臺灣博碩士論文加值系統

基質輔助&;#63817;射脫附游&;#63978;質譜法已被廣泛地使用於各&;#63952;型樣品的分析，而用以輔助樣品脫附游&;#63978;之基質的選擇，常常決定&;#63930;分析結果的好壞。而使用傳統基質輔助樣品之分析時，需要考慮到基質是否可和分析物具有很好的互溶性，及基質是否和分析物形成&;#63868;好的共同結晶。為&;#63930;改善傳統基質之使用可能衍生出的問題，本&;#63809;文嘗試以溶膠凝膠法合成的無機二氧化鈦薄膜，當做輔助樣品在&;#63817;射脫附游&;#63978;中的基材，此無機基材並&;#63847;需要和樣品互溶及進&;#64008;共結晶化，所以可以改善傳統基質使用上的缺點，並且可以簡化樣品的處&;#63972;程序。目前本&;#63809;文發展的這個方法質&;#63870;上限可達8.5 kDa左右，但在低分子&;#63870;範圍仍有二氧化鈦薄膜自身產生的背景&;#63978;子，故較適合用於分子&;#63870;大於500 Da分析物的分析。
為&;#63930;改善此方法之偵測&;#63923;敏&;#64001;，本&;#63809;文也探討二氧化鈦薄膜表面性質對輔助樣品脫附游&;#63978;的影響，結果發現添加聚乙二醇於二氧化鈦薄膜中並經過高溫500℃處&;#63972;後，會使得薄膜表面粗糙&;#64001;增加，並且使得薄膜在波長337 nm的吸收&;#63841;上升，在質譜中的分析物的訊號強&;#64001;因而得以增強。
除此之外，因為二氧化鈦溶膠凝膠材&;#63934;是一&;#63868;好的分子轉印材&;#63934;，所以本&;#63809;文也嘗試使用二氧化鈦輔助溶膠凝膠&;#63817;射脫附游&;#63978;質譜法，用以發展分子辨&;#63996;質譜法。在&;#63809;文中以α型環糊&;#64029;分子為轉印分子，即將α型環糊&;#64029;分子混入二氧化鈦溶膠凝膠材&;#63934;中，並將此混成材&;#63934;塗佈在玻璃片上形成薄膜後，再&;#63965;用水洗法將α型環糊&;#64029;分子洗去，而&;#63949;下具有α型環糊&;#64029;分子結構孔&;#64005;的薄膜，用以當做辨&;#63996;α型環糊&;#64029;之模板。&;#63965;用此模板為探針親合萃取α型環糊&;#64029;，並直接以質譜法為偵測方法，實驗結果顯示具有α型環糊&;#64029;分子結構孔&;#64005;的二氧化鈦薄膜可專一選擇水中微&;#63870;的α型環糊&;#64029;分子。除&;#63930;孔&;#64005;結構可讓α型環糊&;#64029;嵌入外，孔&;#64005;表面的羥基可能可以藉由氫鍵作用&;#63882;親和固定α型環糊&;#64029;分子於孔&;#64005;中，此方法對α型環糊&;#64029;的辨&;#63996;最低濃&;#64001;為50 ppb (18ml)。

Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-MS) has been widely used in the analysis for various types of analytes. The analysis results mainly rely on the selections of MALDI matrices. The solubility and co-crystallization between analytes and matrices are the major concerns in MALDI analysis. A new matrix system was developed to replace the usage of conventional MALDI matrix to avoid these problems. The TiO2 sol-gel-deposited thin film was employed as the sample substrate to assist the UV laser desorption/ionization of analytes in laser desorption/ionization mass spectrometric analysis. Only one step of sample preparation by simply depositing the analytes on the TiO2 film was required before sending the sample into the mass spectrometer. Thus, the concerns about the solubility and co-crystallization between analytes with matrices do not arise in this approach. The detectable molecule with the greatest molecular weight was about 8.5 kDa. Owing to the strong interference contributed by the TiO2 film in the low-mass region, this approach is only suitable for molecular sizes with masses larger than 500 Da.
It was also found that the roughness on the surface of the TiO2 film might affect the detection limit in the analysis. Various amounts of polyethylene glycol (PEG) were added into the TiO2 sol during sol-gel process. The TiO2 sol-gel/PEG hybrid material was spin-coated on a glass slide. PEG in the TiO2 film was removed during heated at a temperature of 500℃, which resulted in generating a rough surface for the TiO2 film. Furthermore, the absorption capacities of the TiO2 films were increased as the degree of the roughness increased at a wavelength of 337 nm. The intensities of analytes signals in the MALDI mass spectra were enhanced when the analytes was desorbed from a TiO2 film with a rougher surface.
Additionally, owing to the characteristic of TiO2-sol-gel being a good molecularly imprinted material, a molecular recognition-based mass spectrometry based on using TiO2-sol-gel as the molecular-imprinting material was developed. α-Cyclodextrin (CD) was selected as the template molecule and doped into the TiO2-sol-gels in a sol-gel reaction. The molecularly imprinted TiO2 sol was spin-coated on a glass slide, and appropriate template cavities in the TiO2 sol-gel material were formed after the template molecules were removed. This modified glass slide can be used to select α-CD from a sample solution; α-CD was directly detected from the modified glass slide by TiO2 sol-gel assisted laser desorption/ionization mass spectrometry. In addition to size complementarity between α-CD and the cavities imprinted in the TiO2 film, it is believed that the hydroxyl groups located around the binding pocket are involved in discriminating between analytes through significant hydrogen bonding interactions, The detectable concentration for α-CD was about 50 ppb for an 18mL of sample solution.

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖表目錄 Ⅸ
壹、緒論 1
一、前言 1
二、MALDI-TOF MS的背景介紹 3
2-1 MALDI的發展歷史 3
2-2 基質的特性與功能 4
2-3 樣品在MALDI中的脫附游離機制 8
2-4 MALDI中形成的離子特徵 11
2-5 飛行時間質量分析儀 (TOF) 的原理 12
2-6 MALDI-TOF的優點 13
2-7 影響分析物訊號的因素 14
三、溶膠凝膠材料 16
3-1 溶膠凝膠材料的發展歷程與現況 16
3-2 溶膠凝膠材料的合成 17
3-2-1 酸性條件下 (pH＜3) 的水解縮合反應機構18
3-2-2 中性及鹼性條件下的水解縮合反應機構18
3-2-3 聚合反應機構 19
3-2-4 催化與反應速率 19
3-2-5 影響溶膠凝膠反應的因素 20
四、分子轉印技術與分子辨識 22
4-1 分子轉印技術與分子辨識的概念 22
4-2 分子辨識的原理 23
4-3 分子轉印技術的類型 24
4-3-1 分子轉印高分子 24
4-3-2 溶膠凝膠分子轉印材料 26
4-4 分子轉印技術的應用與發展 28
4-4-1 感測器應用 28
4-4-2 配位基鍵結分析 29
4-4-3 分離方法 29
4-4-4 樣品預濃縮 30
4-5 分子辨識的方法與盲點 30
4-6 分子轉印技術發展的挑戰 31
五、無機材料輔助雷射脫附游離的發展 33
5-1 無機材料輔助雷射脫附游離質譜法之發展歷程33
5-2 溶膠凝膠材料輔助雷射脫附游離質譜法之研究33
5-3 二氧化鈦的簡介 34
5-4 鈦系化合物為基質的發展歷程 36
六、論文目標 38
貳、實驗 39
一、實驗藥品及材料 39
二、實驗儀器 40
三、實驗步驟與流程 40
3-1 二氧化鈦溶膠凝膠材料 40
(1) 二氧化鈦溶液的合成 41
(2) 二氧化鈦溶膠凝膠薄膜的製備 41
(3) 測試二氧化鈦溶膠凝膠薄膜為輔助雷射脫附質譜法的基材 41
3-2 二氧化鈦溶膠凝膠材料混摻Polyethylene glycol(PEG) 之實驗設計 42
(1) 二氧化鈦溶液混摻PEG 42
(2) 薄膜的製備 43
(3) 高溫處理 43
(4) 二氧化鈦薄膜的吸光性質及厚度的偵測43
(5) 測試二氧化鈦溶膠凝膠薄膜為輔助雷射脫附質譜法的基材 43
3-3 二氧化鈦溶膠凝膠材料混摻環糊精模板分子實驗設計 44
(1) 二氧化鈦溶液混摻環糊精 44
(2) 薄膜的製備 45
(3) 利用水洗法移除在二氧化鈦溶膠凝膠上的α型環糊精 45
(4) 直接點樣偵測 45
(5) 進行分子辨識的程序，並以雷射脫附質譜法為偵測方法 45
3-4 MALDI質譜儀的操作條件 46
參、結果與討論 47
一、二氧化鈦溶膠凝膠材料 47
(1) 二氧化鈦薄膜做為基質的可行性 47
(2) 二氧化鈦薄膜的特性 52
(3) 以二氧化鈦薄膜為乘載MALDI樣品的基材在MALDI的偵測極限 52
二、二氧化鈦溶膠凝膠混摻PEG所製造之薄膜表面性質探討 55
(1) 二氧化鈦溶膠凝膠材料混摻PEG的特性55
(2) 二氧化鈦溶膠凝膠材料混摻PEG後的薄膜表面型態 55
(3) 二氧化鈦溶膠凝膠薄膜經過高溫處理後的UV吸收 56
(4) 二氧化鈦溶膠凝膠混摻PEG之薄膜經過高溫處理後的UV吸收 57
(5) 薄膜的性質對分析物訊號強度的影響63
三、二氧化鈦溶膠凝膠材料分子辨識模板之製造73
(1) 以二氧化鈦溶膠凝膠材料轉印α型環糊精分子73
(2) 以環糊精為分析物直接以已洗去α型環糊精的二氧化鈦為MALDI基質分析之偵測極限探討74
(3) 以洗去α型環糊精的二氧化鈦薄膜為分子辨識探針親和萃取水中微量之α型環糊精 74
(4) 以二氧化鈦薄膜為萃取探針對環糊精分子萃取能力之探討 84
(5) 混合溶液的辨識能力 84
(6) 萃取時間對分子辨識效果的影響 85
(7) 分子構形大小對分子辨識效果的影響85
肆、結論 97
伍、未來展望 99
參考文獻 100

1. Thomson J.J., Rays of Positive Electricity and Their Application to Chemical Analysis, Longmans Green, London, 1913.
2. Hoing, R. E.; Woolston J. R. Appl. Phys. Lett. 1963, 2, 138.
3. Vastola F. J.; Pirone A. J. Adv. Mass Spectrom. 1968, 4, 107.
4. Vastola F. J.; Mumma, R. O.; Pirone, A. J. Org. Mass Spectrom. 1970, 3, 101.

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