用单四极杆质谱进行精确质量测定

摘要：众所周知，单位质量分辨的质谱仪（如单四极杆质谱仪），质荷比的测定仅仅只能准确到0.1-0.5 Da，因此只能靠测定大致的质量数来进行定性分析。本文介绍了一种新颖的质谱校正技术——MassWorks^TM，它不仅校正质量轴，同时对质谱峰形函数进行校正。通过质量轴校正，既便是在单位质量分辨的质谱上也能得到0.00x Da高质量精度，这样使得单分辨质谱仪通过色谱分离后，对未知离子或离子碎片进行元素组成分析成为可能；软件的同位素峰形线性轮廓校正（CLIPS^TM）充分利用了同位素分布信息，可以大大提高元素组成分析的精度，使得在单分辨质谱上测定未知物分子式的能力得到进一步提高。

 

关键词：温度计| 温度表| 风速计| 照度计| 噪音计|

 

    单四极杆气质联用仪因其价格便宜，操作简单，灵敏度高，适用于多种类型化合物，便携甚至可以移动使用等特点，已成为环境和其他应用领域的一件常规分析仪器。借助谱库检索（如NIST谱库）该类仪器广泛用于已知化合物的常规分析，由于其相对的单位质量分辨和不具有串联质谱功能，该类仪器往往还不满足未知化合物或新化合物定性分析的要求。

    由文献报导可知，即使是单位质量分辨的质谱也可以获得很高的质量精度，这使得我们对未知物或其碎片的元素组成进行分析成为可能，并且大大促进了代谢物或者其他化合物的鉴定分析能力。化合物的元素组成鉴定是qTOF或FTMS等高分辨质谱系统的代表性功能，但这类仪器使用和维护成本较高。在不改变硬件系统基础上，更精细和全面的第三方质谱校正软件，可以帮助我们在常规的单位质量分辨仪器上获得必要的高质量精度。软件在GC/MS的应用中，仪器自带的校正标样（如PFTBA），可以直接用于校正方法，只是需要在测定前对部分设定值进行恰当得调整。此外，由于EI离子化方式广泛应用于GC/MS系统，在很多情况下，分子离子碎裂成一些明显的碎片离子，通过对这些离子的高精确质量测定可获得非常准确的分子离子和碎片结构的额外信息。

    本文演示了杀虫剂在安捷伦5973N MSD上测定后，应用MassWorks^TM软件进行校正，来获得分子离子和碎片离子的精确质量和元素组成的过程。在不具备高分辨质谱或串联质谱的情况下，用单四极杆质谱测定后，采用MassWorks^TM软件进行校正，可以大大提高常规分析的定性确证能力。

 

    样品信息：PFTBA校正标样和17种有机氯杀虫剂混合标样（1ng/ul），含有约50ng/ul的 PCB 209（decachlorobiphenyl, C₁₂O₁₀）

    质谱条件：PFTBA和混标在50-550 m/z质量范围内以2^2的扫描速率（A/D 样品数＝4）获得原始扫描数据。

    数据获得与分析：图1显示了数据处理的概要流程。把控制阀调到ON位置连续注入5分钟以获得PFTBA校正标样的质谱轮廓图。类似的，在混合样品GC/MS分析时，在整个19分钟的GC分离程序中反复收集质谱轮廓模式扫描信息。使用Cerno Bioscinence的MassWorks^TM软件中专门的时间窗口，从PFTBA质谱扫描的平均结果进行精心设计和全面的质谱校正。这个独特的校正过程既校正了质量轴，同时校正了质谱峰形函数，这是获得质量精度的关键。接着将这个校正函数应用到每个GC/MS的扫描数据文档，通过一个数学定义的峰形对称方法锁定在精确的质量数值，将每个原始质谱图转换成校正之后的格式。接着可以将峰检测应用于精确和可靠的计算分子离子/它们的碎片离子的质量位置，以通过在列出的小质量偏差目录范围内的可能结构来实现化合物鉴定的目的。这个可能的目录可以通过在MassWorks中的CLIPS^TM（Calibrated Line-shape Isotope Profile Search）进一步优化和大大的收缩范围，它通过整个同位素轮廓图来确定元素组成，高选择能力通过全面的质谱校正获得唯一的可能性^[7]。

 

    PFTBA包括分子离子的12个离子被用来进行全面的MassWorks校正。表1列出的是它们的元素组成和理论计算的精确质量。校正将原始质谱扫描转换为完全校准的质谱扫描，平均扫描为80－131。图2是同一校正离子的原始和校准质谱图。这个校正可以应用到这个过程中所有扫描以检查质量精度。一旦校准了一个质谱扫描，既便是在这个单位质量分辨的数据中也可以精确的测定质谱峰。表1列出了所有12个校正离子校正扫描（进样早期获得）和测试扫描（进样后期获得）的计算质量数和质量偏差。可以看出尽管测试质量偏差在2.4mDa之内，校正质量偏差却在0.5mDa只内。

 

    尽管表1的结果显示了校正离子自己在超过5分钟扫描具有很好的质量精度，我们需要将这个校正运用到不同进样的其他质谱扫描这样一个更严格的测试，使它更适宜一个真正的色谱分离过程。杀虫剂混合样品的GC/MS分析将会作为一个真正的质谱校正测试，它在真正色谱分离过程中对不同进样和离子的适用性不同于校正离子。图3显示了PCB 209相应于色谱洗脱的8次质谱扫描平均的精确质量报告。可以看到，报告的精确质量数均与根据它元素组成计算的理论值相差4 mDa之内。由于这个分子离子是已知的，而且能够很容易的被确证，所以鉴定它的一些EI碎片离子是更有兴趣的。在424 Da附近的离子碎片，报告的单一同位素的精确质量为423.7428Da，通过设定C, H, N, O和 Cl这几个可能的元素组成进行搜索，结果C₁₂C₈⁺（准确的质量数423.7503Da）以-7.5 mDa的质量偏差排在候选者中的17位。然而当把整个同位素分布引入到CLIPS匹配，C₁₂C₈⁺变成匹配最高的候选者，并且这正是这个碎片唯一正确的结构（图4），尽管质量检测误差稍微大一点。

 

    图5中在12.52分钟的一个小的色谱峰在235Da附近有一个很强的离子信号，通过7次扫描获得的精确单一同位素质量为235.0057Da。根据这个单一同位素质量设定C, H, N, O和Cl为可能的元素进行元素组成检索，得到C₁₃H₉Cl₂⁺（准确质量位235.0081 Da，或质量误差为-2.4 mDa）排在候选者中的21位。后来通过CLIPS匹配变为匹配度最好的候选者，这个正好是杀虫剂p,p’-DDD的一个著名EI碎片的位置正确结构。

    为了演示这个精测质量方法在未知化合物鉴定方面的应用，在精测质量之前对图5中GC/MS进样最后TIC上升部分进行平均，以便帮助鉴定可能的GC色谱柱流失。图6（上）是TIC信号上升部分相关的平均质谱图。通过精确质量鉴定，结合CLIPS，在设定C, H, N, O和Si为可能元素时检索得到了几个可能的元素组成候选者和他们的理论同位素图，如图6（下）。这些可能的候选者能通过柱化学知识进一步优化以提高对柱流失的理解。

 

    这篇应用实例展示了在单位质量分辨的单四极杆GC/MS系统上通过全面和精心设计的质谱校正，包括质量轴和峰形校正可获得高质量精度的能力。校正可方便的用仪器自带的校正标样，通过注入测量法并应用于真实在线色谱分离的GC/MS进样过程。质量偏差因这种外部校正可控制在几个mDa。这种包括峰形校正的全面校正与CLIPS相结合能够大大的提高在GC/MS实验中真正位置化合物结构的元素组成鉴定能力。