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揮發性檢品、頂空與固相微萃取

科目:專技 - 藥物分析與生藥學(包括中藥學)|題數:16
揮發性檢品、頂空與固相微萃取
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建立於 2026年10月22日

學習重點 掌握氣相層析法(GC)的適用條件:待測物須能氣化,且在分析溫度下有足夠熱穩定性;難揮發、熱不穩定或大分子檢品不適合直接以 GC 分析。 熟記 GC 的典型應用:殘留溶劑(藥典與 PIC/S GMP 常規方法)、揮發油(精油)成分、製劑中乙醇、脂肪油的脂肪酸組成。 理解頂空分析是在密閉小瓶中加熱,取上方氣相導入 GC 注入口,並掌握加熱時間與溫度的原則。 熟記固相微萃取法(SPME)有頂空與直接浸入兩種模式,常用 PDMS 親脂性塗層,以熱脫附進樣 GC-MS,也適合作為殘留溶劑的前處理。 區分 GC 的分離功能、MS 的鑑別功能(EI 資料庫),以及 FID 與 ECD 的選擇性差異。 核心觀念 一、GC 的適用條件與分析特點 GC 以氣體(如氦氣、氮氣)為移動相,待測物須先氣化,再於管柱中分離。選擇方法時先問:能否氣化?氣化及分離過程中是否會分解?適合的分析物通常具有足夠揮發性與熱穩定性;不必原本就是氣體,液體或固體只要能在加熱的注入口與管柱中氣化,也可分析。 GC 的特點包括分離效率高、解析度高、定量準確度高,以及適用於揮發性化合物。「適用於熱不穩定化合物」則不是 GC 的特點;難揮發或熱不穩定的物質,通常應改用高效液相層析法(HPLC)等方法。在高效液相層析法、毛細管電泳法、薄層層析法與 GC 之中,最適合分析揮發性化合物的是 GC。 分析物或檢品適用性與判斷重點 乙醇、ethyl acetate、二氯甲烷等溶劑揮發性小分子,適合以 GC 分析。 limonene、揮發油成分具揮發性的萜類等成分,是 GC 與 GC-MS 的典型分析對象。 pivalic acid可氣化的小分子有機酸,可用 GC 分析;不能只因具有羧基就排除 GC。 β-cyclodextrin多羥基環狀寡醣,分子量大、難揮發,不適合 GC 分析。 蛋白質、抗體藥物分子大、難揮發且受熱易變性分解,不適合 GC 或 GC-MS 分析。 非固醇類抗發炎藥物(NSAID)多為極性較高的酸性藥物,揮發性不足,較不適合直接以 GC 定量,一般以 HPLC 為主。 冷凍乾燥(lyophilization)常用於不耐熱、在溶液中不穩定的藥品(如蛋白質藥物、部分抗生素)。需採冷凍乾燥製備,代表主成分對熱敏感,因此一般不宜以需加熱氣化的 GC 分析,液相層析、毛細管電泳、薄層層析等不需高溫氣化的方法較合適。 二、揮發油與杏仁油:先分清分析的是什麼 揮發油又稱精油,多含可揮發的萜類及芳香性成分,成分分析一般以 GC 或 GC-MS進行,而不是 HPLC。其常見性質包括具高折射率、可溶於乙醇、不易酸敗(不含脂肪油那類易水解酸敗的甘油酯);但久置仍可能氧化、變色或樹脂化。 杏仁油屬脂肪油,主要含三酸甘油酯,與揮發油不同。分析其脂肪酸組成時,常先將脂肪酸轉為脂肪酸甲酯,再以 GC 分離定量,因此「分析杏仁油中脂肪酸組成」最適合的方法是 GC。 衍生化可提高分析物的揮發性與熱穩定性、改善層析行為,例如脂肪酸甲酯化、部分藥物及代謝物的衍生化,都可擴大 GC 的適用範圍;但蛋白質等大分子無法靠衍生化變成適用 GC 的檢品。 三、殘留溶劑的分析 原料藥及製劑製程中常使用有機溶劑,PIC/S GMP 與藥典均要求檢測殘留溶劑,常規方法為 GC(常搭配頂空進樣)。例如 ampicillin sodium 須測量殘留的二氯甲烷,最適合以 GC 分析。 HPLC:適合難揮發或熱不穩定成分,不是揮發性溶劑的首選。 紫外光光譜法:許多溶劑缺乏足夠紫外吸收,也無法分離多種溶劑。 紅外光光譜法:多用於鑑別,不適合微量殘留溶劑的分離定量。 重量分析法:只能測總揮發減重,無法區分個別溶劑。 質譜法:單獨使用缺乏分離,不是殘留溶劑的常規方法;可作為 GC 的檢測器(GC-MS)協助鑑定。 四、頂空分析(head space analysis) 頂空分析是取樣與進樣方式,不是另一種分離原理。檢品置於密封(sealed)小瓶中加熱,使揮發性待測物分配至瓶內上方氣相,再以氦氣等載氣帶出氣相,經保溫的傳輸管線(熱管)導入 GC 的注入口。 進樣位置:檢品留在密封瓶中,只有上方氣相進入 GC;不是把檢品注入管柱頂端加熱後直接進入管柱。 加熱時間:以待測物在液面上方空間達到飽和(分配平衡)為原則,才能得到穩定、可重現的結果。 加熱溫度:有其限度。溫度提高可增加待測物進入氣相的量,但須考量樣品受熱分解、溶劑沸點、瓶內壓力與設備耐受度。 頂空法可避免不揮發的基質(如藥品主成分、賦形劑)進入注入口及管柱,因此特別適合殘留溶劑及揮發性香氣成分分析。 五、SPME 的原理、萃取模式與應用 SPME 利用纖維上的萃取塗層,使待測物由樣品或頂空分配進入塗層,兼具取樣與濃縮功能,不需使用有機溶劑萃取。SPME 有頂空萃取與直接浸入萃取兩種模式,並非只適用於頂空萃取。 模式纖維位置選擇重點 頂空 SPME置於樣品上方氣相,不接觸樣品。適合揮發性成分,可減少複雜基質污染纖維。 直接浸入 SPME直接浸入液體樣品(如尿液)。待測物由液相進入塗層,可用於揮發性較低的成分,但須注意基質干擾。 Polydimethylsiloxane(PDMS,聚二甲基矽氧烷)是常用的非極性、親脂性 SPME 吸附材質,適合濃縮較疏水的成分。萃取後,纖維直接插入 GC 的加熱注入口,以熱脫附釋出待測物,再以 GC-MS 分析。 例如以 SPME 萃取尿液中的 ketamine 再以 GC-MS 定量時,可依需要加入衍生化步驟增加 ketamine 的揮發性。 以 GC 分析製劑中殘留溶劑時,比較各種前處理裝置: 前處理是否適合殘留溶劑理由 solid-phase microextraction(SPME)最適合可頂空萃取揮發性溶劑、無溶劑、可直接熱脫附進 GC。 liquid-liquid partitioning不適合需另加有機溶劑,會干擾溶劑測定,且揮發性溶劑易損失。 restricted access media(RAM)不適合用於排除生物檢體中的蛋白質,多搭配液相層析。 immunoaffinity chromatography不適合利用抗體專一捕捉特定分析物,用於生物分子或特定藥物。 六、GC-MS 與檢測器的判讀 GC-MS 由 GC 分離、MS 提供質譜鑑定,適用於揮發油(精油)成分、揮發性不純物、小分子藥物製程中間產物、尿液中的管制藥品及其代謝物。接上 MS 並不會改變 GC 的進樣限制,蛋白質藥物、抗體藥物的不純物及其他高分子化合物不適合以 GC-MS 分析,應考慮 LC-MS 等方法。 GC-MS 有龐大的質譜資料庫可鑑定揮發性不純物,資料庫主要以電子游離(EI)質譜建立,因 EI 碎片圖譜再現性高、便於比對。 檢測器方面,火焰離子化檢測器(FID)對大多數有機物均有反應,屬通用型;對有機鹵素化合物具高選擇性與高靈敏度的是電子捕獲檢測器(ECD)。 常考陷阱 「GC 適用於分析對熱不穩定之化合物」:錯。分離效率高、定量準確度高、適用揮發性化合物才是 GC 的特點。 「GC 只能在常溫下測量氣態物質」:錯。液體、固體可在加熱下氣化後分析。 「揮發油一般利用 HPLC 分析」:錯,應為 GC;高折射率、可溶於乙醇、不易酸敗皆正確。 NSAID、β-cyclodextrin、蛋白質、抗體藥物:揮發性不足或為大分子,是「不適合 GC」的典型答案;limonene、pivalic acid、ethyl acetate、乙醇、揮發油、杏仁油(脂肪酸)則適合。 冷凍乾燥製備的藥劑:代表不耐熱,題目問不宜的方法,選 GC。 殘留溶劑選項有 UV、IR、HPLC、重量法、質譜法:常規方法一律選 GC。 「頂空分析是將檢品注入管柱頂端加熱後直接進入管柱」:錯。檢品在密封瓶中加熱,只取上方氣相經熱管導入注入口;加熱時間以頂空飽和為原則、溫度有限度皆正確。 「SPME 的設計只適用於頂空萃取」:錯,亦可直接浸入;PDMS 為常用親脂性材質、搭配熱脫附進樣、可衍生化增加揮發性皆正確。 殘留溶劑前處理:選 SPME;液液分配需加溶劑,RAM 與免疫親和層析針對生物檢體或特定分子。 「FID 對有機鹵素化合物具高選擇性」:錯,應為 ECD。 「GC-MS 適合蛋白質藥物或高分子化合物」:錯;GC-MS 資料庫主要以 EI-MS 建構為正確敘述。 記憶口訣 「能揮發、耐得熱,GC 才好測;大分子、怕熱的,GC 請閃邊。」 「溶劑殘留找 GC,頂空瓶裡取上氣;微萃頂空或浸入,PDMS 親脂熱脫附。」 「精油 GC 不用 LC,脂油甲酯再上機;EI 建庫好比對,鹵素要找 ECD。」

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  1. 39.下列何者最適於分析原料藥中的殘留溶劑? (A)高效液相層析儀 (B)氣相層析儀 (C)紫外光光譜儀 (D)紅外光光譜儀
  2. 10.下列何者不是氣相層析法的特點? (A)定量準確度高 (B)分離效率高 (C)適用於分析對熱不穩定之化合物 (D)適用於分析具揮發性的...
  3. 52.下列有關揮發油(volatile oil)之敘述,何者錯誤? (A)具高折射率 (B)一般利用高效液相層析法分析 (C)可溶於乙醇 (D)不易酸...
  4. 27.氣相層析法較不適合用於定量分析下列何種檢品?(A)非固醇類抗發炎藥物(NSAID) (B)揮發油(volatile oil) (C)製劑中之乙醇...
  5. 28.下列方法,何者最適合應用於分析杏仁油中脂肪酸之組成? (A)液相層析法 (B)氣相層析法 (C)紅外線光譜法 (D)紫外光光譜法
  6. 38.下列何種方法最適合用於揮發性化合物的分析? (A)高效液相層析法 (B)毛細管電泳法 (C)氣相層析法 (D)薄層層析法
  7. 29.下列有關氣相層析法之敘述,何者正確? (A)具高分辨率之優點 (B)只能在常溫下測量氣態物質 (C)火焰離子化檢測器對有機鹵素...
  8. 11.GC-MS不適用於下列何者之分析? (A)揮發油之成分 (B)抗體藥物之不純物 (C)小分子藥物製程之中間產物 (D)尿液中之管制藥品及...