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學習重點 區分離子源與質量分析器：MALDI、ESI、APCI 負責產生離子；TOF、四極柱負責依質荷比分析離子。 掌握 MALDI 的基質吸收 UV 雷射能量、雷射脫附與軟性游離特性，理解其適合蛋白質、核酸及聚合物的原因。 理解 MALDI 為脈衝式離子源，最典型的搭配是 TOF，而不是四極柱。 理解 TOF 以飛行時間差分離離子：m/z 越小飛越快、越早抵達；reflectron 與 W 型配置可提高解析度。 辨認 MALDI 在低分子量分析上的基質干擾；遇到 LC-MS 分析抗體、多肽等大分子時，能選出 ESI/TOF 組合。 核心觀念 一、先分清楚：游離與質量分析是兩個步驟 質譜分析先將待測物轉成氣相離子，再由質量分析器依質荷比 m/z區分離子。m 表示離子質量，z 表示電荷數；質譜圖的橫軸是 m/z，不能一律當成分子量。 類別代表技術主要任務 離子源MALDI、ESI、APCI使待測物形成可被分析的離子 質量分析器TOF、四極柱依 m/z 分離或篩選離子 因此，MALDI-TOF 是「基質輔助雷射脫附游離＋飛行時間分析器」，ESI-TOF 則是「電灑游離＋飛行時間分析器」。不能把 MALDI 與 TOF 當成互相替代的同類技術。 二、MALDI：基質吸收 UV，協助大分子脫附與游離 MALDI 的全名是基質輔助雷射脫附游離法。樣品與大量基質混合並共結晶，再以脈衝式紫外光雷射照射。基質吸收雷射的 UV 能量，促進樣品由表面脫附，並協助形成離子，待測物不直接承受雷射能量，因此不易大量裂解。 MALDI 屬於軟性游離法，適合觀察完整分子離子。常見訊號以單電荷離子為主，正離子模式可見質子化離子 [M+H]⁺，也可能出現鈉、鉀等加合離子。 考試中「基質須為可吸收 UV 能量的化合物」是正確敘述。選擇基質時要考慮吸光能力、與樣品共結晶的情形及提供質子協助游離的能力，不能只看是否為酸。 三、基質辨識：芳香族共軛吸光結構是關鍵 化合物考試辨識重點 2,5-Dihydroxybenzoic acid（2,5-二羥基苯甲酸，DHB）常用 MALDI 基質 Nicotinic acid（菸鹼酸）具芳香族雜環，為早期使用的 MALDI 基質 Ferulic acid（阿魏酸）具芳香環與共軛結構，可作 MALDI 基質 Sinapinic acid（芥子酸）、α-cyano-4-hydroxycinnamic acid（CHCA）常用基質，分別常見於蛋白質、胜肽分析 Butyric acid（丁酸）小分子脂肪族羧酸，缺乏芳香共軛結構，無法有效吸收 UV 雷射，不適合作 MALDI 基質 判斷關鍵是能否吸收 UV 雷射能量並協助脫附游離，不是「有羧酸基就可以」。常見基質多為芳香族酸（苯甲酸、桂皮酸衍生物、吡啶羧酸）。 四、MALDI 的應用與低分子量限制 MALDI 適合蛋白質、多肽、核酸（DNA 序列分析）及合成聚合物，可用於分子量測定、胜肽質量指紋分析、蛋白質結構研究及製劑中聚合物分子量分布研究。 對 warfarin 等小分子藥物，MALDI 的重要限制是基質本身產生的離子與碎片集中在低 m/z 區域，干擾小分子訊號；加上結晶不均造成訊號重現性差，不利於定量。因此「血中 warfarin 濃度」較不適合以 MALDI 分析，此類小分子定量通常選擇 LC-MS（如 ESI 搭配三段四極柱）。 MALDI 也能與質譜影像（MALDI imaging）結合：在組織切片上逐點取得質譜，再依特定離子的訊號重建空間分布，可應用於藥物及代謝物的組織分布研究。 五、為什麼 MALDI 典型搭配 TOF 而非四極柱 比較TOF四極柱 運作方式脈衝式，記錄一次脈衝內所有離子的飛行時間連續式掃描，依電場條件逐一篩選 m/z 與 MALDI 脈衝雷射配合非常契合不契合 質量範圍寬廣，理論上無上限有限（約數千 m/z 以下） 解析度與質量準確度較高較低 MALDI 產生的蛋白質離子多為單電荷、m/z 很高，常超出四極柱的質量範圍，所以「MALDI 適合串聯四極柱進行蛋白質研究」是錯誤敘述；正確為 MALDI-TOF。 六、TOF：質荷比越小，越早抵達 TOF 將離子以相同電位加速，使其獲得相同動能（zeV = ½mv²），再進入無場飛行區，利用不同 m/z 離子的飛行時間差進行分離。在相同加速電位、相同飛行路徑下，飛行時間 t 與 √(m/z) 成正比。 m/z 較小：速度較快，飛行時間較短，較早抵達偵測器。 m/z 較大：速度較慢，飛行時間較長，較晚抵達偵測器。 所以「離子愈小移動愈慢」是錯的，正確是離子愈小（m/z 愈小）移動愈快。電荷數不同時，應比較 m/z，不能只比較分子大小。 七、解析度：反射器補償能量差，延長路徑增加分離 相同 m/z 的離子仍可能具有不同的初始動能，造成抵達時間分散、峰形變寬。反射器（reflectron）利用靜電場使離子減速並反向；動能較高的離子穿入較深、路徑較長，動能較低者路徑較短，使同 m/z 離子幾乎同時抵達，峰形變窄，解析度提高。 W 型配置（W-configuration）藉由多次反射形成更長的有效飛行路徑，使相近 m/z 離子的飛行時間差拉大，可進一步提高質量解析度（一般反射式為 V 型）。 八、大分子 LC-MS：ESI 與 TOF 的搭配 ESI 在大氣壓下由溶液直接產生離子，便於與液相層析銜接，屬軟性游離，且能使蛋白質、多肽形成多重帶電離子，將大分子的 m/z 降低以利量測。APCI 需加熱汽化，適合熱穩定、低至中極性的小分子，不適合抗體等大分子。 分析器方面，TOF 質量範圍寬、解析度與質量準確度高，適合大分子藥物品質（如完整分子量、修飾變異）分析；傳統四極柱質量範圍與解析度較有限。因此 LC-MS 分析抗體與多肽等大分子藥物，最適合 ESI/TOF MS。 常考陷阱 「MALDI 適合串聯四極柱進行蛋白質研究」：錯。MALDI 為脈衝式、產生高 m/z 單電荷離子，典型搭配是 TOF。 「MALDI 基質須能吸收 UV 能量」：對，這是基質的必要條件。 「MALDI 屬於軟性離子源」「可搭配影像技術研究藥物組織分布」：皆對。 「任何酸都能當基質」：錯。丁酸為脂肪族酸、不吸收 UV，是不適合的基質；DHB、菸鹼酸、阿魏酸皆可。 「MALDI 適合分析血中小分子藥物濃度」：不適合。基質在低 m/z 區干擾大、定量重現性差；蛋白質、DNA、聚合物才是 MALDI 的強項。 「TOF 離子越小移動越慢」：錯。m/z 越小越快、越早抵達。 「reflectron、W 型配置可提高解析度」：對。反射器補償動能差，W 型延長飛行路徑。 「APCI 適合大分子抗體分析」「四極柱最適合大分子品質分析」：皆不宜。大分子 LC-MS 選 ESI/TOF。 記憶口訣 「基質吸光助離場，小比快飛先到站；反射補能峰更尖，W 長路更能辨。」小比指 m/z 較小；反射補能指補償離子動能差。 「MALDI 配 TOF，脈衝對脈衝；液相大分子，電灑配飛時。」 「丁酸無苯環，不吸光不當基質；小分子 warfarin，基質雜訊蓋過去。」