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生活中的化學

地溝油、三聚氰胺奶粉、農藥殘留超標......一系列食品安全事件引起社會大眾廣泛關注。那麼,蔬菜中的農藥殘留超標是如何被發現的;三聚氰胺、孔雀石綠、瘦肉精是如何被檢測出來的;法醫又是如何得知兇案受害者是被甚麽毒藥毒殺的;警員靠甚麽可以斷定毒販藏的是毒品,而不是一般的止痛藥?諸如此類的問題都可在化學系專業必修課程《Separation Science》中得到解答。課程針對食品安全、刑偵檢測、環境污染治理等實際問題,教授學生如何應用現代儀器對化學物質進行檢測分析。

預科時期的化學課告訴我們,質譜儀通過控制磁場強弱把特定的離子引導到電子感應器而產生信號,是一個分子“天枰”。其實,除了我們於中學時期接觸過的磁質譜,質譜儀還有很多種。透過本課程,你將會知道,這些質譜儀雖然各自有著截然不同的性格及特長,但是它們都在敬業樂業的做著同樣的工作: 透過分辨離子的質電值(m/z)辨別化學分子,也就是通過分析樣品中有否出現禁藥或其它有毒分子的質電值的信號,協助警員或法醫作出判斷。當然,同一個質電值(分子公式),可能是其同分異構體或是完全不同的化學物質。同一個質電值的份子可以是救命靈丹,也可能是無色無味的劇毒。也就是說警員有可能會“誤把好人當作賊辦”。因此,當代質譜儀通常都與色譜儀串聯使用,以增加其檢驗的準確性。而兩者的串聯使用,就形成了今時今日其中一個最強的分析手段。


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色譜技術也是本課程的重點內容之一。相信大家在實驗室已經做過或將會做這樣一個分離試驗: 以紙色譜或薄層色譜技術,分離墨水中不同的原色,或者分離樹葉中不同的的植物色素。它分離的原理是利用各分子的不同極性,及其在層板上不同的移動速度,把不同的成份分離。當代色譜運用同樣的原理,然而做得更為高效也更為靈敏,讓我們可有效地檢測到低濃度的污染物。在本課程中,同學們將詳細瞭解與色譜原理相關的塔板理論、分離度等概念。塔板理論形象地將色譜柱比作分餾塔,待分離組分在分餾塔的塔板間移動,在每一個塔板內組分分子在固定相和流動相之間形成平衡,隨著流動相的流動,組分分子不斷從一個塔板移動到下一個塔板,並形成新的平衡。根據不同組分在板間移動速度及平衡時間不同,可以有效地將其分離。

常用的色譜儀包括氣相色譜儀及液相色譜儀。它們經常與質譜儀聯用以測試各式各樣的化學成份,當中包括毒藥或違禁藥。除此以外,色譜串聯質譜也被廣泛應用於質量控制。當中包含益補品、中成藥、化妝品等等。在這個串連的應用中,質譜儀的職責是觀察在一個分析中,從色譜儀“跑”出的分子。跑出的分子都被與質譜連接的電腦記錄下來,每個分子都有自己的出峰時間,而這出峰時間也就是該分子在色譜柱的保留時間。保留時間配合質譜議提供的質譜圖,有助令分子監定結果更準確。色譜可幫助同分異構體的斷定,把質譜儀的長處發揮到極致。

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以上所提及的是質譜在「這是甚麽」的定性分析的應用,但它在「這有多少」的定量分析也同樣出色。我們通常在媒體聽到某超市賣出的某種菜蔬有某農藥超標;某某運動員或馬匹體內激素水平超標。此等結論通常也是透過色譜串聚質譜分析所產生的。當樣本中某分子濃度越高,質譜議中的電子感應器所產生的信號越強,這就是用質譜儀定量的原理。

隨著分析儀器技術的成熟及相應的價格下降,色譜串聯質譜技術逐漸走出研究實驗室,溶入我們的日常生活中。當你在超級市場購物時,不難發現廣告板宣稱,某種蔬菜水果是通過其自設實驗室鑒定其農藥殘留沒有超標。又或者,你可能發現速食店的海報聲稱,其炸雞所選用的雞肉都是經過化學測試為無激素和抗生素。他們所採用的就是色譜串聯質譜技術。而以上提及的各種各樣的測試,則為化學畢業生提供了良多的就業機會。相信各位還記得,化學檢測已被特區政府定為重點發展的六大優勢產業之一。

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撰文:陳雲(香港科技大學化學系助理教授)


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