以液相層析質譜儀進行單株抗體藥物的品管分析，下列那種質譜游離法最適合？

本題觀念：

本題考查的是液相層析質譜儀（LC-MS）中，針對大分子生物藥物（如單株抗體）所適合的游離法（Ionization method）。 單株抗體（Monoclonal antibody, mAb）屬於高分子量（約 150 kDa）、高極性、熱不穩定的蛋白質。在質譜分析中，關鍵挑戰在於如何將如此巨大的分子轉化為氣相離子並使其質荷比（m/z）落入質量分析器（Mass Analyzer）的可偵測範圍內。

選項分析

• A. 大氣壓化學游離法（APCI）：
  • 錯誤。APCI 雖然也是 LC-MS 的介面，但主要適用於中低極性、小分子（分子量通常 < 1500 Da）且熱穩定的化合物。
  • APCI 的機制涉及加熱氣化，容易導致蛋白質變性或裂解；且 APCI 主要產生單電荷離子（singly charged ions）。若用於分析 150,000 Da 的抗體，其 m/z 將高達 150,000，遠超出一般質譜儀的偵測範圍（通常 < 4000-6000 m/z）。
• B. 電子撞擊游離法（EI）：
  • 錯誤。EI 是氣相層析質譜儀（GC-MS）的標準游離源。
  • 它要求樣品必須具備揮發性且耐高溫。蛋白質無法在不分解的情況下氣化，因此不適用。此外，EI 屬於硬游離（Hard ionization），會造成分子嚴重碎裂，無法分析完整的大分子。
• C. 電灑法（ESI, Electrospray Ionization）：
  • 正確。ESI 是一種軟游離（Soft ionization）技術，極適合分析高極性、熱不穩定的大分子（如蛋白質、胜肽、核酸）。
  • 關鍵機制：ESI 能讓大分子帶上多個電荷（Multiply charged ions）。例如，一個 150,000 Da 的抗體若帶有 50 個電荷（z=50），其 m/z 值會降至 3000 (150000/50)，這正好落入大多數質量分析器的偵測範圍內。這是 ESI 成為蛋白質藥物分析黃金標準的核心原因。
• D. 化學游離法（CI）：
  • 錯誤。CI 與 EI 類似，主要用於 GC-MS。雖然比 EI 軟（碎裂較少），但同樣要求樣品需可氣化（Volatile），因此不適用於非揮發性的蛋白質分析。

答案解析

單株抗體為高分子量蛋白質，不具揮發性且怕熱。電灑法（ESI） 是唯一能在大氣壓力下將溶液中的大分子溫和地轉化為氣相離子，並透過**多電荷效應（Multiple Charging）**降低質荷比（m/z），使其能被質譜儀偵測的技術。因此，ESI 是分析單株抗體（無論是完整分子量分析或胜肽圖譜分析）的最適合游離法。

核心知識點

1. ESI 與大分子分析：ESI 是分析生物大分子（Proteins, Peptides, Oligonucleotides）的首選，特徵是軟游離與多電荷（讓大分子 m/z 變小）。
2. APCI 適用範圍：適用於小分子、中低極性、熱穩定的化合物（如脂質、部分藥物小分子）。
3. LC-MS 介面比較：
   • 極性/分子量大 $\rightarrow$ ESI (蛋白質、抗體)
   • 極性小/分子量小 $\rightarrow$ APCI (類固醇、脂溶性維生素)
4. GC-MS 游離法：EI (硬游離, 指紋圖譜), CI (軟游離, 分子量確認)，皆需樣品可揮發。

參考資料

1. Electrospray Ionization (ESI) in LC-MS: Mechanism, Applications
2. Structural Characterization of Antibodies by Mass Spectrometry (Springer Protocols)
3. Common Ionization Methods | Waters