從四極桿到FT質譜：精確質量＋譜圖準確度＝唯一元素組成

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Mass Works 技 術 專 題


       利用質譜測定元素組成的方法已被廣泛應用于各種領域研究，如：藥物研發、藥物代謝、環境研究、法醫、食品安全、香精香料、興奮劑以及天然產物等。傳統的觀念認為，要測定元素組成，必須獲得高質量精度；而高質量精度只能從高分辨率質譜獲得，如：TOF, Orbitrap 或者FT ICR MS。

      最新的傅立葉變化離子回旋共振質譜儀（FT-ICR MS），其質量分辨率達到800,000:1，通過它可以得到<200 ppb的質量精度。但即使在如此高的質量精度下，仍然會存在好幾個候選的化學式，必須依靠我們去選擇和推斷。

      而在飛行時間質譜（TOF）上，典型的質量精度約為 5 ppm，通常候選的化學式有5~10個，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，正確的結果往往不是質量誤差最小的候選化學式。所以僅僅依靠精測質量一個條件，不可能得到唯一可靠的化學式。但這些有著非常近似質量的候選者，由于元素組成不同而產生了不同的同位素分布，這個特點可用于進一步區分它們。

      過去，研究者通過調節峰的寬度，來模擬和假定一個同位素高斯分布，試圖用這個高斯峰形來區分上述的差異。但由于候選者彼此間同位素分布的差異極小（通常只有幾個百分點），所以過去的方法常常是失敗的，除非化合物中存在特征元素如Cl和Br。

      為了區分同位素分布之間的微小差異，發展了一種綜合的、同時包括質荷比（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極桿類型質譜儀上，也可用這種校正方法來獲得唯一的化學式。

實驗：

   未知化合物（m/z＝399 Da）和內標（m/z＝410 Da，C₂₈H₆₀N⁺，精確質量410.4726 Da）混合，然后直接進樣進入Waters Quattro三重四極桿質譜。用MassWorks軟件進行質量軸和峰形的校正，得到1,517種可能的化學式。而排在第一位的C₂₅H₂₃N₂OS⁺質譜準確度為99.44%。這個來自盲樣分 析樣品的化學式在隨后被合作者認為是正確的。

     而同樣的化合物，使用質量精度達到100 ppb的FT ICR質譜，僅僅以質量精度為條件搜索，會得到5個候選化學式，排在第一位的仍然是爭取的C₂₅H₂₃N₂OS⁺結果。


結論：

      雖然質量精度在確定元素組成時非常重要，但即使使用高分辨率的FTMS質譜，如果僅僅應用質量精度一個條件，我們仍不能確定唯一的化學式。另一方面，對輪廓模式采集的質譜進行正確校正，以正確的同位素輪廓為基礎，我們得到新的度量參數——譜圖精度，它使我們即使使用單位分辨率的質譜，也可以獲得唯一的、正確的化學式。