通過(guò)精確質(zhì)量確定元素組成

1、通過(guò)精確質(zhì)量確定元素組成：從四極桿到傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀顧鳴，王永東(思路生科，14 Commerce Drive, Danbury, CT 06810, USA)利用質(zhì)譜測(cè)定元素組成的方法已被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域研究，如：藥物研發(fā)、藥物代謝、環(huán)境研究、法醫(yī)、食品安全、香精香料、興奮劑以及天然產(chǎn)物等。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為，要測(cè)定元素組成，必須獲得高質(zhì)量精度；而高質(zhì)量精度只能從高分辨率質(zhì)譜獲得，如：TOF, Orbitrap或者FT ICR MS。最新的傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀(FT-ICR MS)，其質(zhì)量分辨率達(dá)到800,000:1，通過(guò)它可以得到200ppb的質(zhì)量精度。但即使在如此高的質(zhì)

2、量精度下，仍然會(huì)存在好幾個(gè)候選的化學(xué)式，必須依靠我們?nèi)ミx擇和推斷。而在飛行時(shí)間質(zhì)譜(TOF)上，典型的質(zhì)量精度約為5ppm，通常候選的化學(xué)式有510個(gè)，加大了選擇和推斷的難度。而且不幸的是，在所有上述情況下，正確的結(jié)果往往不是質(zhì)量誤差最小的候選化學(xué)式。所以僅僅依靠精測(cè)質(zhì)量一個(gè)條件，不可能得到唯一可靠的化學(xué)式。但這些有著非常近似質(zhì)量的候選者由于元素組成不同而產(chǎn)生了不同的同位素分布，這個(gè)特點(diǎn)可用于進(jìn)一步區(qū)分它們。過(guò)去，研究者通過(guò)調(diào)節(jié)峰的寬度，來(lái)模擬和假定一個(gè)同位素高斯分布，試圖用這個(gè)高斯峰形來(lái)區(qū)分上述的差異。但由于候選者彼此間同位素分布的差異極?。ㄍǔＶ挥袔讉€(gè)百分點(diǎn)），所以過(guò)去的方法常常是失敗的，

3、除非化合物中存在特征元素如Cl或Br。為了區(qū)分同位素分布之間的微小差異，發(fā)展了一種綜合的、同時(shí)包括質(zhì)荷比（m/z）校正和更為重要的、峰形校正的方法，可以獲取高精度的譜圖，從而得到唯一的、正確的元素組成。而且，在低分辨的四極桿或者三重四級(jí)類型質(zhì)譜儀上，也可用這種校正方法來(lái)獲得唯一確定的化學(xué)式。1.理論在質(zhì)譜中，質(zhì)量精度符合方程式其中，表示質(zhì)量誤差(ppm)；R表示質(zhì)量分辨率，其定義為質(zhì)量(m/z)除以半峰高處全峰寬(FWHM)；S表示離子信號(hào)強(qiáng)度，此時(shí)假定主要的噪音來(lái)源于離子計(jì)數(shù)噪音，因?yàn)橛布O(shè)計(jì)完好的質(zhì)譜儀符合這種假定。這個(gè)方程，推動(dòng)著新型質(zhì)譜儀的發(fā)展，因?yàn)楦叩姆直媛逝c更好的質(zhì)量精度成正比。

4、另外，常規(guī)的質(zhì)譜校正僅僅是進(jìn)行質(zhì)量軸的校準(zhǔn)，沒(méi)有考慮質(zhì)譜峰形的校正，而質(zhì)譜峰形的校正對(duì)于可靠的質(zhì)荷比測(cè)定以至于元素組成的確定也是至關(guān)重要的。下面我們將介紹的是一種新穎獨(dú)特的方法，通過(guò)這種全新的質(zhì)譜校正方法，不僅對(duì)質(zhì)量軸進(jìn)行了校正，而且把峰形函數(shù)校正為已知的數(shù)學(xué)峰形函數(shù)，這個(gè)峰形函數(shù)是可以根據(jù)已知標(biāo)定離子的理論質(zhì)量數(shù)和同位素分布推導(dǎo)出來(lái)。通過(guò)實(shí)際的譜圖與理論的譜圖在數(shù)學(xué)上的對(duì)比，任何質(zhì)量漂移以及峰形失真都可以得到校正并歸納為一個(gè)校正函數(shù)。通過(guò)這個(gè)既有質(zhì)量校正又有更為重要的峰形校正函數(shù)就可以獲得甚至是低分辨下譜圖的精確質(zhì)量數(shù)。2.實(shí)驗(yàn)未知化合物（m/z239 Da）同內(nèi)標(biāo)（m/z410 Da，C2

5、8H60N+, 精確質(zhì)量 410.4726Da）混合，然后直接進(jìn)樣進(jìn)入Waters Quattro三重四級(jí)桿質(zhì)譜。Profile（輪廓）采集模式，掃描范圍50-550Da，采集1分鐘，共獲得57個(gè)掃描，選擇其中的8個(gè)掃描進(jìn)行校正。使用內(nèi)標(biāo)C28H60N+的已知離子做校正離子，用MassWorks軟件進(jìn)行質(zhì)量軸和峰形的校正。圖1顯示了校正前后的質(zhì)譜輪廓圖，可以非常準(zhǔn)確地得到單同位素的質(zhì)量數(shù)410.4722Da，質(zhì)量誤差為-0.9ppm。圖1. 標(biāo)準(zhǔn)離子的校正前質(zhì)譜圖（黑線）和校正后質(zhì)譜圖（紅線）3.結(jié)果和討論上面所述的0.9ppm標(biāo)定誤差只是演示了：使用相同的離子（410 Da）校正后，內(nèi)標(biāo)離子

6、和理論值的符合程度。下面我們來(lái)應(yīng)用一個(gè)未知離子（399 Da的未知物離子），得到與圖1類似形式的圖2。圖2. 未知離子的校正前質(zhì)譜圖（黑線）和校正后質(zhì)譜圖（紅線）使用MassWorks的CLIPS（校正的同位素輪廓譜線搜索）搜索元素組成，得到1,517種可能的化學(xué)式，表1列出了排序最前面的25種，排在第一位的C25H23N2OS+質(zhì)譜準(zhǔn)確度為99.44%，表明測(cè)量的和理論的同位素輪廓的誤差為0.56%。這個(gè)來(lái)自盲樣分析樣品的化學(xué)式在隨后被合作者認(rèn)為是正確的。假定我們采用質(zhì)量精度能夠達(dá)到100ppb的傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀(FT-ICR MS)，僅僅以質(zhì)量精度為條件搜索，會(huì)得到5個(gè)候選化學(xué)

7、式。在排除掉一個(gè)不合理的化學(xué)式C13H26N6O2Na3S+后，仍然有4個(gè)化學(xué)式落在100ppb的質(zhì)量精度范圍內(nèi)（見(jiàn)表2）。注意其中三個(gè)錯(cuò)誤的化學(xué)式在表1的前25位中并沒(méi)有出現(xiàn)，這就表明：即使在單位質(zhì)量分辨率的質(zhì)譜中，也可以測(cè)定各個(gè)化合物的同位素分布差別；應(yīng)用新型的質(zhì)譜校正方法，在三重四級(jí)桿質(zhì)譜上可以得到唯一確定的化學(xué)式。表1. 三重四級(jí)桿儀器通過(guò)MassWorks的CLIPS搜索得到的候選結(jié)果表2. 采用100ppb質(zhì)量精度的FT ICR 質(zhì)譜得到的待選結(jié)果4.結(jié)論雖然質(zhì)量精度在確定元素組成時(shí)非常重要，但即使使用高分辨率的FTMS質(zhì)譜，如果僅僅應(yīng)用質(zhì)量精度一個(gè)條件，我們?nèi)圆荒艽_定唯一的化學(xué)式

8、。另一方面，對(duì)輪廓模式采集的質(zhì)譜進(jìn)行正確校正，以正確的同位素輪廓為基礎(chǔ)，我們得到新的度量參數(shù)譜圖精度，它使我們即使使用單位分辨率的質(zhì)譜，也可以獲得唯一的、正確的化學(xué)式。致謝感謝俄亥俄州辛辛那提的寶潔分析部門(mén)的Robert Strife博士設(shè)計(jì)了這篇文章的盲樣測(cè)試方法并在三重四級(jí)桿上完成了實(shí)驗(yàn)操作。參考文獻(xiàn)：1 Blom, KR, Anal. Chem., 2001; 73: 715.2 Gu, M., Wang, Y., Zhao, X., and Gu, Z., Rapid Commun. Mass Spectrum. 2006; 20: 1110.3 Wang, Y., United St

9、ates Patent, No. 6983213, granted January 3, 2006.Elemental Composition Determination through Accurate Mass: From Quadrupole to FT ICR MSGu Ming, Wang Yong-dong(Cerno Bioscience, 14 Commerce Drive, Danbury, CT 06810, USA)Abstract: A more comprehensive calibration involving m/z and peak shape has been developed to attain the high spectral accuracy necessary to achieve unique elemental composition determination. This approach can be applied for formula determ