Anal.Chem.原文：MassWorks譜圖準確度

　　 最近，王永東博士撰文“The Concept of Spectral Accuracy for Mass Spectrometry"（質譜的譜圖準確度概念），發表于全球分析化學領域影響因子最高的刊物Analytical Chemistry, 2010, 82, 7055–7062，并成為2010年9月號Anal.Chem.的封面文章。

       有理由相信，譜圖準確度的概念必將得到更廣泛的重視，并將對今后的質譜應用產生更深遠的影響。

美國《分析化學》（Anal. Chem.）封面文章：The Concept of Spectral Accuracy for Mass Spectrometry

　 　在引文中作者談到：“雖然質譜顯示得跟光譜不同，但對分析化學家來說，兩者是相似的。我們從歷史和理論蘊藏的角度進行仔細審視，發現兩者具有驚人的相似 性。這里，我們引入“譜圖準確度”（Spectral Accuracy）的概念——一個為了更好理解已知的質量準確度（Mass Accuracy）的伴生概念，它可以讓質譜擁有我們以前認為質譜不可能獲得的能力。”

　　在引入譜圖準確度概念之前，作者首先介紹了質譜數據采集方式的歷史。在質譜儀器發展的早期，由于當時的數據系統和存貯能力有限，質譜的數據量和數據采集的速度對人們來說是巨大的。因此，早期的質譜為減少原始質譜數據，均采用棒狀圖（centroid）。 至今，現代的質譜仍然使用這種算法，即使數據通訊速度和存貯能力對大多數系統已經不再是障礙。棒狀圖的確將數據量減少了10~100倍，但代價卻是——丟 失了大量的信息，包括噪音特性、離子信號線性、質譜干擾離子、和同位素的精細特征。因為棒狀圖的數據離散性，相關的信息損失和非線性，以及質量的定位誤 差，質譜棒狀數據不容易應用分子光譜中常用的那些化學計量學方法，比如：差分，導數分析，多元回歸或任何定性地鑒定或定量分析。

　　在質譜 準確度和元素組成測定的小節里，作者回顧了質量準確度測定的意義。早期報道認為5ppm質量準確度對于獲得確信的化學式是足夠的。J. Organic Chemistry期刊要求投稿人用同樣水平（即<5 ppm）的精確質量測定結果才能表征新合成的化合物，這成了一個準則，并已成了使用高分辨質譜研發者的工業標準，和制藥及其它工業最終用戶的工業標準。然 而也有不同的觀點。比如最近，質譜分辨率在一些新型FTMS中已達到1,000,000:1，質量準確度甚至可達100 ppb。但對于一個真實樣品（C₂₅H₂₃N₂OS⁺）的ESI譜，在100 ppb范圍內將會有7個候選化學式，即使排除掉2個超過一個Na的（因為認為帶的是單電荷，即使還是有風險排除掉正確的），還有5個候選。這告訴我們，單純的質量準確度是不夠的。

　　此后，作者提出用Profile模式采集原始質譜數據，并提出系統的譜圖準確度計算的算法。

圖示：在單位分辨率質譜上運用綜合的質量校正方法和譜圖準確度計算

　　在應用部分，作者舉例了譜圖準確度的神奇應用。比如在用單四極桿質譜測試400 Da的某已知樣品時，如果僅按照質量準確度（17 ppm）來預測，將獲得4110個候選化學式，但當引入譜圖準確度計算后，正確的分子式C₂₅H₂₃N₂OS⁺在4110個候選化學式中排名是第二位 ，譜圖誤差僅為1.0%，理論計算和獲得的質譜圖幾乎完美重疊。應注意的是，即使用5 ppm（2 mDa）質量準確度去篩選，仍有411個候選物。該例子不僅展示了使用單四極桿質譜做未知物測定的可能性（即使單四極桿質譜永遠無法精細地區分開同位素的特性），同時也說明在區分大量的候選化學式時，譜圖準確度比質量準確度重要得多，而不用去管質譜的分辨率。最近系統的研究表明，使用高質量準確度的Orbitrap FTMS，用中等的15,000 分辨率，基于MassWorks譜圖準確度算法，>99%的不正確的候選化合物能被有效去除。

　 　一些較高分辨率的TOFMS儀器對時間相關的波動比較敏感，比如溫度波動，因此有必要引入內標確保質量準確度。然而據報道，單四極桿質譜卻有很高的質量 準確度校正穩定性；而且更重要的是，使用外標時的譜圖準確度仍可保持一周或更長時間。這使得在傳統質譜上可以做很多有趣的應用。比如，正確地識別在EI電 子轟擊源中產生的分子內部的離子碎片。

　　另一種應用是混合物的精確分析，包括定性和定量。在質譜實驗中缺少譜圖準確度，可能會引入質譜干擾，在譜 圖準確度計算時可考慮，以容納增加的離子并完成離子混合物的精確分析。一種獨特的功能是使用全面的質譜校正過程。先前報道的精確混合物分析的例子包括：對 尼古丁（M-H）⁺和分子離子M⁺的EI碎片質譜重疊進行評價。放射性C標記的藥物代謝物研究，這里天然和¹⁴C標記的母離子質譜重疊，研究由于丟失氫氣產生的共流出的氧化產物。在石化應用中分析更多復雜混合物。在所有這些例子中，作為譜圖準確度計算的結果，能夠同時獲得組分的相對濃度，從而同時完成定性和定量分析。

　 　譜圖準確度還可評價儀器、診斷儀器的狀態。質譜檢測器飽和會影響TOF類質譜，通過缺少譜圖準確度可以體現這一點。相似的，其它儀器或硬件相關的問題也 可以通過譜圖準確度計算被診斷出來。例如，標樣Cyclosporin A的TOF譜，經過零離子閾值（ zero ion threshold）測定，用制造商建議的飽和限，結果卻是較差的譜圖準確度（9.4%），這揭示了系統誤差。圖4B的譜圖重疊顯示A+1同位素簇顯示比 預期較低的豐度，對A+2、A+3有更嚴重的強度降低，這和TOF檢測器飽和是相反的。這提供給質譜用戶一個重要的工具來診斷儀器，并進一步改善TOF的 操作條件。這也可以為將來下一代TOF儀器的研發提供建設性的反饋。

　　其它的譜圖準確度應用的例子還有，有些化學品元素的同位素豐度和從 地球石化衍生出來的豐度不同。在此情況下，對于給定的元素組成缺少譜圖準確度，反映出同位素豐度的變化，可能是一個或多個元素，它提供了另一種用于同位素 比測量的方法，無需使用高度專門的質譜硬件如同位素比值質譜或加速器質譜和/或燃燒過程。

　　在質譜和分子光譜間有一種有趣的相似性。對大 多數紅外光譜的應用來說，由于中紅外譜區域的指紋可解釋各種振動帶，中紅外區域（類似于高分辨的質譜）被認為具有獨特的重要性，可以可靠地鑒定有機化合 物。然而近紅外（類似于單位質量分辨的質譜），有許多重疊的二級和三級頻譜（overtone），具有較低的光學分辨率，被認為不適于定性分析。直到20 年前更多先進的化學計量學方法發展起來，近紅外光譜有了越來越廣泛的應用。就像近紅外光譜發展一樣，單位質量分辨率的質譜，雖然不能在譜圖上精細分辨譜的 特性，但在高譜圖準確度時可以更穩定、更容易地獲得較寬的線性范圍，從而可以彌補較低的分辨率，幫助解決甚至是非常難的分析難題。

　　結論

　 　雖然質譜是獨特的，但當使用了Profile采集模式、更全面的質譜校正方法，獲得更高的譜圖準確度時，質譜和其它的分析技術顯示出驚人的相似性。這種 過程使質譜可以大大受益于許多已被研究者在其它領域證實的方法。不僅能在傳統單四極桿質譜上獲得合理的質量準確度、進行化學式測定；譜圖準確度的概念還能 被用于診斷質譜儀器，并可在高分辨率儀器上進一步提高化學式測定的能力。其它更多挑戰性的應用包括：從石化分析到蛋白質組應用的復雜混合物的定性和定量分 析，都可受益于譜圖準確度。最后，別忘了非常令人振奮的一點是，在譜圖準確度的層面上來認識質譜和其它譜學，發現在各種分析測試技術之間獲得了驚人的一致。

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