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學習重點 質譜儀直接分析的是離子的質荷比（m/z），不是單獨測量質量、電荷、光譜或同位素活性。 質譜儀的主要組成包括離子源、質量分析器、偵測器及真空系統；ESI與MALDI皆屬離子源。 ESI常產生多電荷離子，有利於分析蛋白質與胜肽；胜肽的實際電荷數可由同位素峰間距判讀。 串聯質譜由MS1選擇前驅離子、裂解區產生產物離子、MS2分析產物離子；LC-MS/MS再結合液相層析分離。 單純質譜不易區分白胺酸與異白胺酸等同分異構物；搭配適當的LC分離與MS/MS分析可提高鑑別能力。 核心觀念 一、質譜儀測量什麼？ 質譜分析先使待測物形成氣相離子，再依離子的質量與電荷比（mass-to-charge ratio，m/z）進行分析，最後記錄離子訊號。質譜圖通常以m/z為橫軸、離子訊號強度或相對豐度為縱軸。 其中m代表離子質量，z代表電荷數。同一物質形成不同電荷數的離子時，可出現在不同的m/z位置。因此，「質譜儀直接測量待測物質量」並不精確；必須知道電荷狀態，並考慮質子或其他加合離子，才能進一步推算待測物的分子質量。 二、質譜儀的組成與功能 元件主要功能與辨識重點 樣品引入系統將樣品送入分析流程，可與液相層析等分離系統連接。 離子源使待測物形成氣相離子；ESI與MALDI皆屬此類。 質量分析器依離子的m/z進行分離或分析，例如四極柱、飛行時間分析器。 偵測器偵測離子並產生可記錄的訊號。 真空系統降低分析區內離子與氣體分子的非預期碰撞，維持離子傳輸及分析環境。 資料處理系統呈現質譜圖，協助定性、定量與資料比對。 分光光度計（spectrophotometer）不是一般質譜儀的必要組成。分光光度計主要測量光的透射或吸收；質譜儀則分析離子的m/z。另須注意，ESI可在大氣壓下進行游離，並不表示整個質譜儀都在大氣壓下運作，後端分析區仍需適當真空。 三、ESI與MALDI都是離子源 電噴灑游離法（electrospray ionization，ESI）將含待測物的溶液在高電壓下形成帶電液滴，經溶劑蒸發及液滴分裂等過程，最後產生氣相離子。ESI容易與液相層析銜接，是LC-MS/MS常用的游離方式。 ESI的重要特色是常產生多電荷離子。例如，同一大分子帶有更多電荷時，其m/z會降低，使高分子量的蛋白質或胜肽落入儀器可分析的m/z範圍。ESI屬軟性游離，通常能減少游離過程中的碎裂，但不代表離子形成後就穩定到無法裂解；串聯質譜仍可使其進一步解離。 基質輔助雷射脫附游離法（matrix-assisted laser desorption/ionization，MALDI）通常將待測物與基質共同製備於靶板上，再以雷射促使待測物脫附及游離，常用於蛋白質與胜肽分析。ESI與MALDI的分類皆為離子源，不是質量分析器，也不是真空系統。 四、串聯質譜的分析順序 串聯質譜（MS/MS）利用前後兩階段的質量分析，取得特定離子的碎片資訊。典型流程如下： MS1選擇前驅離子（precursor ion）：依m/z選出要進一步分析的離子。 前驅離子裂解：例如在碰撞室中與氣體碰撞，形成產物離子（product ion）。 MS2分析產物離子：測量產物離子的m/z，利用碎片組合與質量差提供結構或序列資訊。 前驅離子也常稱母離子，產物離子也常稱子離子。兩個分析階段之間包含裂解及必要的離子傳輸安排，不能認為MS1與MS2之間沒有其他元件。上述流程描述的是典型串聯分析功能，不必把所有MS/MS儀器都理解為兩臺獨立質譜儀直接相接。 五、LC-MS/MS的優點、應用與限制 液相層析串聯質譜（LC-MS/MS）先以LC分離混合物，再由離子源使待測物離子化，接著進行串聯質譜分析。鑑別時可結合層析保留時間、前驅離子m/z及產物離子特徵，提高複雜樣品的分析選擇性。 質譜分析可具有高特異性、高檢測速率及依需求建立檢測項目的優點，也能同時分析多種待測物；但實際表現仍取決於方法設計。尤其容易鑑別所有異構物並不是單純質譜的普遍優點。 研究領域與質譜的關係 蛋白體學／蛋白質體學常以質譜鑑定與定量蛋白質或其酵素分解後的胜肽。 磷酸化蛋白體學常以質譜分析蛋白質或胜肽的磷酸化修飾。 代謝體學常以質譜分析多種小分子代謝物。 轉錄體學主要研究RNA轉錄本，通常採RNA定序或核酸晶片，質譜不是主要方法。 LC-MS/MS也可用於臨床藥物及生物標記物分析，但仍可能受到基質造成的離子抑制、共洗脫及離子化效率差異影響。結合層析與串聯分析可以改善選擇性，不能保證完全排除所有干擾。 六、同分異構胺基酸的鑑別 白胺酸（leucine）與異白胺酸（isoleucine）具有相同分子式與分子質量，因此相同電荷及加合形式的離子具有相同m/z，無法僅靠分子離子質量分別確認。提高質量解析度也不能直接解決兩者分子式相同的問題。 相較之下，精胺酸與離胺酸、絲胺酸與蘇胺酸、麩胺酸與麩醯胺酸的分子質量不同，可利用適當的質譜方法區分。鑑別同分異構胺基酸時，LC-MS/MS是重要的組合技術，可利用適當層析條件提供分離，再結合碎片資訊確認；但不能推論任何LC-MS/MS條件都能自動分開白胺酸與異白胺酸。 七、利用同位素分布判斷電荷 胜肽因天然同位素組成不同，會形成一群相鄰的同位素峰。對同一電荷狀態的同位素峰群，相鄰峰的質量差約為1 Da，因此相鄰峰的m/z間距約為1／|z|。 相鄰同位素峰的m/z間距推定電荷數大小 約11 約0.52 約0.333 峰距越小，電荷數越大。ESI說明離子如何形成，不能單憑使用ESI就確定某個胜肽帶幾個電荷；判讀應參考同位素分布，而非胜肽質量指紋或單獨的飛行時間。 常考陷阱 「直接測量質量」：直接分析的是m/z，推算分子質量還需要電荷與加合形式資訊。 「ESI在固相中游離、使待測物產生螢光」：ESI由溶液形成帶電液滴，其重要特色是多電荷化。 「軟性游離表示不會裂解」：軟性游離通常減少源內碎裂，後續仍可誘導裂解。 「MS2測前驅離子」：典型串聯流程由MS1選前驅離子，MS2分析產物離子。 「單純質譜容易分辨異構物」：白胺酸與異白胺酸是代表性限制，需適當分離與額外鑑別資訊。 「同位素峰距越大，電荷越多」：正確關係相反，電荷數約為峰距的倒數。 「所有體學都主要使用質譜」：轉錄體學通常以核酸分析技術為主。 記憶口訣 「源生離子，分析比分；真空助傳，偵測收訊。」「一選母，碰撞碎，二看子。」「同位峰距取倒數，峰越密，電越多。」