114 調查局特考三等 化學鑑識組 儀器分析 考古題詳解

核心觀念

本題考查 MALDI-TOF MS 的兩個部分：MALDI 如何使分析物形成氣相離子，以及基質種類與樣品結晶狀態如何影響訊號。作答時可依「基質吸收雷射能量並協助脫附游離」說明游離原理，再依分析物種類配對常用基質，最後指出甜蜜點是樣品斑點內訊號不均勻所造成的局部高訊號區。

解題方法

（一）主要原理

MALDI 是基質輔助雷射脫附游離（matrix-assisted laser desorption/ionization），TOF 是飛行時間式質量分析器（time-of-flight mass analyzer）。分析流程如下：

1. **樣品與基質共結晶：**將分析物與大量基質混合，點在樣品靶板上，使溶劑揮發並形成共結晶。基質分子通常能有效吸收雷射能量，且含量遠高於分析物。
2. **雷射脫附與游離：**短脈衝雷射照射樣品，基質吸收能量後促使基質與分析物一起脫附至氣相；基質也協助分析物取得或失去質子、接受陽離子，形成氣相離子。正離子模式常見 $[M+H]^+$ 或 $[M+Na]^+$，負離子模式則可形成 $[M-H]^-$。
3. **離子加速：**離子在電場中獲得近似相同的動能。若離子電荷量為 $q$、加速電壓為 $V$，則有 $\frac{1}{2}mv^2=qV$
4. **飛行時間測定：**離子進入無電場飛行管，飛行長度為 $L$，飛行時間為 $t=L/v$。因此，在相同加速條件下，質量電荷比越小，速度越快、抵達偵測器所需時間越短；儀器依飛行時間換算 $m/z$。由於生物大分子常以單電荷離子為主，質譜峰的 $m/z$ 通常接近其分子量。

（二）三種常用基質及用途

核心觀念

本題考查螢光共軛焦顯微鏡如何利用點照明與空間濾光，抑制焦平面以外的螢光，提升影像對比，並逐層掃描重建樣品的三維結構。

「共軛焦」是指樣品中的焦點與偵測端的針孔在光學上互為共軛位置。來自焦平面的螢光可聚焦通過針孔並被偵測；焦平面以外的螢光因離焦而散開，大部分被針孔擋除。這種光學切片效果可減少影像模糊、增加對比度，並取得不同深度的影像以重建三維結構。

解題方法：依光路說明共軛焦原理

1. 雷射點照明：雷射經聚焦後，在樣品上形成細小照明點，激發該處的螢光分子。
2. 螢光收集與分光：樣品發出的螢光由物鏡收集，經二向分光鏡導向偵測光路。
3. 針孔空間濾光：焦平面訊號聚焦於針孔位置，能通過針孔抵達偵測器；焦平面外訊號在針孔面形成較大的離焦光斑，多數遭針孔阻擋。
4. 逐點、逐層掃描：掃描光點取得單一焦平面的影像；改變焦平面深度後重複掃描，再將各層影像疊合或重建為三維影像。

三個核心構造的功用

• 雷射光源：提供強度高、方向性佳且波長範圍狹窄的激發光。經聚焦後形成照明點，逐點激發樣品中的螢光標記。點照明有助於降低非目標區域受激發所產生的背景訊號。

核心觀念

NTA 與 DLS 都利用懸浮粒子的布朗運動推算粒徑，所得通常是粒子在液體中的水動力粒徑，包含粒子本身及其表面溶劑化層的影響。兩者的關鍵差異在於：NTA 逐顆追蹤粒子的位移；DLS 則量測許多粒子散射光強度隨時間的整體波動。

兩者都會用到 Stokes–Einstein 方程式：

其中 $d_H$ 為水動力直徑，$k_{\mathrm B}$ 為 Boltzmann 常數，$T$ 為絕對溫度，$\eta$ 為分散介質黏度，$D$ 為平移擴散係數。粒子越小，擴散係數越大，布朗運動越快。

解題方法與原理

一、奈米粒子追蹤分析（NTA）

NTA 以雷射照射液體中的粒子，利用顯微光學系統觀察粒子散射光，並以攝影機連續拍攝粒子在液體中的布朗運動。軟體辨識影像中的單一粒子，追蹤其在一段時間內的位置變化，據此求得平均平方位移與擴散係數。

對三維布朗運動而言，粒子在時間間隔 $\Delta t$ 的平均平方位移為：

先由粒子軌跡估算 $D$，再代入 Stokes–Einstein 方程式求得該粒子的水動力直徑。逐顆粒子的粒徑資料可彙整成粒徑分布；在儀器適用範圍及校正條件下，也可由視野內可追蹤粒子數估算粒子數濃度。

二、動態光散射（DLS）

DLS 以雷射照射懸浮粒子，偵測器量測散射光強度隨時間的快速變化。粒子持續布朗運動，使不同粒子的散射光產生建設性或破壞性干涉，因而形成隨時間變動的散射強度訊號。

儀器計算散射光強度的時間自相關函數，分析訊號衰減速率以求得擴散係數 $D$，再以 Stokes–Einstein 方程式換算水動力粒徑。若樣品含多種粒徑，需由相關函數反演粒徑分布；常見的累積量分析可提供強度加權的平均粒徑（Z-average）及多分散指數（PDI）。

二者於應用的獨特優勢

NTA 的優勢

1. 能呈現逐顆粒子的粒徑與數目分布：各粒子分別追蹤後再統計，通常提供數目加權的粒徑分布，能看出主要族群及不同粒徑族群的相對數量。

核心觀念

本題考查電極界面的兩種基本過程，以及常見電化學分析法是否以電子轉移反應產生的電流作為分析訊號。

**法拉第過程（Faradaic process）**是指電極與溶液中的氧化還原物種之間發生電子轉移，使物種氧化或還原的過程。電子穿越電極—溶液界面，因此會產生法拉第電流。依電流方向，陽極氧化通常是氧化物種並釋出電子；陰極還原則是物種接受電子。

若電極界面沒有氧化還原反應，只有電荷在界面累積或重新分布，則屬於非法拉第過程，常見例子是雙電層充電所形成的電容電流。此時不發生分析物的淨氧化或還原。

解題方法：用訊號來源判斷

判斷某一電化學分析法是否涉及法拉第過程，重點在於分析訊號是否來自電極反應的電子轉移：

• 若量測氧化還原反應的電流，或藉由電極反應造成的電位、電量變化進行分析，便涉及法拉第過程。
• 若量測的是平衡電位，且電極不發生分析物的淨氧化還原反應，則該分析訊號不涉及法拉第過程。
• 實際量測中可能同時存在法拉第電流與雙電層電容電流；分類時應看該方法的主要分析原理。

常用五類電化學分析法及其過程

核心觀念

本題考查食藥署公告之「食品中邦克列酸檢驗方法」所使用的分析儀器，以及公告列出的主要裝置規格。作答時須分清楚：

• 分析儀器：負責分離、鑑別與定量邦克列酸。
• 前處理裝置：協助均質、混合、振盪及離心等樣品處理。

解題方法

依公告方法的「檢驗方法」與「裝置」段落作答。該法將檢體萃取及淨化後，以**液相層析串聯質譜儀（LC-MS/MS）**分析；裝置規格則依序列出離子源、層析管及樣品前處理設備。

作答內容

一、分析儀器及規格

使用液相層析串聯質譜儀（liquid chromatograph/tandem mass spectrometer, LC-MS/MS）。

1. 離子源：電灑游離法（electrospray ionization, ESI）。
2. 層析管：ACQUITY BEH C18，粒徑 1.7 μm，內徑 2.1 mm × 10 cm，或同級品。

LC-MS/MS以液相層析分離檢體中的成分，再以串聯質譜的離子選擇與偵測能力分析目標物；ESI適用於將液相流出物轉成氣相離子，供質譜分析。

二、主要前處理裝置及規格