液 60 分 鐘質譜圖 ........................................................... 41 圖 4- 5 萃取 1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液 intensity vs time 關係圖 .................................... 43 圖 4- 6 攪拌萃取 1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液 10 分鐘 intensity vs rpm 關係圖 ...................... 45 圖 4- 7 攪拌萃取(600 rpm)1μg / mL 嘉磷塞的年年 春水溶液 intensity vs time 關係圖................... 46 圖 4- 8 攪拌萃取(600 rpm)1μg / mL 嘉磷塞的年年 春水溶液 15 分鐘質譜圖 ................................. 47 圖 4- 9 微波萃取(140 W)1μg / mL 嘉磷塞的年年 春水溶液 20 秒質譜圖 ..................................... 49 圖 4- 10 萃取裝置圖(PSF 纖維) ........................ 52 圖 4- 11 PSF 纖維薄膜 SEM 圖 ............................... 53 圖 4- 12 PSF 纖維進行攪拌萃取 1μg / mL 嘉磷塞的 年年春水溶液 15 分鐘質譜圖 ......................... 54 圖 4- 13 毛筆採樣老鼠耳背實際圖 ......................... 57 圖 4- 14 採樣老鼠耳背及鼻子咖啡因(m/z 195)離 子訊號隨時間變化圖 ....................................... 58 圖 4- 15 採樣老鼠耳背及鼻子咖啡因代謝物(m/z VII.

(9) 181)離子訊號隨時間變化圖 ......................... 59 圖 4- 16 採樣老鼠耳背咖啡因(m/z 195)及其代謝 物(m/z 181)離子訊號隨時間變化圖 .......... 60 圖 4- 17 人喝咖啡測咖啡因(m/z 195)及其代謝物 (m/z 181)離子訊號隨時間變化圖 .............. 61. VIII.

(10) 表目錄 第一章 緒論 表 1- 1 衛生福利部食品藥物管理署公告之農藥容 許量 ..................................................................... 5. 第二章 分析方法與原理 表 2- 1 電噴灑質譜法的發展歷程 .......................... 15. 第三章 儀器、藥品與實驗方法 第四章 結果與討論 表 4- 1 萃取條件與離子強度比較 ......................... 55. 第五章 結論. IX.

(11) 第一章 緒論 1-1. 研究目的 最近幾年環保意識抬頭,食品安全問題越來越重視,食品 安全中,農藥殘留是重要的一環。本研究目的是以聚丙烯中 空纖維,進行液-液微萃取,並結合電噴灑質譜法,對農藥年 年春(主要成分:嘉磷塞)的檢測。 過去本實驗室,曾以紙片電噴灑質譜法(paper spray)1-19 為基礎,衍生以中空纖維經過液相微萃取後進行電噴灑 20, 本研究延續過去的研究,開發新的萃取裝置,萃取後可以直 接將萃取裝置架設置質譜儀進樣口進行線上電噴灑質譜偵 測,以嘉磷塞(glyphosate)以及其商品年年春做為分析物進 行實驗及探討。農藥嘉磷塞常被大量使用於黃豆的種植,過 去常用的檢驗方法多半是使用高效能液相層析質譜儀(high performance liquid chromatography/mass spectrometer, HPLCMS)為偵測的儀器,儀器設備要求較多,因此希望此研究方 法能對於黃豆農藥殘留進行快速篩檢。. 1.

(12) 1-2. 研究介紹 紙片電噴灑譜法(paper spray)以及竹筆尖電噴灑質譜法 (nib-spray/ESI-MS, NS/ESI-MS)近年來被開發出來後,相較 於傳統電噴灑質譜法(ESI-MS),採樣和離子化效率有著優 異的改善,僅僅需要微量的樣品,將其滴在濾紙或是竹筆尖 上,短短幾秒鐘內即可得到分析物的離子訊號,因此對於快 速篩檢是相當重要的發展,本實驗室過去亦曾經以毛筆採樣, 偵測人臉部代謝物為研究。 一般真實樣品都需要經過前處理技術減少基質效應的干 擾,若無法完整將干擾物除去,可能會造成檢測的效果不佳。 故在儀器分析樣品前,必須藉由完整的前處理方式進行萃取。 一般的樣品前處理包括樣品均質、淨化及萃取 21,目前常使 用的萃取方式有液-液萃取法(liquid-liquid extraction, LLE) 、固相萃取法(solid-phase extraction, SPE)24-26,不過這. 22,23. 兩種方法有諸多缺點,如:使用大量有機溶劑、萃取時間長、 成本高等等,近年來重視環保意識,已漸漸開發出微萃取的 技 術 。 目 前 常 見 的 技 術 有 固 相 微 萃 取 法 ( solid phase microextraction, SPME ) 27 、 液 相 微 萃 取 法 ( liquid phase microextraction, LPME)28。本研究所以中空纖維液-液微萃取 法(hollow fiber/liquid-liquid microextraction, HF-LLME)29-31 為 2.

(13) 基礎,自製萃取裝置,不必將萃取後的萃取液取出,才進行 後端的分析作業,可以直接將裝置架設於質譜儀進樣口進行 電噴灑質譜分析,減少了不少煩瑣的步驟,亦可以在測量真 實樣品時,減少干擾物的雜訊,以及僅使用微量的有機溶劑, 達到快速篩檢、環保的目的。. 3.

(14) 1-3. 分析物介紹 嘉磷塞(glyphosate;N-(phosphonomethyl)glycine) ,其商 品名稱為年年春(Roundup) ,是一種非選擇性除草劑,為一 種有機磷化合物,由孟山都公司於 1970 年發現 32。嘉磷塞的 除草性能非常優異,非常容易通過葉面吸收. ,並運送到. 33,34. 植物生長點。它能夠抑制植物酶參與合成的三個胺基酸:色 胺酸、酪胺酸和苯丙胺酸 35。因此,它僅對於生長中的植物 有效,而無法作為芽前除草劑。嘉磷塞強烈吸附於土壤,不 容易因雨淋而流至地下水 36,且可經由微生物降解為氨甲基 膦酸(aminomethyl phosphonic acid, AMPA),對哺乳類、鳥 類及魚類毒性有限,可以經由尿液與糞便排出體外,幾乎不 會累積於人體內。透過基因改造使作物能抗嘉磷塞,也使得 嘉磷塞過去被大量使用,尤其是用於大豆(黃豆) ,然而各國 的研究報告指出已有許多疾病可能與嘉磷塞的攝入有關。目 前國內衛生福利部食品藥物管理署公告之農藥容許量,最低 容許量為 0.1 ppm37,詳見表 1-1。而目前農試所致力發展的 350 種農藥的快篩沒有包括嘉磷塞,且嘉磷塞目前還沒有市 售的快篩試劑組,因此本研究選定嘉磷塞作為樣品來進行實 驗。. 4.

(15) 圖 1- 1 嘉磷塞(glyphosate)結構式. 表 1- 1 衛生福利部食品藥物管理署公告之農藥容許量 容許量 國際普通名稱. 普通名稱. 作物類別. 備註 (ppm). Glyphosate. 嘉磷塞. 毛豆. 0.2. 殺草劑. 10.0. 殺草劑. 大豆(黃豆、黑 Glyphosate. 嘉磷塞 豆). Glyphosate. 嘉磷塞. 大漿果類. 0.2. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 小麥(含黑小麥). 5.0. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 小漿果類. 0.2. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 玉米. 1.0. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 甘蔗類. 0.1. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 米類. 0.1. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 杏仁. 1.0. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 柑桔類. 0.1. 殺草劑. 5.

(16) Glyphosate. 嘉磷塞. 核果類. 0.2. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 茶類. 0.1. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 馬鈴薯. 0.2. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 梅. 0.1. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 梨果類. 0.2. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 甜椒. 0.1. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 蘆筍. 0.5. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 小扁豆(乾). 5.0. 殺草劑. 2.0. 殺草劑. 其他豆類(小扁 Glyphosate. 嘉磷塞. 豆、葵花籽、豌 豆、大豆除外). Glyphosate. 嘉磷塞. 葵花籽. 7.0. 殺草劑. Glyphosate. 嘉磷塞. 豌豆(乾). 5.0. 殺草劑. 6.

(17) 第二章 分析方法及原理 2-1. 液-液相微萃取法(liquid-liquid microextraction, LLME) 液-液微萃取法結合液相液相萃取以及薄膜分離原理,由 Liu、Dasgupta 等人在 1996 年所開發的萃取方法。此方法操 作上僅需使用到少量的有機溶劑,因樣品溶液與萃取液的體 積相差甚大,分析物從相對體積大的樣品溶液擴散至萃取液 中,可達到濃縮的目的 38。分析物會在水相及有機相的之間 的分配(partition)關係,達一平衡狀態,為兩相的萃取系統; 而三相萃取系統,則是分析物從水相溶液擴散至有機溶劑中, 再進一步進入另一水相中。依據實驗裝置的差異,液-液微萃 取法可以分為以下四種: (1). 單滴液相微萃取(single drop microextraction, SDME) 1996 年 Jeannot 團隊發表了單滴液相微萃取 39,鐵氟龍棒. 頂端的凹槽中以 8μL 有機溶劑填充,將鐵氟龍浸泡於樣品溶 液,透過底部的攪拌使分析物擴散至有機溶劑中。待萃取結束, 再以注射針抽取出萃取液,注入儀器進行分析。隔年,該團隊 改良了此裝置,以注射針取代鐵氟龍棒,有機溶劑也縮減至 1 μL40,萃取完成後即可直接以注射針抽取萃取液進行分析。此 7.

(18) 方法操作簡單,使用的有機溶劑很少,但是萃取時間長,過程中 微小液滴可能會損失 41,影響萃取整體的效率及穩定性。 (2). 中 空 纖 維 液 - 液 相 微 萃 取 ( hollow fiber/liquid-liquid microextraction, HF-LLME) 1999 年 Pedersen Bjergaard 團隊開發出中空纖維液-液相. 微萃取法 42,以有機溶劑填充於中空纖維管上的孔洞,將酸性 受體溶液注入中空纖維腔內,接著將纖維浸泡鹼性水相,分析 物會被萃取至有機相,再被萃取至中空水相中。2002 年,Lee 等人提出以注射針結合中空纖維管來進行萃取. ,首先浸於. 43. 有機溶劑中,使有機相填入纖維管孔洞,再置於水相樣品溶液, 並以磁石攪拌,使分析物擴散至多孔纖維中,注射針可來回抽 取,增加兩相表面積,但萃取時間需較長時間,且纖維表面易 產生氣泡,影響萃取效率。 (3). 溶劑棒微萃取(solvent bar microextraction, SBME) 2004 年時,Lee 及 Jiang 等人提出了溶劑棒微萃取 44,將. 萃取溶劑注入中空纖維溶劑棒,兩端封閉,將此溶劑棒置於樣品 水溶液中,攪拌轉動提升分析物進入溶劑棒,玩成萃取。最後再 剪開其中一端以注射針取出樣品,進行儀器分析。 (4). 分散液相微萃取(dispersive liquid phase microextraction, DLPME) 2006 年,Assadi 研究團隊以 DLLME 的萃取技巧檢測水質 8.

(19) 中的多環芳香烴. 。利用分散劑令水與有機萃取溶劑混合,以. 45. 注射針打入樣品溶液中,分散劑快速分散於溶液中,萃取劑則以 微小液滴分佈於水中,溶液呈現乳白色雲霧狀,因萃取劑形成微小 液滴型態,與水相的接觸表面積增大,分析物的質傳速度增加,故 萃取的時間大幅縮短。此方法所使用的萃取劑的密度大於水,離心 後萃取液會沉澱於離心管底部,以注射針抽取出此沉澱相,打入 儀器分析 46。此方法裝置簡易、操作方便、萃取時間短且可達 高濃縮倍率. 。然而,密度大於水的萃取劑皆為含氯的溶劑,. 47. 毒性較高,而且添加分散劑不僅增加了有機溶劑的使用量,也可 能會讓目標分析物部分溶解於水相樣品溶液中 48。2008 年開始 出現低密度萃取劑. 49. 及利用物理性乳化方式取代分散劑 50,. 解決高毒性有機溶劑對人或環境傷害的問題,以及不需額外使 用分散劑,減少有機溶劑使用量,並具良好的萃取效率。. 9.

(20) 2-2. 中空纖維液-液相微萃取法基本原理 中空纖維液-液相微萃取法 51 不論是兩液相或是三液相皆 可以進行。依照萃取對象不同,樣品溶液須調整 pH 值,令 目標分析物不易解離。基本的萃取實驗操作如下:取一段適 當長度的中空纖維,將其浸泡在低極性有機溶劑中,使纖維 管壁及孔洞形成輔助液膜,亦可注入微量的有機溶劑於纖維 內,有機溶劑在內腔中形成液膜,接下來注入受體溶液 (acceptor solution) ,充滿纖維內腔。兩液相萃取時,受體溶 液即輔助液膜的有機溶劑,三液相萃取中,受體溶液可以是 另一鹼性或酸性水溶液。最後將此纖維放入樣品溶液中,中 空纖維可以將一端以鑷子壓扁,垂直放入樣品瓶,或者是以 U 字型放入樣品瓶進行萃取,如圖 2-1 所示。 當分析物於樣品溶液中的溶解度較差,而在受體溶液中 溶解度較好時,將驅使分析物從樣品溶液中移動至輔助液膜, 進一步移動至受體溶液,此時即完成萃取。. 10.

(21) 圖 2- 1 中空纖維液-液相微萃取示意圖. 11.

(22) 2-3. 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)與固定相(stationary phase)結合,利用兩 者有不同的極性強度,與樣品中分子間的極性作用達到分離 的目的。液相層析質譜儀可以對非揮發性、極性、熱不穩定 及大分子化合物進行分析,具有良好的選擇性。Tal’roze 等幾 位科學家於 1968 年以直接液體導入(direct liquid introduction, DLI)的方法,結合了(electron ionization, EI)電子游離法、 (chemical ionization, CI)化學游離法等常用的游離法,首次 發展出液相層析法結合質譜儀. 。1984 年 Fenn 等人於提出. 52. 的電噴灑法(electrospray ionization, ESI),操作十分簡單,不 需要加高溫來破壞分析物,更因為可以產生帶多價電荷的離 子,提高了分析物的質量分析動態範圍,是目前串聯式液相 層析質譜儀上最常採用的游離方法。. 12.

(23) 2-4. 電噴灑游離質譜法的發展演進 電噴灑游離技術是透過靜電場,使噴出毛細管的溶液形 成微小帶電氣溶膠(aerosol)的過程。電噴灑游離首次出現 於 1917 年 Zeleny 等物理學家所發表的研究,在研究中將乙醇 通入微米尺度的且通入高電壓的毛細管,觀察到毛細管口末 端會出現有微小液滴噴灑的現象 53。早期電噴灑應主要是用 在工業上,例如金屬表面的高壓電噴漆鍍膜塗佈技術、燃油 霧化點火系統等。直到結合電噴灑游離與質譜儀後,其優異 的特性,使大分子的分析物可帶多價電荷,對於生物大分子 的分析能有更進一步的研究。Malcolm Dole 等人於 1968 年將 電噴灑游離技術應用於化學領域,研究中成功測量到玉米膠 質(Zein, 50000 Dalton)以及溶菌脢(Lysozyme, 14500 Dalton) , 當時 Dole 推測游離後的高分子聚合物可能會產生帶有多價 電荷的離子,但因為當時使用法拉第杯(Faraday cage)作為 偵測器,只能偵測電流訊號,並無法證實上述的推論. 。. 54,55. 直到耶魯大學 J. B. Fenn 等人於 1984 年率先將電噴灑游離技 術結合液相層析四極柱質譜儀,成功證明分析物經電噴灑游 離後會形成帶多價電的離子 56。隨後於 1988 年,J. B. Fenn 等人發進一步研究,提出藉由 ESI/MS 方法成功檢測出帶有 45 個正電荷的蛋白質(54700 Dalton)57,以及帶有 23 個正 13.

(24) 電荷的高分子聚合物 PEG (polyethylene glycol, 17.5 kDalton) ,促進電噴灑游離質譜技術在生物化學相關領域的突破,許. 58. 多科學家意識到電噴灑游離質譜法的發展潛力紛紛投入研 究。1984 年前蘇聯科學家 M. L. Aleksandrov 等人改良液相層 析,串聯電噴灑游離質譜儀 59。此游離方法是軟性游離法(soft ionization),可以使液態分析霧離子轉成氣態離子時保持其 完整化學結構,並且對於高分子分析物可透過帶多價電荷型 態的離子,將質荷比分布控制在質譜儀可針測之範圍內,使 質譜儀在生化方面的研究佔有一席之地 60-62。. 14.

(25) 表 2- 1 電噴灑質譜法的發展歷程 1917 年. J. Zeleny 等人率先提出電噴灑的現象。 M. Dole 等人成功運用電噴灑質譜游離技術將大分子游離. 1968 年. (玉米膠質和溶菌脢),因使用法拉第杯做為偵測器,只 能偵測電流訊號,無法證明電噴灑的離子是攜帶多價電荷 的。 M. Yamashita 以及 J. B. Fenn 等人首度結合四極柱質譜儀 和電噴灑游離法,並成功證明分析物經過電噴灑游離後會. 1984 年. 以多價電的離子形式存在。 M. L. Aleksandrov 等人將高效能液相層析儀改良結合串聯 電噴灑游離質譜儀裝置使用。 J. D. Henion 等人將電噴灑游離裝置改良並結合高效能液 相 層 析 質 技 術 ( high-performance liquid chromatography,. 1987 年. HPLC)63。 R. D. Smith 等人以電噴灑游離技術與毛細管電泳和質譜儀 結合 64。. J. B. Fenn 等人使用電噴灑游離質譜法測到高分子聚合物 1988 年 PEG,得到最高帶 23 價正電荷的離子訊號。. 15.

(26) 同一年,J. B. Fenn 等人在 a-anylase 蛋白質樣品偵測到帶 45 價正電荷的離子訊號,使電噴灑游離質譜技術在生化方 面受到重視。 R. D. Smith 等人發現若將電噴灑所使用的毛細管內徑縮 1992 年. 小,則可以得到較穩定的離子訊號譜峰,也可以有效地提 高靈敏度 65。 M. Mann 等人利用理論計算得到與 R. D. Smith 相符的實驗 結果,以內徑小於 1 μm 的毛細管進行電噴灑游離法時稱為. 1994 年. nanospray。由結果發現 nanospray 的靈敏度高於傳統電噴 灑游離法,而且因流速低所需樣品用量較少,因此被廣泛 應用在微量的生化分析上 66,67。 Yates 等人連結多微液相層析儀與電噴灑游離質譜儀進而 發 展 出. MDLC/ESI/MS ( multidimensional protein. 1999 年 identification technology, MudPIT),並利用此方法直接對 胜肽與蛋白質混合物進行線上分離及偵測 68。 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 2000 年 性離子化游離轉移質譜的方法,透過氣相帶電或中性粒子 交互作用進行電噴灑過程 69。 16.

(27) Shiea 等 人 發 展 融 合 液 滴 電 噴 灑 游 離 法 ( fused-droplet electrospray ionization, FD-ESI)為了分析蛋白質及胜肽的 2002 年. 技術。原理是將電噴灑游離裝置改良為六管式噴灑,以超 音波霧化器將分析物霧化,接著以輔助氣流將霧化後的分 析物液滴導入六管式電噴灑區域進行融合以及游離 70。 R. G. Cooks 等 人 發 明 脫 附 電 噴 灑 游 離 法 ( desorption electrospray ionization, DESI),作用原理是將帶電荷的溶. 2004 年. 劑液珠進行電噴灑霧化,接著會打到樣品表面上。樣品表 面的分析物被溶劑液滴溶解後,從樣品表面脫附並經由碰 撞後產生分析物離子。 R. G. Cooks 等人開發出萃取式電噴灑游離法(extractive electrospray ionization, EESI),主要由電噴霧通道和中性 樣品通道兩個部分以一定的角度組成。與其他技術不同的, 使用 EESI 樣品本身與電場或帶電粒子等隔離,將不受刺. 2006 年. 激性溶劑(甲醇、乙酸等)的汙染,亦是比 ESI 更溫和的 游離技術 71。 國立中山大學 謝建台教授發展電噴灑輔助雷射脫附游離 法 (electrospray-assisted laser desorption ionization mass spectrometry, ELDI-MS)其原理是以雷射將分析物脫附,. 17.

(28) 再將這些脫附的氣相分子導入一以溶劑進行電噴灑的區域 內,使分析物與電噴灑區域內的帶電荷溶劑反應進而產生 游離 72。 R. G. Cooks 等人發表紙片電噴灑游離技術(paper spray ionization),此方法特色是不需額外使用輔助氣流,將樣 2010 年 品直接滴在通有高壓電的三角形濾紙紙片上,進行電噴灑 游離分析 1,2,73。 Z. Ouyang 等人直接將完整的葉片取代三角形濾紙,針對葉 片(蔓越莓果葉、菠菜)中天然汁液的胺基酸、生物鹼、 醣苷類等成分化合物進行檢驗。同年 Z. Ouyang 亦簡化 2011 年. ESI,直接插針於人體器官腎中,再將此 Biopsy needle 進 行電噴灑游離分析該該組織內腫瘤因子 5-9。. Zhong-Ping Yao 等 人 開 發 出 竹 籤 電 噴 灑 游 離 質 譜 法 (wooden tips ionization mass spectrometry, WTS-MS)74。. 國立臺灣師範大學 林震煌教授發表可快速切換紙片電噴 灑游離法(PS-MS)和毛細管電泳分離質譜 (capillary 2012 年. electrophoresis-mass spectrometry, CE-ESI-MS)的技術,如 須要快速分析時可以使用紙片電噴灑,而需要分離則可快 速切換成毛細管電泳分離質譜 75。 18.

(29) 國立臺灣師範大學 林震煌教授以具順向性竹筆尖取代紙 片開發的電噴灑質譜法(nib-spray/ESI-MS),利用其順向性 及毛細現象,當樣品滴在竹筆尖上時可比濾紙更加快速的 2013 年 離子化並噴灑進質譜儀,減少偵測時間也有助於提高離子 化效率,而提高偵測的靈敏度以及目標分析物的訊號強度 。. 76,77. E. Verpoorte 等人利用 3D 印表機印製裝置並結合紙片電噴 灑,透過自製裝置的溶劑槽,紙片上的樣品會緩慢地被沖 2014 年 提出來,溶劑槽亦可以加入不同溶劑,將樣品從紙片上直 接萃取出來 78。 R. N. Zare 等人利用蓋玻片當作載台,並對載台施加高電 壓,進行電噴灑游離。將反應物滴在蓋玻片上,接著滴催 2015 年. 化劑在反應物上進行反應,此方法因可以邊反應編電噴灑 至質譜儀即時偵測,可以偵測到反應過程中產生的過渡產 物,成功將無機催化反應與質譜儀進行結合 79。 國立臺灣師範大學 林震煌教授發表毛筆尖電噴灑游離法 (brush-spray/ESI-MS),將採樣與游離源進行結合。利用毛. 2017 年 筆製成的採樣筆,對樣品進行採樣後,直接接上通有高電 壓的針尖進行游離並分析 80。 19.

(30) 同一年,國立臺灣師範大學 林震煌教授發表結合中空纖維 液相微萃取及電噴灑游離法,可以進行線上的萃取並偵測。. 20.

(31) 2-5. 電噴灑離子化原理及機制 1991 年,Kebarle 等人提出電噴灑游離法的理論與機制. ,. 81. 其理論主要分三個部份:(1)霧化(nebulization)(2)去溶劑 (desovation)(3)游離化(ionization)以下對此三個部分做簡 介:. (1) 霧化(nebulization):即形成帶電液滴的過程 分析物溶解於溶劑中的流經未施加高電壓的毛細管,由毛 細管出口噴灑時,由於沒有外加的電場影響,只會產生正負 電荷離子平均分佈的液珠。但是當毛細管施加高電壓後,會 有強大的電場在毛細管出口端的區域,單位電荷具有很強的 靜電力,此時待測分析物溶液流過,產生的正負電荷離子會 被影響導致電荷分離。若以施加正電壓於毛細管為例,溶液 中的負電荷離子受正電場吸引而聚集在毛細管壁上,然而正 電荷離子會受到正電場的排斥,往相對電位低的毛細管出口 端移動,大量正電荷離子聚集在毛細管出口端,使液滴表面 累積大量的正電荷,累積到一定量的正電荷時,將會因為電 場作用力和液滴內部作用力,液體表面被拉往低電場的地方, 在毛細管出口端形成錐狀液滴,以泰勒錐(Taylor cone)稱 之。當表面的庫倫斥力大於表面張力時,累積在出口端的溶 21.

(32) 液突破雷利極限(Rayleigh limit)82,泰勒錐前端會噴灑出微小 的帶電液珠,上述即電噴灑游離法中的霧化原理以及形成過 程 83-85。. (2) 去溶劑(desovation) :電噴灑液滴揮發與分裂 霧化過程中,從毛細管出口端噴灑出來的液珠帶有正電荷, 又因為質譜口為一低電場,液珠便會從高電場處(毛細管出 口端)往低電場(質譜口)移動並進入質譜儀。在此液滴飛 行的過程中,不斷接觸到大量的空氣,液珠於室溫下快速揮 發,體積縮小但是電荷依然沒變,造成電荷密度越來越高, 當電荷斥力大於表面張力時,液珠便會開始分裂。此分裂現 象會一直發生直到進入質譜儀,經過多次的揮發分裂,最終 溶劑將會被去除掉。通常實驗時,會選用揮發性較高的溶劑, 可以提高去溶劑的效率。. (3) 游離化(ionization):形成氣相離子 目前液相離子轉換成氣相離子的機制,還尚未完全定論, 現今有兩種理論普遍被科學家們所能接受,一是 M. Dole 等 人於 1968 年提出的電荷殘留理論(charge residue model, CRM);二為 B. A. Thomson 等人於 1976 年提出的離子揮發 理論(ion evaporation model, IEM)。離子揮發理論指出氣相 22.

(33) 離子是經多次分裂的帶電液珠體積縮小至直徑 10-20 nm 時, 因內部電荷非常不穩定,為了達到新平衡,在強電場作用下 液珠中的離子會直接轉化成氣相離子,而非在溶劑完全揮發 後才形成的。M. Dole 發表的電荷殘留理論則是表示帶電荷 的液珠經多次分裂、去溶劑後,體積不斷縮小,最終無法在 分裂,原本液珠上的電荷會殘留於分析物分子上,次時產生 成安種離子且無法再進一步分裂的極小液滴( single ion droplet)的氣相離子。. 23.

(34) 第三章 儀器、藥品與實驗方法 3-1. 中 空 纖 維 液 - 液 相 微 萃 取 ( hollow fiber/liquid-liquid. microextraction) 本研究所使用的中空纖維為市售聚丙烯中空纖維,聚丙 烯中空纖維表面具多孔性,有機溶劑會在纖維表面形成輔助 液膜;本實驗裝置是將 2 mL 樣品瓶瓶蓋上的墊片先刺一個 洞,取 3.5 cm 的中空纖維穿過墊片上端留 2.5 mm 的長度, 下端以鑷子壓扁。萃取樣品溶液會先以 1 M NaOH(aq),將 pH 值調至 11,取 2 mL 至樣品瓶,再蓋上有中空纖維的樣品瓶 瓶蓋,進行萃取。 本實驗用的聚丙烯中空纖維,會先以丙酮超音波震洗 5 分 鐘,在利用注射針以空氣把纖維中殘留的丙酮吹乾,接著以 注射針將離子液體(體積比 octanol:Aliquat 336:dodecane = 0.4:1:8.6)86 緩慢注入纖維中,將多餘的離子液體去除, 使纖維表面附上輔助液膜,再將萃取溶液(0.1 M HCL(aq))注 滿纖維內腔,最後放入樣品瓶中進行萃取 15 分鐘,下方以磁 石攪拌(600 rpm)。 24.

(35) 圖 3- 1 中空纖維液-液相微萃取裝置圖. 25.

(36) 3-2. 中空纖維液-液相微萃取結合電噴灑游離質譜法 本研究以中空纖維液-液相微萃取結合電噴灑游離質譜法。 萃取後不必再取出含有分析物的受體溶液,利用 3D 列印印 製支架,直接將裝置進行電噴灑游離質譜分析,既快速又方 便,能使目標化合物濃縮並同時以質譜儀進行偵測。 本研究室使用市售之液相層析串聯質譜儀型號為 Thermo Finnigan LCQ LC/MS。LCQ 質譜儀的實驗參數設定:負電模 式,輔助液體(甲醇)流速設定為 45 μL/min,電噴灑電壓 (spray voltage)為-5 kV,毛細管溫度(capillary temperature) 設定為 275℃,毛細管電壓(capillary voltage)設定為-23V, 而管鏡電壓為 25 V。質譜訊號數據處理是使用 Xcalibur 質譜 軟體。. 26.

(37) 圖 3- 2 本研究實際實驗裝置圖. 27.

(38) 圖 3- 3 中空纖維液-液相微萃取結合電噴灑游離法示意圖. 28.

(39) 圖 3- 4 中空纖維液-液相微萃取結合電噴灑游離法之泰勒錐. 29.

(40) 3-3. 儀器及周邊設備列表 ESI 相關儀器 名稱. 製造廠商. 型號. 示意圖及規格. Thermo LC/MS. LCQ Finnigan. 抽氣迴旋泵. EDWARDS. EM30. 其他相關儀器及耗材 名稱. 製造廠商. 型號. 智慧型 半微量. MSA125PSartorius 100-DA. 天平 超音波 洗淨器. BRANSON. 3510. 30. 示意圖及規格.

(41) 桌上型 電子顯. Hitachi. TM 3030. 微鏡 100-1000 μL. 微量吸 量管. Research Eppendorf micropipet. 數位式 攪拌器. Rexim. RS-4DN. 31. 10-100 μL 0.5-10 μL.

(42) 3-4. 藥品列表 類別. 藥品名稱. 來源. 化學式/結構式. Chem glyphosate service. 分子量:169.07. 分 析 物. 溶. 年年春. 興農. methanol. Merck. ethanol. Merck. 1-octanol. Acros. 41% glyphosate. 劑 ALFA n-dodecane. Aesar. 32.

(43) Aliquat 336. Acros. acetone. Merck. 33.

(44) 3-5. 樣品配製 先將嘉磷塞(glyphosate)標準品秤重 10 mg,溶於 10 mL 去離子水,做實驗前再依欲分析之濃度進行稀釋。 市售除草劑年年春含有 41 % 之嘉磷塞,先以去離子水配 製成嘉磷塞濃度 1000μg / mL,實驗前再依欲分析之濃度進 行稀釋。 輔助液膜依體積比 octanol:Aliquat 336:dodecane = 0.4: 1:8.6,配製。. 34.

(45) 第四章 結果與討論 4-1. 纖維電噴灑之最佳位置 由於本研究是以電噴灑游離法使纖維內腔的受體液體將 分析物帶入質譜儀,研究最一開始對於中空纖維放置的位置 進行探討,經由此實驗後可以讓之後的實驗能在最佳的實驗 條件下進行。. 實驗條件 先繪製一張以 mm 為單位的網格紙,貼在質譜口以及 電噴灑游離源正下方的平面。以 10μg / mL 嘉磷塞水溶液為 樣品,充滿萃取裝置樣品瓶,中空纖維內腔亦須充滿,將萃 取裝置至於質譜口及電噴灑游離源中間進行偵測,微調 X 軸 與 Y 軸,並記錄每一個點的離子訊號強度,儀器參數設定: 負電模式,輔助液體甲醇,並且以 SIM 模式記錄 m / z = 168 的離子強度。 實驗結果 經過記錄後並後製作圖後,由圖 4-1 可以得知垂直距 離質譜口 2.5 mm,水平距離質譜口 3 mm 為最佳位置。 35.

(46) 圖 4- 1 離子強度與纖維最佳位置關係圖. 36.

(47) 4-2. 萃取嘉磷塞標準品 將 1μg / mL 嘉磷塞水溶液以 1 M NaOH(aq)調整至 pH = 11,靜置萃取 60 分鐘後,將萃取裝置直接進行電噴灑偵測。 質譜儀偵測範圍設定:m / z = 50~200。 由實驗結果,發現經萃取後嘉磷塞離子會斷裂成 m / z = 125 的碎片,根據文獻,可以發現嘉磷塞經過萃取後脫去一 個甲酸根 87,之後的萃取實驗皆以 m / z = 125 為偵測目標。. 37.

(48) 1.00E+06 9.00E+05. 8.00E+05. Intensity. 7.00E+05 嘉磷塞. 6.00E+05 5.00E+05 4.00E+05 3.00E+05. *. 2.00E+05 *. 1.00E+05. *. 0.00E+00. 0. 50. 100. 150. 200. m/z 圖 4- 2 萃取 1μg / mL 嘉磷塞水溶液 60 分鐘質譜圖 *為背景值訊號. 38. 250.

(49) 圖 4- 3 經過萃取後嘉磷塞斷裂碎片. 39.

(50) 4-3. 萃取市售除草劑(年年春) 將 1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液以 1 M NaOH(aq)調整 至 pH = 11,靜置萃取 60 分鐘後,將萃取裝置直接進行電噴 灑偵測。質譜儀偵測範圍設定:m / z = 50~200。 年年春為 41 % 嘉磷塞與界面活性劑等等混合而成。經過 此萃取方法後,可以發現,目標分析物並不會受到其他添加 物干擾,比較前一個實驗,在同一濃度下,相同萃取時間下, 萃取年年春水溶液,目標分析物嘉磷塞(m / z = 125)的離子 強度,亦可以達到萃取嘉磷塞標準品水溶液的離子強度,因 此此萃取方法可以對於市售年年春除草劑嘉磷塞的殘留進 行偵測。. 40.

(51) 1.00E+06 9.00E+05. 嘉磷塞. *. 8.00E+05. Intensity. 7.00E+05 6.00E+05 5.00E+05 4.00E+05 3.00E+05 *. 2.00E+05. *. 1.00E+05. 0.00E+00 0. 50. 100. 150. 200. 250. m/z 圖 4- 4 萃取 1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液 60 分鐘質譜圖 *為背景值訊號. 41.

(52) 4-4. 萃取時間對於萃取效率之探討 將 1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液以 1 M NaOH(aq)調整 至 pH = 11,依照不同萃取時間,選定 m / z = 125 的離子強 度,探討萃取時間與萃取效率的關係,靜置萃取時間為 15、 30、45、60、75、90 分鐘。透過此實驗找出到最佳的萃取時 間為 60 分鐘,之後測得的離子強度開始減少,推測可能是因 為液膜在長時間後揮發,造成萃取效果不好。. 42.

(53) 7.00E+05 6.00E+05. Intensity. 5.00E+05 4.00E+05. 3.00E+05 2.00E+05 1.00E+05 0.00E+00 0. 15. 30. 45. 60. 75. 90. 105. Time (min) 圖 4- 5 萃取 1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液 intensity vs time 關係圖. 43.

(54) 4-5. 磁石攪拌對於萃取效率之探討 此實驗目的是想以磁石攪拌,來達到縮短萃取時間。因本 研究萃取裝置為 2 mL 樣品瓶,攪拌子使用市售強力磁鐵(1 mm * 2 mm * 4 mm),利用攪拌器在萃取時進行攪拌。 4-5-1. 磁石轉速探討 將 1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液以 1 M NaOH(aq)調整 至 pH = 11,萃取時間為 10 分鐘,轉速設定 300、400、500、 600、700、800 rpm,實驗結果發現,轉速 600、700 rpm 時 萃取,離子強度均不錯,最終選定 600 rpm 為最佳轉速。. 44.

(55) 1.80E+05 1.60E+05 1.40E+05. Intensity. 1.20E+05 1.00E+05 8.00E+04 6.00E+04 4.00E+04 2.00E+04 0.00E+00 200. 300. 400. 500. 600. 700. 800. r.p.m. 圖 4- 6 攪拌萃取 1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液 10 分鐘 intensity vs rpm 關係圖. 45. 900.

(56) 4-5-1. 磁石攪拌萃取時間探討 將 1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液以 1 M NaOH(aq)調整 至 pH = 11,轉速設定 600 rpm,萃取時間為 5、10、15、20、 25 分鐘。實驗結果發現,在 600 rpm 攪拌萃取 15 分鐘即可 達到最好的離子強度。. 9.00E+05 8.00E+05 7.00E+05. Intensity. 6.00E+05 5.00E+05 4.00E+05 3.00E+05 2.00E+05 1.00E+05 0.00E+00 0. 5. 10. 15. 20. 25. Time (min) 圖 4- 7 攪拌萃取(600 rpm)1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液 intensity vs time 關係圖. 46. 30.

(57) 1.00E+06 9.00E+05 嘉磷塞. 8.00E+05. Intensity. 7.00E+05 6.00E+05 5.00E+05 4.00E+05 3.00E+05 2.00E+05. *. * *. 1.00E+05 0.00E+00 0. 50. 100. 150. 200. 250. m/z 圖 4- 8 攪拌萃取(600 rpm)1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液 15 分鐘質譜圖 *為背景值訊號. 47.

(58) 4-6. 微波對於萃取效率之探討 除了利用攪拌縮短萃取時間,本研究亦嘗試利用微波加 熱,縮短萃取時間,微波爐設定 160 W,微波萃取時間為 10、 20、30 秒。微波萃取 10 秒,得到的離子強度為 6.85 E+04; 微波萃取 20 秒,得到的離子強度為 3.09 E+05;然而微波萃 取 30 秒,則因為樣品溶液經微波加熱沸騰,直接從中空纖維 噴出,無法進行萃取,可能是因為樣品瓶為玻璃,導熱快, 且樣品溶液少,僅 2 mL,短短 30 秒微波就會沸騰,目前極 限僅能做到微波萃取 20 秒,且萃取完後偵測的離子強度仍 不及靜置萃取和攪拌萃取,微波萃取仍須再想辦法突破。. 48.

(59) 1.00E+06 9.00E+05 8.00E+05. Intensity. 7.00E+05 6.00E+05 5.00E+05. *. 4.00E+05. 嘉磷塞. 3.00E+05 2.00E+05. *. 1.00E+05 0.00E+00 0. 50. 100. 150. 200. 250. m/z 圖 4- 9 微波萃取(140 W)1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液 20 秒質譜圖 *為背景值訊號. 49.

(60) 4-7. 其他多孔中空纖維薄膜 本研究希望能以靜電紡絲技術,紡製其他纖維來取代市 售聚丙烯纖維,希望能有更好的萃取效果。 本實驗使用過去實驗室所紡製的多孔中空纖維薄膜,將 纖維薄膜捲成一束,進行液-液微萃取,然而本實驗室紡製的 纖維大多為聚乳酸(polylactic acid, PLA)為主,本研究液-液 微萃取所使用的液膜有機溶劑(體積比 octanol:Aliquat 336: dodecane = 0.4:1:8.6)會將纖維溶解,聚乳酸纖維不適用 於本研究。 除了聚乳酸纖維,也利用聚碸(polysulfone, PSF)多孔中 空纖維薄膜來進行實驗。纖維紡製條件為:電壓 4 - 6kV、噴 頭距離滾筒 1 - 1.5 公分、滾筒轉速 80 - 120 rpm、液體流速 為 5 - 8mL/hr,會依據氣候來微調。將纖維薄膜捲成一束,替 換原本的聚丙烯中空纖維管。先將纖維薄膜表面附上液膜有 機溶劑(體積比 octanol:Aliquat 336:dodecane = 0.4:1: 8.6),在將附上液膜的纖維束固定於瓶蓋並直立插入 0.1M HCL(aq)中,0.1M HCL(aq)萃取溶液會因為毛細現象而充滿纖維 的中空內腔,取出纖維束,將下端纖維用鑷子反折壓扁密封, 接著將纖維置於樣品溶液中進行攪拌萃取 15 分鐘,經纖維 電噴灑測得的離子強度可達 3.65 E+05,因中空纖維薄膜的內 50.

(61) 腔體積遠小於聚丙烯中空纖維內腔,故萃取溶液用量大幅減 少,且因體積小,進行纖維電噴灑時,相較於使用聚丙烯中 空纖維,能在更短的時間內就令含有分析物的萃取溶液揮發 完,並經電噴灑游離,進而進入質譜儀偵測。使用聚丙烯中 空纖維進行纖維電噴灑偵測時需耗時 40 秒左右,而利用聚 碸中空纖維薄膜,則僅耗時不到 10 秒即完成偵測,可以更快 速的偵測。. 51.

(62) 圖 4- 10 萃取裝置圖(PSF 纖維). 52.

(63) 圖 4- 11 PSF 纖維薄膜 SEM 圖. 53.

(64) 1.00E+06 9.00E+05 8.00E+05. Intensity. 7.00E+05 6.00E+05 5.00E+05. 嘉磷塞. 4.00E+05. 3.00E+05 2.00E+05. *. 1.00E+05 0.00E+00 0. 50. 100. 150. 200. 250. m/z 圖 4- 12 PSF 纖維進行攪拌萃取 1μg / mL 嘉磷塞的年年春水溶液 15 分鐘質譜圖 *為背景值訊號. 54.

(65) 表 4- 1 萃取條件與離子強度比較. 方法. 1μg/mL 年年春水溶液離子強度. 無萃取. 6.26104. 聚丙烯中空纖維 (靜置萃取 60 分鐘). 5.37105 ± 0.43105. 聚丙烯中空纖維 (攪拌萃取 15 分鐘). 7.35105 ± 0.43105. 聚丙烯中空纖維 (微波萃取 20 秒). 3.09105 ± 0.13105. . 聚乳酸纖維 PSF 纖維 (攪拌萃取 15 分鐘). 3.65105 ± 0.42105. 55.

(66) 4-8. 毛筆採樣結合電噴灑質譜法研究 本實驗為一非侵入性採樣方法,是以毛筆(水彩筆)做為 採樣工具,對於採樣目標進行刷取採樣,將採樣之後的毛筆 放置於電噴灑游離源和質譜口之間進行偵測。LCQ 質譜儀的 實驗參數設定:正電模式,輔助液體(甲醇)流速設定為 30 μL/min,電噴灑電壓(spray voltage)為+4.5 kV,毛細管溫 度(capillary temperature)設定為 275℃,毛細管電壓(capillary voltage)設定為 20 V,而管鏡電壓為 -15 V。目標分析物為 咖啡因(caffeine, MW = 194.19 g·mol−1)及其代謝物(MW = 180.12 g·mol−1)。 未來希望能利用毛筆採樣後,結合本研究的中空纖維/液液微萃取技術,進行質譜分析,進行分析物體表面殘留的研 究。 4-8-1. 老鼠咖啡因及其代謝物偵測 老鼠為 200 g Wistar 母鼠,先餵食咖啡(100 mg/mL)2 mL,再用腹腔注射的方式注射短效型麻醉藥 zoletil 50 (1 ml/ 100 g)。由於老鼠的身體部位大部分都被毛所附蓋,本實驗挑 選老鼠沒有毛的身體部位進行採樣,挑選的部位有耳背以及 鼻子。實驗條件為 SIM 模式,選定 m/z 181 以及 m/z 195。 56.

(67) 由圖 4-13 可以發現到,老鼠攝入咖啡後 140 分鐘時,可以得 到最高的離子訊號強度,而圖 4-11 以及圖 4-12 所顯示的結 果,採樣於老鼠耳背比採樣於老鼠鼻子所得到的離子強度還 要好,可能是因為老鼠耳背肉眼就能明顯看到血管,因此可 以得到較好的離子訊號。. 圖 4- 13 毛筆採樣老鼠耳背實際圖. 57.

(68) m/z 195 1.20E+05. Intensity. 1.00E+05 8.00E+04 6.00E+04 4.00E+04 2.00E+04 0.00E+00. 0. 30. 60. 90. 120. 150. Time (min) ear. nose. 圖 4- 14 採樣老鼠耳背及鼻子咖啡因(m/z 195) 離子訊號隨時間變化圖. 58. 180.

(69) m/z 181 1.20E+05. Intensity. 1.00E+05 8.00E+04 6.00E+04 4.00E+04 2.00E+04 0.00E+00. 0. 30. 60. 90. 120. 150. Time (min) ear. nose. 圖 4- 15 採樣老鼠耳背及鼻子咖啡因代謝物(m/z 181) 離子訊號隨時間變化圖. 59. 180.

(70) 6.00E+04 5.00E+04. Intensity. 4.00E+04 3.00E+04 2.00E+04 1.00E+04 0.00E+00. 0. 30. 60. 90. 120. 150. 180. Time (min) m/z 181. m/z 195. 圖 4- 16 採樣老鼠耳背咖啡因(m/z 195)及其代謝物(m/z 181) 離子訊號隨時間變化圖. 60.

(71) 4-8-2. 人類咖啡因及其代謝物偵測 志願者喝下 150 mL 的咖啡,每 10 分鐘進行採樣並偵測 一次,基於人類上眼皮為所有皮膚中,最薄的地方,固選擇 上眼皮這個部位進行採樣。實驗條件為 SIM 模式,選定 m/z 181 以及 m/z 195。如圖 4-14 所示,於喝下咖啡 80 分鐘時可 以得到最高的離子訊號。. 1.20E+04 1.00E+04. Intensity. 8.00E+03 6.00E+03 4.00E+03 2.00E+03. 0.00E+00. 0. 30. 60. 90. 120. 150. 180. Time (min). m/z 181. m/z 195. 圖 4- 17 人喝咖啡測咖啡因(m/z 195)及其代謝物(m/z 181) 離子訊號隨時間變化圖 61.

(72) 第五章 結論 本研究延續過去的研究,開發以聚丙烯中空纖維進行液液微萃取技術結合電噴灑質譜法,以常見有機磷類除草劑-嘉 磷塞(glyphosate)為分析物,成功進行微萃取後,並以電噴 灑游離法進行質譜分析,對於市售含嘉磷塞之農藥-年年春亦 能成功進行萃取分析,目標分析物不會被其他添加物干擾影 響。 此萃取裝置,能減少許多煩瑣步驟,萃取完後即可利用 3D 列印印製的支架將裝置架設至質譜口直接進行分析,不必再 取出受體溶液才分析。利用攪拌的方式,更能將原本萃取所 需的 60 分鐘,大幅減少至 15 分鐘,而本身微萃取所需溶劑 就相當少量,也符合近年來綠色化學的目的,未來研究希望 能以真實樣品來進行研究,最終期盼此方法能夠應用於食品 藥物殘留的快速篩檢。另外,本研究也嘗試使用聚乳酸中空 纖維薄膜來代替市售聚丙烯中空纖維,但是會被有機溶劑溶 解,故不適用,而使用聚碸(polysulfone, PSF)纖維並不會 被有機溶劑溶解,且萃取完後進行纖維電噴灑質譜時所需的 偵測時間相當短,能更快速偵測。. 62.

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