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1 美 分 析 化 学 封 面 文 章 :MassWorks 谱 图 准 确 度 思 路 生 科 公 司 (Cerno Bioscience) 的 创 始 人 王 永 东 博 士, 于 2006 年 发 明 MassWorks 软 件, 并 获 得 当 年 Pittcon 创 新 产 品 大 奖 MassWorks 运 用 专 利 的 校 正 方 法, 首 次 在 单 位 质 量 分 辨 率 质 谱 ( 如 四 极 杆 GC/MS LC/MS) 上 实 现 了 精 确 质 量 测 定 的 功 能, 并 可 提 高 各 种 高 分 辨 质 谱 ( 如 TOF FTMS Orbitrap) 的 质 量 测 定 准 确 度 此 后, MassWorks 又 引 入 谱 图 准 确 度 的 概 念, 结 合 质 量 准 确 度, 可 在 以 上 各 种 质 谱 上 排 除 更 多 候 选 化 学 式, 获 得 更 确 定 的 元 素 组 成 并 实 现 精 确 的 化 合 物 分 析 最 近, 王 永 东 博 士 撰 文 The Concept of Spectral Accuracy for Mass Spectrometry"( 质 谱 的 谱 图 准 确 度 概 念 ), 发 表 于 全 球 分 析 化 学 领 域 影 响 因 子 最 高 的 刊 物 Analytical Chemistry, 2010, 82, , 并 成 为 2010 年 9 月 号 Anal.Chem. 的 封 面 文 章 有 理 由 相 信, 谱 图 准 确 度 的 概 念 必 将 得 到 更 广 泛 的 重 视, 并 将 对 今 后 的 质 谱 应 用 产 生 更 深 远 的 影 响 美 国 分 析 化 学 (Anal. Chem.) 封 面 文 章 : The Concept of Spectral Accuracy for Mass Spectrometry 在 引 文 中 作 者 谈 到 : 虽 然 质 谱 显 示 得 跟 光 谱 不 同, 但 对 分 析 化 学 家 来 说, 两 者 是 相 似 的 我 们 从 历 史 和 理 论 蕴 藏 的 角 度 进 行 仔 细 审 视, 发 现 两 者 具 有 惊 人 的 相 似 性 这 里, 我 们 引 入 谱 图 准 确 度 (Spectral Accuracy) 的 概 念 一 个 为 了 更 好 理 解 已 知 的 质 量 准 确 度 (Mass Accuracy) 的 伴 生 概 念, 它 可 以 让 质 谱 拥 有 我 们 以 前 认 为 质 谱 不 可 能 获 得 的 能 力 在 引 入 谱 图 准 确 度 概 念 之 前, 作 者 首 先 介 绍 了 质 谱 数 据 采 集 方 式 的 历 史 在 质 谱 仪 器 发 展 的 早 期, 由 于 当 时 的 数 据 系 统 和 存 贮 能 力 有 限, 质 谱 的 数 据 量 和 数 据 采 集 的 速 度 对 人 们 来 说 是 巨 大 的 因 此, 早 期 的 质 谱 为 减 少 原 始 质 谱 数 据, 均 采 用 棒 状 图 (centroid) 至 今, 现 代 的 质 谱 仍 然 使 用 这 种 算 法, 即 使 数 据 通 讯 速 度 和 存 贮 能 力 对 大 多 数 系 统 已 经 不 再 是 障 碍 棒 状 图 的 确 将 数 据 量 减 少 了 10~100 倍, 但 代 价 却 是 丢 失 了 大 量 的 信 息, 包 括 噪 音 特 性 离 子 信 号 线 性 质 谱 干 扰 离 子 和 同 位 素 的 精 细 特 征 因 为 棒 状 图 的 数 据 离 散 性, 相 关 的 信 息 损 失 和 非 线 性, 以 及 质 量 的 定 位 误 差, 质 谱 棒 状 数 据 不 容 易 应 用 分 子 光 谱 中 常 用 的 那 些 化 学 计 量 学 方 法, 比 如 : 差 分, 导 数 分 析, 多 元 回 归 或 任 何 定 性 地 鉴 定 或 定 量 分 析 在 质 谱 准 确 度 和 元 素 组 成 测 定 的 小 节 里, 作 者 回 顾 了 质 量 准 确 度 测 定 的 意 义 早 期 报 道 认 为 5ppm 质 量 准 确 度 对 于 获 得 确 信 的 化 学 式 是 足 够 的 J. Organic Chemistry 期 刊 要 求 投 稿 人 用 同 样 水 平 ( 即 <5 ppm) 的 精 确 质 量 测 定 结 果 才 能 表 征 新 合 成 的 化 合 物, 这 成 了 一 个 准 则, 并 已 成 了 使 用 高 分 辨 质 谱 研 发 者 的 工 业 标 准, 和 制 药 及 其 它 工 业 最 终 用 户 的 工 业 标 准 然 而 也 有 不 同 的 观 点 比 如 最 近, 质 谱 分 辨 率 在 一 些 新 型 FTMS 中 已 达 到 1,000,000:1, 质 量 准 确 度 甚 至 可 达 100 ppb 但 对 于 一 个 真 实 样 品 (C 25 H 23 N 2 OS + ) 的 ESI 谱, 在 100 ppb 范 围 内 将 会 有 7 个 候 选 化 学 式, 即 使 排 除 掉 2 个 超 过 一 个 Na 的 ( 因 为 认 为 带 的 是 单 电 荷, 但 即 使 这 样 还 是 存 在 排 除 掉 正 确 分 子 式 的 风 险 ), 还 有 5 个 候 选 这 告 诉 我 们, 单 纯 的 质 量 准 确 度 是 不 够 的 此 后, 作 者 提 出 用 Profile 模 式 采 集 原 始 质 谱 数 据, 并 提 出 系 统 的 谱 图 准 确 度 计 算 的 算 法 在 应 用 部 分, 作 者 举 例 了 谱 图 准 确 度 的 神 奇 应 用 比 如 在 用 单 四 极 杆 质 谱 测 试 400 Da 的 某 已 知 样 品 时, 如 果 仅 按 照 质 量 准 确 度 (17 ppm) 来 预 测, 将 获 得 4110 个 候 选 化 学 式, 但 当 引 入 谱 图 准 确 度 计 算 后, 正 确 的 分 子 式 C 25 H 23 N 2 OS + 在 4110 个 候 选 化 学 式 中 排 名 是 第 二 位, 谱 图 误 差 仅 为 1.0%, 理 论 计 算 和 获 得 的 质 谱 图 几 乎 完 美 重 叠 应 注 意 的 是, 即 使 用 5 ppm(2 mda) 质 量 准 确 度 去 筛 选, 仍 有 411 个 候 选 物 该 例 子 不 仅 展 示 了 使 用 单 四 极 杆 质 谱 做 未 知 物 测 定 的 可 能 性 ( 即 使 1

2 单 四 极 杆 质 谱 永 远 无 法 精 细 地 区 分 开 那 些 同 位 素 的 特 征 ), 同 时 也 说 明 在 区 分 大 量 的 候 选 化 学 式 时, 谱 图 准 确 度 比 质 量 准 确 度 重 要 得 多, 而 不 用 去 管 质 谱 的 分 辨 率 最 近 系 统 的 研 究 表 明, 使 用 高 质 量 准 确 度 的 Orbitrap FTMS, 用 中 等 的 15,000 分 辨 率, 基 于 MassWorks 谱 图 准 确 度 算 法,>99% 的 不 正 确 的 候 选 化 合 物 能 被 有 效 去 除 图 示 : 在 单 位 分 辨 率 质 谱 上 运 用 综 合 的 质 量 校 正 方 法 和 谱 图 准 确 度 计 算 一 些 较 高 分 辨 率 的 TOFMS 仪 器 对 时 间 相 关 的 波 动 比 较 敏 感, 比 如 温 度 波 动, 因 此 有 必 要 引 入 内 标 确 保 质 量 准 确 度 然 而 据 报 道, 单 四 极 杆 质 谱 却 有 很 高 的 质 量 准 确 度 校 正 稳 定 性 ; 而 且 更 重 要 的 是, 使 用 外 标 时 的 谱 图 准 确 度 仍 可 保 持 一 周 或 更 长 时 间 这 使 得 在 传 统 质 谱 上 可 以 做 很 多 有 趣 的 应 用, 比 如, 正 确 地 识 别 在 EI 电 子 轰 击 源 中 产 生 的 分 子 内 部 的 离 子 碎 片 另 一 种 应 用 是 混 合 物 的 精 确 分 析, 包 括 定 性 和 定 量 在 质 谱 实 验 中 缺 少 谱 图 准 确 度, 可 能 会 引 入 质 谱 干 扰, 在 谱 图 准 确 度 计 算 时 可 考 虑, 以 容 纳 增 加 的 离 子 并 完 成 离 子 混 合 物 的 精 确 分 析 一 种 独 特 的 功 能 是 使 用 全 面 的 质 谱 校 正 过 程 先 前 报 道 的 精 确 混 合 物 分 析 的 例 子 包 括 : 对 尼 古 丁 (M-H) + 和 分 子 离 子 M + 的 EI 碎 片 质 谱 重 叠 进 行 评 价 放 射 性 C 标 记 的 药 物 代 谢 物 研 究, 这 里 天 然 和 14 C 标 记 的 母 离 子 质 谱 重 叠, 研 究 由 于 丢 失 氢 气 分 子 产 生 的 共 流 出 的 氧 化 产 物 在 石 化 应 用 中 分 析 更 多 复 杂 混 合 物 等 在 所 有 这 些 例 子 中, 作 为 谱 图 准 确 度 计 算 的 结 果, 能 够 同 时 获 得 组 分 的 相 对 浓 度, 从 而 同 时 完 成 定 性 和 定 量 分 析 谱 图 准 确 度 还 可 评 价 仪 器 诊 断 仪 器 的 状 态 比 如, 质 谱 检 测 器 饱 和 会 影 响 TOF 类 质 谱, 计 算 后 发 现 缺 少 谱 图 准 确 度 可 以 体 现 和 证 实 这 一 点 相 似 的, 其 它 仪 器 或 硬 件 相 关 的 问 题 也 可 以 通 过 谱 图 准 确 度 计 算 被 诊 断 出 来 例 如, 标 样 Cyclosporin A 的 TOF 谱, 经 过 零 离 子 阈 值 ( zero ion threshold) 测 定, 用 制 造 商 建 议 的 饱 和 限, 结 果 却 是 较 差 的 谱 图 准 确 度 (9.4%), 这 揭 示 了 系 统 误 差 文 中 图 4B 的 谱 图 重 叠 显 示 :A+1 同 位 素 簇 显 示 比 预 期 较 低 的 丰 度, 而 A+2 A+3 有 更 严 重 的 强 度 降 低, 这 和 TOF 检 测 器 饱 和 是 相 反 的, 因 此 可 提 供 给 质 谱 用 户 一 个 重 要 的 工 具 来 诊 断 仪 器, 并 进 一 步 改 善 TOF 的 操 作 条 件 这 也 可 以 为 将 来 下 一 代 TOF 仪 器 的 研 发 提 供 建 设 性 的 反 馈 其 它 的 谱 图 准 确 度 应 用 的 例 子 还 有, 有 些 化 学 品 元 素 的 同 位 素 丰 度 和 从 地 球 化 学 石 油 产 品 中 衍 生 出 来 的 丰 度 不 同 在 此 情 况 下, 对 于 给 定 的 元 素 组 成 缺 少 谱 图 准 确 度, 反 映 出 同 位 素 丰 度 的 变 化, 可 能 是 一 个 或 多 个 元 素, 它 提 供 了 另 一 种 用 于 同 位 素 比 测 量 的 方 法, 而 无 需 使 用 高 度 专 门 的 质 谱 硬 件 如 同 位 素 比 值 质 谱 或 加 速 器 质 谱 和 / 或 燃 烧 过 程 在 质 谱 和 分 子 光 谱 间 有 一 种 有 趣 的 相 似 性 对 大 多 数 红 外 光 谱 的 应 用 来 说, 由 于 中 红 外 谱 区 域 的 指 纹 可 解 释 各 种 振 动 带, 中 红 外 区 域 ( 类 似 于 高 分 辨 的 质 谱 ) 被 认 为 具 有 独 特 的 重 要 性, 可 以 可 靠 地 鉴 定 有 机 化 合 物 然 而 近 红 外 ( 类 似 于 单 位 质 量 分 辨 的 质 谱 ), 有 许 多 重 叠 的 二 级 和 三 级 频 谱 (overtone), 具 有 较 低 的 光 学 分 辨 率, 被 认 为 不 适 于 定 性 分 析 直 到 20 年 前 更 多 先 进 的 化 学 计 量 学 方 法 发 展 起 来, 近 红 外 光 谱 才 有 了 越 来 越 广 泛 的 应 用 就 像 近 红 外 光 谱 发 展 一 样, 单 位 质 量 分 辨 率 的 质 谱, 虽 然 不 能 在 谱 图 上 精 细 分 辨 质 谱 的 特 性, 但 在 高 的 谱 图 准 确 度 时 可 以 更 稳 定 更 容 易 地 获 得 较 宽 的 线 性 范 围, 从 而 可 以 弥 补 较 低 的 分 辨 率, 帮 助 解 决 甚 至 是 非 常 难 的 分 析 难 题 结 论 虽 然 质 谱 是 独 特 的, 但 当 使 用 了 Profile 采 集 模 式 更 全 面 的 质 谱 校 正 方 法, 获 得 更 高 的 谱 图 准 确 度 时, 质 谱 和 其 它 的 分 析 技 术 显 示 出 惊 人 的 相 似 性 这 种 过 程 使 质 谱 可 以 大 大 受 益 于 许 多 已 被 研 究 者 在 其 它 领 域 证 实 的 方 法 不 仅 能 在 传 统 单 四 极 杆 质 谱 上 获 得 合 理 的 质 量 准 确 度 进 行 化 学 式 测 定 ; 谱 图 准 确 度 的 概 念 还 能 被 用 于 诊 断 质 谱 仪 器, 并 可 在 高 分 辨 率 仪 器 上 进 一 步 提 高 化 学 式 测 定 的 能 力 其 它 更 多 挑 战 性 的 应 用 包 括 : 从 石 化 分 析 到 蛋 白 质 组 应 用 的 复 杂 混 合 物 的 定 性 和 定 量 分 析, 都 可 受 益 于 谱 图 准 确 度 最 后 别 忘 了, 在 谱 图 准 确 度 的 层 面 上 来 认 识 质 谱 和 其 它 谱 学, 发 现 在 各 种 分 析 测 试 技 术 之 间 获 得 了 惊 人 的 一 致, 这 种 发 现 是 非 常 令 人 振 奋 的! 2

3 2010 年 第 5 期 Vol.20 No.5 检 验 检 疫 学 刊 JOURNAL OF INSPECTION AND QUARANTINE 中 国 苦 水 玫 瑰 精 油 中 部 分 天 然 产 物 的 质 谱 分 析 与 元 素 组 成 的 确 定 周 围 *, 张 雅 珩, 周 小 平 ( 甘 肃 出 入 境 检 验 检 疫 局 技 术 中 心 甘 肃 兰 州 ) 摘 要 : 本 文 用 一 台 四 极 杆 低 分 辨 质 谱 与 气 相 色 谱 联 用, 对 天 然 玫 瑰 精 油 中 的 色 谱 共 流 出 物 和 难 确 定 的 饱 和 正 构 烷 烃 化 合 物 进 行 了 质 谱 解 析 结 果 表 明, 使 用 美 国 Cerno Bioscience 公 司 研 发 的 质 谱 MassWorks 软 件, 其 MSIntegrity 技 术 可 以 使 四 极 杆 质 谱 仪 器 提 高 100 倍 的 质 量 精 度, 精 度 达 5ppm; 全 自 动 同 位 素 峰 形 检 索 技 术 CLIPS 通 过 谱 图 准 确 度 的 匹 配, 实 现 了 分 子 式 的 准 确 识 别 关 键 词 :MassWorks; 玫 瑰 精 油 ; 天 然 产 物 ; 元 素 组 成 确 定 Mass spectrum analysis and elemental composition identification of partial natural products in essential oil of Chinese Kushui rose ZHOU Wei*, ZHANG Ya-Heng, ZHOU Xiao-Ping (Gansu Entry-Exit Inspection & Quarantine Bureau, Lanzhou , China) Abstract: In this study the mass spectrum of components flowing out together in chromatography and n-alkanes difficult to identify in natural rose essential oil were analyzed by a GC-MS with modest resolution quadrupoles. The MSIntegrity technology of MassWorks software developed by Cerno Bioscience can increase 100 times mass accuracy of modest resolution typical of quads, the mass accuracy can achieve 5 ppm. Calibrated Line-shape Isotope Profile Search (CLIPS) identified molecular formula accurately by the spectral accuracy matching. Key words: MassWorks; rose essential oil; natural products; elemental composition identification 质 谱 作 为 未 知 物 定 性 的 四 大 技 术 之 一, 家 已 经 有 数 篇 论 文 发 表 [1-3], 但 是 针 对 天 然 产 为 我 们 提 供 了 以 下 信 息 :1 分 子 离 子 的 质 量 物 中 化 合 物 的 解 析 尚 未 见 报 道 我 们 在 一 台 ( 确 定 未 知 物 的 元 素 组 成 );2 分 子 碎 片 的 质 低 分 辨 GC/MS 联 用 仪 上 应 用 MassWorks( 美 量 ( 推 测 未 知 物 的 结 构 );3 同 位 素 离 子 的 质 国 Cerno Bioscience 公 司 ) 软 件 对 天 然 苦 水 玫 量 与 丰 度 ( 确 定 未 知 物 的 元 素 组 成 ) 尽 管 质 瑰 精 油 的 中 难 确 证 的 化 合 物 进 行 了 质 谱 解 谱 硬 件 技 术 和 软 件 技 术 在 不 断 发 展, 用 质 谱 析, 获 得 了 令 人 满 意 的 结 果 对 未 知 化 合 物 分 子 的 定 性 和 解 析 仍 然 充 满 着 1 实 验 部 分 不 确 定 性 为 了 提 升 定 性 的 能 力, 需 要 质 谱 1.1 仪 器 及 材 料 具 有 更 准 的 精 确 质 量 如 :TOF,Orbitrap,FT; 安 捷 伦 7890A /5975C 气 质 联 用 仪 ; 需 要 提 供 更 多 的 碎 片 信 息, 如 : 串 联 质 谱 MassWorks( 美 国 Cerno Bioscience 公 司 ) 软 Q-TOF Q-TRAP 等 等 这 样 一 来, 高 昂 的 件 采 购 成 本 使 用 成 本 以 及 不 断 更 新 的 质 谱 设 1.2 供 试 样 品 备 的 费 用 便 不 言 而 喻 一 种 新 的 质 谱 软 件 技 天 然 苦 水 玫 瑰 精 油, 产 地, 甘 肃 永 登 术 MassWorks 结 合 了 高 分 辨 精 确 质 量 和 低 分 1.3 分 析 条 件 辨 质 谱 同 位 素 离 子 丰 度 比 的 概 念, 为 将 推 测 色 谱 条 件 : 可 能 的 元 素 组 成 变 为 确 定 的 元 素 组 成 提 供 了 色 谱 柱 :DB-1701 ( 60m 0.25mm 一 个 良 好 的 手 段 关 于 这 项 技 术 国 内 外 的 专 0.25µm) 3

4 JOURNAL OF INSPECTION AND QUARANTINE 检 验 检 疫 学 刊 程 序 升 温 :60 (1min) 2 /min 280 (10min) 载 气 :H e ; 流 速 :1.0mL/min; 分 流 / 不 分 流 进 样 器 : 分 流 比 :100:1, 温 度 :260 ; 进 样 量 :0.6µL 质 谱 条 件 : 采 集 方 式 : 原 始 扫 描 ( 轮 廓 图 ); 扫 描 区 间 : Da; 离 子 源 温 度 :230 ; 四 级 杆 温 度 :150 ; 阈 值 :0( 这 样 的 设 置 是 为 了 采 集 的 质 谱 信 号 无 损 失 ) 质 谱 采 集 的 原 始 谱 图 经 校 正 后, 比 较 校 正 后 的 质 谱 图 和 待 选 分 子 式 的 理 论 质 谱 图 获 得 谱 图 精 度, 是 准 确 识 别 目 标 化 合 物 分 子 式 的 重 要 工 具 可 以 用 一 个 已 知 的 化 合 物 作 为 外 标 获 得 质 量 数 校 正 和 峰 形 校 正, 也 可 以 用 全 氟 三 丁 胺 作 为 内 标 获 得 质 量 数 校 正 和 峰 形 校 正 我 们 采 用 了 全 氟 三 丁 胺 作 为 内 标 进 行 校 正, 具 体 校 正 过 程 略 图 1 是 天 然 玫 瑰 精 油 的 质 谱 总 离 子 流 图 ( 注 : 质 谱 图 是 轮 廓 图 而 不 是 棒 状 图 ) 2010 年 第 5 期 Vol.20 No.5 使 得 谱 图 准 确 度 真 正 实 现 分 子 式 的 准 确 识 别 2.1 对 可 能 存 在 共 流 出 化 合 物 成 分 的 分 析 色 谱 共 流 出 化 合 物 的 质 谱 解 析 是 一 个 非 常 困 难 的 问 题, 尤 其 对 于 天 然 产 物 中 未 知 物 的 分 析 难 度 就 更 大 天 然 中 国 苦 水 玫 瑰 精 油 中 主 要 成 分 是 香 茅 醇, 其 含 量 占 40%-60% 用 DB-1701 石 英 毛 细 管 色 谱 柱 分 离 色 谱 图 均 显 示 为 一 个 具 有 良 好 色 谱 峰 型 的 大 组 分 见 图 1, 图 2 通 过 质 谱 NIST 谱 库 和 香 精 香 料 专 业 谱 库 检 索 均 显 示 该 化 合 物 为 香 茅 醇 又 用 标 准 的 香 茅 醇 作 为 对 照, 也 确 证 了 质 谱 的 检 索 结 果, 见 图 3 图 2 中 国 苦 水 玫 瑰 精 油 中 的 主 成 分, 色 谱 保 留 时 间 min, 放 大 示 意 图 Fig.2 The main component with retention time of min in essential oil of Chinese Kushui rose 图 1 天 然 玫 瑰 精 油 质 谱 总 离 子 流 图 Fig. 1 TIC of natural rose essential oil 2 结 果 与 分 析 根 据 美 国 化 学 会 志 对 文 章 作 者 的 征 稿 通 知,.. 分 子 量 低 于 1000 的 物 质, 其 测 量 的 质 量 与 计 算 质 量 的 误 差 应 在 5ppm 内 [4] 美 国 Cerno Bioscience 公 司 研 发 的 质 谱 MassWorks 软 件, 其 MSIntegrity 技 术 可 以 使 四 极 杆 质 谱 仪 器 提 高 100 倍 的 质 量 精 度, 精 度 达 到 ppm 级, 可 以 符 合 质 谱 解 析 的 基 本 要 求 而 全 自 动 同 位 素 峰 形 检 索 技 术 CLIPS 图 3 对 从 min 任 意 时 间 段, 用 NIST 或 香 精 香 料 库 检 索 均 得 到 同 一 结 果 : 香 茅 醇 citronellol Fig.3 The same search results (citronellol) from NIST and Flavor libraries in any time segment of min 为 了 确 证 该 色 谱 大 峰 中 是 否 还 有 其 他 的 共 流 出 化 合 物 成 分 的 存 在, 我 们 用 MassWorks 软 件 对 香 茅 醇 这 个 色 谱 峰 重 新 进 4

5 2010 年 第 5 期 Vol.20 No.5 检 验 检 疫 学 刊 JOURNAL OF INSPECTION AND QUARANTINE 行 轮 廓 模 式 下 的 质 量 图 的 检 索, 见 图 4 表 1 分 子 离 子 峰 m/z 的 MassWorks 检 索 结 果 Tab.1 The search result of molecular ion peak (m/z ) from MassWorks software ( 理 论 ) 精 确 质 量 误 差 分 子 式 排 序 谱 图 精 度 质 量 mda C 10 H 20 O 图 4 MassWorks 软 件 显 示 了 色 谱 共 流 出 的 大 峰 中 有 三 个 物 质 存 在 Fig.4 Three components in chromatography flowing out together showed by MassWorks software 从 图 4 中 可 以 十 分 清 楚 的 看 到, 在 检 索 的 质 谱 处 有 三 个 分 子 离 子 的 质 谱 峰 存 在 即 分 子 离 子 m/z 为 ( 同 位 素 峰 为 ) 的 一 个 大 峰,m/z 为 的 分 子 离 子 峰,m/z 为 的 分 子 离 子 峰 用 软 件 的 CLIPS 功 能 对 这 三 个 分 子 离 子 峰 进 行 检 索, 得 到 了 三 种 不 同 的 分 子 式, 然 后 通 过 NIST 库 对 分 子 式 的 检 索 得 到 对 应 的 化 合 物, 见 图 , 表 根 据 Massworks 软 件 得 到 的 分 子 式, 通 过 NIST 谱 库 检 索, 见 下 图 6, 确 定 该 化 合 物 为 香 茅 醇 图 6 分 子 式 为 C10H20O 的 NIST 库 检 索 ( 香 茅 醇 ) Fig.6 The search result (Citronellol) of molecular formula C10H20O in NIST 表 2 分 子 离 子 峰 m/z 的 MassWorks 检 索 结 果 Tab.2 The search result of molecular ion peak (m/z ) from MassWorks software 分 子 式 排 序 ( 理 论 ) 精 确 质 量 质 量 误 差 mda 谱 图 精 度 C 10 H 18 O 图 5 MassWorks 软 件 显 示 了 分 子 离 子 峰 m/z 为 与 理 论 精 确 质 量 的 误 差 和 谱 图 精 度 Fig.5 The spectral accuracy and mass error of molecular ion peak (m/z ) with mono isotope value showed by MassWorks software 图 7 MassWorks 软 件 显 示 了 分 子 离 子 峰 m/z 为 与 理 论 精 确 质 量 的 误 差 和 谱 图 精 度 Fig.7 The spectral accuracy and mass error of 5

6 JOURNAL OF INSPECTION AND QUARANTINE 检 验 检 疫 学 刊 molecular ion peak (m/z ) with mono isotope value showed by MassWorks software 根 据 Massworks 软 件 得 到 的 分 子 式, 通 过 NIST 谱 库 检 索, 见 下 图 8, 确 定 该 化 合 物 为 橙 花 醇 2010 年 第 5 期 Vol.20 No.5 物 为 柠 檬 醛 我 们 又 采 用 了 二 维 气 质 (GC-GC/MS) 技 术, 对 这 个 色 谱 大 峰 进 行 了 二 次 分 离 切 割 实 验, 证 实 了 上 面 检 索 结 果 的 准 确 性 图 8 分 子 式 为 C10H18O 的 NIST 库 检 索 ( 橙 花 醇 ) Fig.8 The search result (Nerol) of molecular formula C10H18O in NIST 表 3 分 子 离 子 峰 m/z 的 MassWorks 检 索 结 果 Tab.3 The search result of molecular ion peak (m/z ) from MassWorks software 分 子 式 排 序 ( 理 论 ) 精 确 质 量 质 量 误 差 mda 谱 图 精 度 C 10 H 16 O 图 10 分 子 式 为 C10H16O 的 NIST 库 检 索 ( 柠 檬 醛 ) Fig.10 The search result (Citral) of molecular formula C10H16O in NIST 2.2 对 同 系 物 的 分 析 正 构 饱 和 脂 肪 烃 ( 烷 烃 ) 质 谱 图 的 突 出 特 征 是 有 因 为 (C n H 2n+1 ) + 碎 片 离 子 系 列, 即 m/z 43,57,71,85,. 离 子 ( 间 隔 14u 的 离 子 系 列 ) 但 是, 随 着 m/z 增 大, 分 子 离 子 的 丰 度 迅 速 下 降, 碳 数 大 于 10 的 正 构 饱 和 脂 肪 烃 分 子 离 子 峰 非 常 难 以 确 定 [5] 对 于 天 然 产 物 中 所 含 的 正 构 烷 烃, 利 用 NIST 质 谱 库 解 析 是 非 常 困 难 的 一 般 是 用 标 准 的 正 构 烷 烃 进 行 对 比 来 确 定, 或 者 是 用 色 谱 保 留 指 数 来 确 定 显 然 这 是 非 常 麻 烦 和 不 容 易 做 到 的 我 们 利 用 MassWorks 软 件 对 Agilent7890/5975 所 获 得 的 天 然 中 国 苦 水 玫 瑰 精 油 质 谱 图 中 的 两 个 正 构 烷 烃 的 色 谱 峰 进 行 处 理, 见 图 , 表 4,5 图 9 MassWorks 软 件 显 示 了 分 子 离 子 峰 m/z 为 与 理 论 精 确 质 量 的 误 差 和 谱 图 精 度 Fig.9 The spectral accuracy and mass error of molecular ion peak (m/z ) with mono isotope value showed by MassWorks software 根 据 Massworks 软 件 得 到 的 分 子 式, 通 过 NIST 谱 库 检 索, 见 下 图 10, 确 定 该 化 合 图 11 中 国 苦 水 玫 瑰 精 油 中 色 谱 保 留 时 间 min 组 分 的 质 谱 图 ( 棒 状 图 ), 放 大 示 意 图 6

7 2010 年 第 5 期 Vol.20 No.5 检 验 检 疫 学 刊 JOURNAL OF INSPECTION AND QUARANTINE Fig.11 The mass spectrum (centroid) of component with retention time of min in essential oil of Chinese Kushui rose 图 12 NIST 库 检 索 结 果 无 法 确 定 具 体 的 正 构 饱 和 脂 肪 烃 分 子 Fig.12 The specific n-alkanes could not be confirmed by the NIST library 图 13 MassWorks 软 件 显 示 了 在 色 谱 保 留 时 间 94.10min 出 峰 的 分 子 离 子 峰 与 理 论 精 确 质 量 的 误 差 和 谱 图 精 度 Fig.13 The spectral accuracy and mass error of molecular ion peak (m/z ) with mono isotope value showed by MassWorks software 表 4 分 子 离 子 峰 m/z 及 碎 片 离 子 的 MassWorks 检 索 结 果 Tab.4 The search result of molecular ion peak (m/z ) and fragment ion peaksfrom MassWorks software 分 子 式 排 序 ( 理 论 ) 精 确 质 量 质 量 误 差 mda 谱 图 精 度 分 子 离 子 C 23 H 碎 片 C 21 H 碎 片 C 20 H 碎 片 C 19 H 分 子 式 表 5 分 子 离 子 峰 m/z 的 MassWorks 检 索 结 果 Tab.5 The search result of molecular ion peak (m/z ) from MassWorks software 排 序 ( 理 论 ) 精 确 质 量 质 量 误 差 mda 谱 图 精 度 C 21 H 图 14 MassWorks 软 件 显 示 了 在 色 谱 保 留 时 间 85.4min 出 峰 的 分 子 离 子 峰 与 理 论 精 确 质 量 的 误 差 和 谱 图 精 度 Fig.14 The spectral accuracy and mass error of molecular ion peak (m/z ) with mono isotope value showed by MassWorks software 我 们 又 采 用 正 构 烷 烃 标 准 品 在 相 同 色 谱 条 件 下 对 以 上 检 索 结 果 进 行 了 确 证, 证 实 了 上 述 结 果 的 准 确 性 3 结 论 毫 无 疑 问, 低 分 辨 质 谱 法 给 出 的 是 整 质 量 数, 高 分 辨 质 谱 法 给 出 的 是 精 确 质 量 数, 但 是 它 们 都 无 法 直 接 准 确 的 给 出 化 合 物 的 唯 一 的 确 定 元 素 组 成 一 种 新 的 质 谱 软 件 技 术 结 合 了 高 分 辨 精 确 质 量 和 低 分 辨 质 谱 同 位 素 7

8 JOURNAL OF INSPECTION AND QUARANTINE 检 验 检 疫 学 刊 离 子 丰 度 比 的 概 念, 将 推 测 可 能 的 元 素 组 成 变 为 确 定 的 元 素 组 成 a 普 通 低 分 辨 质 谱 如 GC/MS 采 集 的 质 谱 图 经 MassWorks 软 件 校 正 后, 可 以 获 得 目 标 化 合 物 分 子 的 精 确 质 量 数, 并 得 到 分 子 式 结 合 谱 图 准 确 度, 可 以 获 得 可 靠 的 分 子 式 识 别 结 果 b CLIPS 检 索 结 合 NIST 库 检 索, 可 以 准 确 地 定 性 天 然 产 物 中 的 未 知 成 分 c 当 采 用 NIST 库 检 索 遇 到 多 个 待 选 分 子 式 具 有 类 似 的 匹 配 值 (MV) 和 类 似 的 反 向 匹 配 值 (RMV) 时,MassWorks 可 以 帮 助 我 们 识 别 唯 一 的 分 子 式 致 谢 作 者 感 谢 北 京 绿 绵 科 技 有 限 公 司 李 卫 建 先 生 和 欧 阳 伟 民 先 生 在 实 验 方 面 的 给 予 的 指 导 和 帮 助 参 考 文 献 2010 年 第 5 期 Vol.20 No.5 Spectral Accuracy of Molecular Ions in an LTQ/Orbitrap Mass Spectrometer and Implications for Elemental Composition Determination, Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 2009, 20 (11), [2].Wang, Y.; Prest, H.;Accurate Mass Measurement on Real Chromatographic Time Scale with a Single Quadrupole Mass Spectrometer, Chromatography, 2006, 27 (3), [3] Gu, M.; Wang, Y.D.; Zhao, X.G.; Gu, Z.M.; Accurate mass filtering of ion chromatograms for metabolite identification using a unit mass resolution liquid chromatography/mass spectrometry system, Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2006, 20 (5), [4] Patty, K.-L. Fu; Claudia Turro; Energy Transfer from Nucleic Acids to Tb(III): Selective Emission Enhancement by Single DNA Mismatches, Journal of the American chemical society,1999, 121 (1), 1-7. [5] 王 光 辉 ; 熊 少 祥 ; 有 机 质 谱 解 析, 化 学 工 业 出 版 社, 北 京, 2005 [1] Erve, J.C.L.; Gu, M.; Wang, Y. D.; DeMaio, W.; Talaat, R.E.; 8

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16 224 质 谱 学 报 第 31 卷 增 刊 使 用 MassWorks 快 速 筛 查 药 品 中 非 法 添 加 物 张 喆 1, 李 卫 建 2, 袁 有 荣 2 (1. 北 京 市 药 品 检 验 所, 北 京 北 京 绿 绵 科 技 有 限 公 司, 北 京 ) Rapid Identification of Chemical Drug Mixed Illegally by MassWorks Zhang-Zhe, LI Wei-jian, YUAN You-rong (BEIJING INSTITUTE FOR DRUG CONTROL,Beijing Lumiere Tech Ltd, Beijing , China) Abstract bstract: To establish a new quick, accurate, sensitive method for analysing illegal chemical components added into medicine. LC/MS profile data was acquired, and use both mass and peak shape can achieve high mass accuracy. The isotope profile pertinent to the elemental composition, for further illegally added confirmation. Sidenafil was found in one formulation of two. The method is rapid, selective and accurate and can be promote to the rapid method in screening illegally added into TCM or Preparations. Key words: illegal chemical components; MassWorks; LC/MS; accurate mass; isotope profile filtering 中 图 分 类 号 :O 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2010) 增 刊 LC/MS 具 有 专 属 性 强 灵 敏 度 高 的 优 点, 已 越 来 越 多 的 应 用 于 成 分 复 杂 的 中 成 药 和 保 健 品 非 法 [1-2] 添 加 药 物 成 分 的 鉴 别 但 由 于 处 理 数 据 的 时 间 较 长, 因 此 如 何 快 速 准 确 的 从 复 杂 基 质 样 品 的 LC/MS 数 据 中 鉴 定 非 法 添 加 化 学 品 是 加 速 数 据 分 析 的 关 键 步 骤 MassWorks 软 件 ( 美 国 思 路 生 科 公 司 ) 具 有 以 下 三 重 功 能 : 质 谱 图 校 正 精 确 质 量 数 过 滤 通 过 精 确 质 量 数 和 同 位 素 峰 形 校 正 ( 谱 图 [3-4] 准 确 度 ) 确 定 物 质 元 素 组 成 从 而 建 立 了 一 种 快 速 灵 敏 准 确 的 快 速 筛 查 药 品 中 非 法 添 加 化 学 品 的 方 法 1 材 料 与 方 法 1.1 仪 器 TSQ Quantum 型 液 相 色 谱 - 串 联 质 谱 联 用 仪 : 美 国 ThermoFisher Scientific 公 司 产 品, 配 有 电 喷 雾 电 离 源 (ESI);MassWorks TM 质 谱 分 析 软 件 : 美 国 Cerno Bioscience 公 司 产 品 1.2 药 品 与 试 剂 伐 地 那 非 对 照 品 ( 校 正 用 ): 由 中 国 药 品 生 物 制 品 检 定 所 提 供 ; 样 品 1 和 样 品 2 为 购 于 药 店 的 不 同 品 牌 保 健 品 ; 甲 醇 ( 色 谱 纯 ):Merck 公 司 产 品 ; 水 为 超 纯 水 1.3 仪 器 方 法 色 谱 条 件 Venusil Mp C18 柱 ( mm 5 µm); 流 动 相 :V( 甲 醇 ):V( 水 )=70:30; 流 速 1 ml min - 1 ; 进 样 量 5 µl 质 谱 条 件 电 喷 雾 电 离 源 (ESI), 正 离 子 检 测 模 式, 源 喷 射 电 压 4.0 kv, 一 级 全 扫 描 (Q1 scan) m/z 5~1 000 u, 图 谱 采 集 为 profile 文 件 格 式 通 信 作 者 : 李 卫 建 (1980-), 江 苏 常 州 人, 男, 应 用 工 程 师 weijian_li@lumtech.com.cn 16

17 2010 年 7 月 质 谱 学 报 数 据 采 集 和 分 析 首 先, 以 1.3 中 的 仪 器 方 法 分 别 采 集 对 照 品 样 品 1 和 样 品 2 的 LC/MS 一 级 全 扫 总 离 子 流 图 ; 然 后, 使 用 MassWorks 软 件, 采 用 外 标 法, 用 对 照 品 对 质 量 轴 和 质 谱 峰 形 进 行 校 正, 建 立 校 正 函 数 并 保 存 ; 再 将 建 立 的 校 正 函 数 运 用 于 样 品 的 质 谱 图, 用 MassWorks 进 行 自 动 精 确 质 量 筛 选 可 能 的 非 法 添 加 物 ; 最 后, 用 MassWorks 测 定 目 标 峰 的 精 确 质 量 数 和 谱 图 准 确 度, 对 筛 查 出 的 阳 性 结 果 进 行 确 证 2 结 果 2.1 样 品 的 色 谱 和 质 谱 行 为 将 待 测 物 用 甲 醇 溶 液 稀 释 后 进 样 分 析, 样 品 1 和 样 品 2 的 一 级 扫 描 离 子 流 图 示 于 图 1 图 1 样 品 1(a) 和 样 品 2(b) 的 全 扫 描 总 离 子 流 图 (ESI+ ESI+) 2.2 样 品 中 非 法 添 加 壮 阳 化 学 品 的 快 速 筛 查 传 统 四 极 杆 仪 器 MS 校 正 一 般 只 关 注 质 量 误 差, 因 此 其 质 心 计 算 方 法 得 到 的 质 量 精 度 就 较 差 MassWorks 作 为 一 种 新 的 校 正 方 法, 同 时 进 行 了 质 量 轴 校 正 及 峰 形 校 正, 并 考 虑 噪 声 过 滤, 建 立 校 正 函 数, 为 在 低 分 辨 质 谱 上 测 定 未 知 物 的 精 确 质 量 数 和 精 确 质 量 筛 选 提 供 保 证 将 建 立 的 校 正 函 数 应 用 到 实 际 样 品 的 质 谱 图, 将 可 能 的 非 法 壮 阳 添 加 物 的 名 称 和 化 学 式 ([M+ H] [M+Na] 等 ) 输 入 MassWorks 的 AMP 检 索 条 件 栏 中, 本 试 验 以 他 达 那 非 (C22H20N3O4) 西 地 那 非 (C22H31N6O4) 伐 地 那 非 (C24H32N6O4S) 为 例, 然 后 MassWorks 将 进 行 自 动 精 确 质 量 筛 选 结 果 在 样 品 1 中 检 索 到 西 地 那 非 的 存 在 样 品 1 2 中 3 种 壮 阳 化 学 品 的 精 确 质 量 筛 选 结 果 示 于 图 2 图 2 样 品 1(a) 和 样 品 2(b) 中 3 种 壮 阳 化 学 品 的 精 确 质 量 筛 选 结 果 2.3 样 品 1 中 西 地 那 非 的 确 证 为 进 一 步 确 证 样 品 1 中 筛 查 出 的 西 地 那 非 是 否 为 阳 性 结 果 MassWorks 可 以 进 一 步 测 定 目 标 峰 的 17

18 226 质 谱 学 报 第 31 卷 增 刊 精 确 质 量 数 和 谱 图 准 确 度, 以 进 行 确 证 经 检 索 西 地 那 非 的 理 论 质 谱 图 与 目 标 峰 的 质 谱 图 的 同 位 素 峰 形 相 似 度 最 高, 进 一 步 确 证 了 样 品 1 中 非 法 添 加 了 壮 阳 化 学 品 西 地 那 非 3 讨 论 通 过 精 确 质 量 过 滤,MassWorks 作 为 一 种 新 的 数 据 处 理 软 件, 在 给 定 感 兴 趣 非 法 添 加 物 化 学 式 的 基 础 上, 通 过 精 确 质 量 过 滤, 获 得 高 选 择 性 的 精 确 质 量 提 取 质 谱 图, 可 以 很 好 的 过 滤 假 阳 性 基 质 峰,MassWorks 快 速 而 又 有 效 的 从 复 杂 的 中 成 药 和 保 健 品 中 筛 查 非 法 添 加 化 学 品 ; 对 于 筛 选 出 的 阳 性 结 果,MassWorks 通 过 对 质 量 轴 质 谱 峰 形 变 异 和 随 机 噪 声 进 行 校 正, 可 以 在 低 分 辨 的 LC/MS 测 定 目 标 峰 的 精 确 质 量 数 和 分 子 式, 对 筛 选 出 的 阳 性 结 果 进 一 步 确 证, 从 而 保 证 了 筛 查 结 果 的 可 靠 性 参 考 文 献 : [1] LIU Y f, LI J, XIE Y c, et al. Recent advances and analytic technique on determination of chemical drug mixed illegally in TCPM[J]. Chinese Pharmaceutical Affairs, 2008, 22(12): [2] 高 青, 车 宝 泉, 张 喆, 等. LC-MS/MS 法 检 查 中 药 制 剂 及 保 健 食 品 种 非 法 添 加 的 16 种 镇 静 催 眠 药 物 [J]. 中 国 药 科 大 学 学 报, 2008, 39(2): [3] GU M, WANG Y D, ZHAO X G, et al. Accurate mass filtering of ion chromatograms for metabolite identification using a unit mass resolutionliquid chromatography/mass spectrometry system[j]. Rapid Commun Mass Spectrom, 2006, 20: [4]Yongdong Wang, Harry Prest. Accurate mass measurement on real chromatographic time scale with a single quadrupole mss spectrometer[j]. Chromatography,2006, 27(3):

19 126 质 谱 学 报 第 30 卷 增 刊 Massworks 结 合 单 位 分 辨 质 谱 识 别 喹 诺 酮 类 药 物 分 子 式 1 周 围, 李 卫 建 2 (1. 甘 肃 出 入 境 检 验 检 疫 局 技 术 中 心, 甘 肃 兰 州 ;2. 绿 绵 科 技 有 限 公 司, 北 京 ) Identification Quinolones Drug Formulas by MassWorks Combination of Unit-Resolved Mass Spectrometry ZHOU Wei 1, LI Wei-jian 2 (1. Gansu Entry-Exit Inspection and Quarantine Technology Center, Lanzhou , China; 2. Lumiere Tech Ltd, Beijing , China) Abstract: MassWorks calibrates both the mass position and the mass spectral peak shape. We can achieve the high mass accuracy on LC/MS by MassWorks, the mass error is less than 10 mu. Furthermore, the list of possible formulas can be greatly shortened through the Calibrated Line-shape Isotope Profile Search(CLIPS ). So we can exact identify the target molecular formula. Key words: MassWorks; accurate mass; formula determination; unit mass resolution. 中 图 分 类 号 :O 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2009) 增 刊 美 国 Cerno Bioscience 公 司 利 用 同 位 素 规 律 开 发 出 一 种 软 件 (MassWorks), 可 以 在 单 位 分 辨 质 谱 上 测 定 精 确 质 量 数, 并 利 用 其 独 有 的 同 位 素 峰 形 校 正 检 索 技 术 (CLIPs), 准 确 识 别 药 物 或 天 然 产 物 的 分 子 式 本 工 作 以 3 种 药 物 为 例, 建 立 一 项 在 单 位 分 辨 率 质 谱 (LC/MS) 上 测 定 精 确 质 量 数, 并 准 确 识 别 目 标 药 物 分 子 式 的 新 方 法 1 试 验 部 分 1.1 主 要 仪 器 与 试 剂 UPLC-Quattro premier 质 谱 联 用 仪 ;MassWorks TM 分 子 式 识 别 软 件 : 美 国 Cemo Bioscience 公 司 产 品 氧 氟 沙 星 诺 氟 沙 星 环 丙 沙 星 恩 诺 沙 星 沙 拉 沙 星 ( 纯 度 均 大 于 99.0%): 中 国 药 品 生 物 制 品 检 定 所 产 品 1.2 实 验 条 件 色 谱 条 件 BEH C 18 色 谱 柱 (50 mm 2.1 mm 1.7 µm); 流 动 相 : 乙 腈,0.2% 甲 酸 水 溶 液 ; 梯 度 洗 脱 :0~6 min; 流 速 0.3 ml min -1 ; 柱 温 30 ; 进 样 量 10 µl 质 谱 条 件 电 喷 雾 离 子 源, 毛 细 管 电 压 3.5 kv, 源 温 100, 脱 溶 剂 气 速 350 L h -1, 一 级 全 扫 描 采 集 数 据, 扫 描 模 式 profile mode, 质 量 扫 描 范 围 m/z 300~ 数 据 处 理 将 环 丙 沙 星 (m/z 332) 和 沙 拉 沙 星 (m/z 386) 作 为 校 正 标 准, 用 MassWorks 对 质 量 轴 和 质 谱 峰 形 进 行 校 正, 获 得 校 正 函 数 ; 利 用 MassWorks 将 校 正 函 数 运 用 到 其 他 3 种 药 物 的 一 级 全 扫 描 Profile 质 谱 图 进 行 校 正 计 算, 获 得 目 标 物 的 精 确 质 量 数, 再 经 过 MassWorks 同 位 素 峰 形 校 正 检 索 技 术 (CLIPs), 实 现 目 标 物 分 子 式 的 准 确 识 别 通 信 作 者 : 李 卫 建 (1980~), 男 ( 汉 族 ), 江 苏 人, 技 术 工 程 师, 从 事 质 谱 技 术 应 用 研 究 weijian_li@lumtech.com.cn 19

20 2009 年 11 月 质 谱 学 报 结 果 与 讨 论 2.1 药 物 分 子 量 的 测 定 用 Masslynx 4.1 打 开 样 品 总 离 子 流 图, 氧 氟 沙 星 诺 氟 沙 星 在 总 离 子 流 图 上 未 能 得 到 基 线 分 离, 氧 氟 沙 星 的 保 留 时 间 均 为 1.67 min, 恩 诺 沙 星 的 保 留 时 间 为 1.84 min 分 别 以 3 种 药 物 的 保 留 时 间 为 中 心, 选 取 0.05 min 时 间 窗 口, 显 示 其 质 谱 图 试 验 发 现, 尽 管 氧 氟 沙 星 诺 氟 沙 星 在 总 离 子 流 图 上 未 得 到 分 离, 但 由 于 二 者 的 相 对 分 子 质 量 相 差 较 大, 因 此 在 质 谱 图 上 得 到 了 很 好 的 分 离 以 质 量 误 差 0.2 u,c H O N S P F Cl Br 为 可 能 含 有 的 元 素, 其 中 限 定 最 少 含 1 个 F, 推 测 3 种 目 标 药 物 的 分 子 式, 其 待 选 分 子 式 个 数 分 别 为 , 这 给 准 确 识 别 目 标 物 真 正 的 分 子 式 带 来 了 困 难 利 用 MassWorks 软 件 对 采 集 的 一 级 全 扫 描 质 谱 图 进 行 校 正 计 算, 获 得 3 种 目 标 药 物 的 精 确 质 量 数 分 别 为 u, 误 差 分 别 为 mu 由 于 MassWorks 可 以 极 大 地 提 高 单 位 分 辨 质 谱 的 质 量 精 度, 质 量 误 差 低 于 10 mu 因 此 以 质 量 误 差 10 mu, 同 样 的 元 素 组 成 条 件 推 测 3 种 目 标 药 物 的 分 子 式, 可 以 显 著 的 减 少 待 选 分 子 式 的 个 数, 分 别 为 , 列 于 表 1, 从 而 降 低 了 准 确 识 别 分 子 式 的 难 度, 但 要 从 123 个 分 子 式 中 准 确 识 别 目 标 物 的 分 子 式, 仍 然 有 着 很 大 的 难 度 2.2 药 物 分 子 式 的 准 确 识 别 MassWorks 软 件 不 仅 可 以 在 单 位 质 量 分 辨 质 谱 测 定 目 标 物 的 精 确 质 量, 而 且 可 以 进 一 步 实 现 目 标 物 分 子 式 的 准 确 识 别 利 用 MassWorks 同 位 素 峰 形 校 正 检 索 技 术 (CLIPs), 逐 一 比 较 待 选 分 子 式 的 理 论 质 谱 图 与 仪 器 测 得 的 目 标 物 的 校 正 质 谱 图, 实 现 目 标 物 分 子 式 的 准 确 识 别 MassWorks 准 确 识 别 氧 氟 沙 星 分 子 式 的 结 果 示 于 图 1 如 以 质 量 误 差 排 序, 氧 氟 沙 星 2.0 mu 的 误 差 只 能 排 在 待 选 分 子 式 的 第 54 位, 但 由 于 氧 氟 沙 星 的 同 位 素 峰 形 与 仪 器 获 得 目 标 物 的 校 正 同 位 素 峰 形 具 有 最 大 相 似 度 97.7%, 排 在 全 部 248 个 待 选 分 子 式 的 第 一 位, 从 而 实 现 了 目 标 物 分 子 式 的 准 确 识 别 采 用 同 样 的 处 理,MassWorks 软 件 可 以 从 123 个 待 选 分 子 式 中 准 确 识 别 诺 氟 沙 星, 从 155 个 待 选 分 子 式 中 准 确 识 别 恩 诺 沙 星 表 1 3 种 药 物 的 分 子 量 测 定 结 果 及 对 应 的 待 选 分 子 式 药 物 化 学 式 准 确 分 子 质 量 Masslynx 分 子 质 量 待 选 分 子 式 个 数 MassWorks 分 子 质 量 待 选 分 子 式 个 数 诺 氟 沙 星 C 16H 19FN 3O 恩 诺 沙 星 C 19H 23 FN 3O 氧 氟 沙 星 C 18H 21 FN 3O 图 1 MassWorks 准 确 识 别 氧 氟 沙 星 分 子 式 结 果 20

21 128 质 谱 学 报 第 30 卷 增 刊 3 小 结 使 用 MassWorks 软 件 对 单 位 分 辨 质 谱 采 集 的 质 谱 图 校 正, 实 现 了 从 几 百 种 待 选 分 子 式 中 准 确 识 别 诺 氟 沙 星 恩 诺 沙 星 氧 氟 沙 星 分 子 式,3 种 目 标 药 物 的 测 量 结 果 误 差 小 于 10 mu, 极 大 地 提 高 了 单 位 分 辨 质 谱 在 药 物 中 未 知 物 的 定 性 能 力 参 考 文 献 : [1] MING G, WANG Y, ZHAO X, et al. Accurate mass filtering of ion chromatograms for metabolite identification using a unit mass resolution liquid chromatography/mass spectrometry system[j]. Rapid Commun Mass Spectrom, 2006, 20: [2] 刘 可, 马 彬, 王 永 东. 一 种 新 软 件 方 法 用 于 单 位 分 辨 质 谱 仪 上 药 物 相 对 分 子 质 量 的 准 确 测 定 [J]. 药 学 学 报, 2007, 42(10):

22 第 29 卷 增 刊 分 析 试 验 室 Vol.29.Suppl 年 11 月 Chinese Journal of Analysis Laboratory MassWorks 结 合 GC/MS 测 定 毒 鼠 强 的 分 子 式 李 卫 建, 弓 俊 杰, 欧 阳 伟 民 ( 北 京 绿 绵 科 技 有 限 公 司, 北 京 ) 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 许 多 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 MassWorks 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, 获 得 目 标 物 的 准 确 质 量 和 分 子 式 ; 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 [1-5] 1 毒 鼠 强 是 一 种 无 色 无 味 的 白 色 晶 体 粉 末, 尽 管 1984 年 联 合 国 已 经 禁 止 使 用, 但 在 一 些 中 毒 事 件 中 却 经 常 遇 到 气 质 联 用 法 由 于 操 作 简 单, 是 未 知 有 机 物 的 鉴 定 常 用 方 法, 该 方 法 需 要 用 目 标 物 的 质 谱 图 与 标 准 库 中 相 应 质 谱 图 匹 配, 实 现 定 性 而 对 于 像 毒 鼠 强 之 类 在 标 准 库 中 不 含 有 的 有 机 物, 将 难 以 准 确 定 性 ; 而 MassWorks 软 件 利 用 准 确 质 量 和 谱 图 准 确 度 实 现 了 对 该 类 有 机 物 的 精 准 定 性 本 文 以 毒 鼠 强 为 例, 阐 述 了 MassWorks 软 件 在 Agilent GC/MS 用 谱 图 准 确 度 结 合 其 测 定 的 精 确 质 量 数 识 别 未 知 物 分 子 式 的 方 法 1 实 验 部 分 1.1 仪 器 和 材 料 Agilent GC/MS 6890/5975 联 用 仪 美 国 Cemo Bioscience 公 司 Massworks TM 质 谱 分 子 式 识 别 软 件 以 气 质 调 谐 液 全 氟 三 丁 胺 ( PFTBA ) 作 为 校 正 液, 样 品 在 8.7 min 的 未 知 峰 为 被 测 对 象. 1.2 仪 器 条 件 采 用 原 始 扫 描 (raw scan) 模 式 采 集 质 谱 数 据, 扫 面 范 围 m/z :40-550, 扫 描 速 率 2^2, 阈 值 为 0 ; 离 子 源 温 度 :230ºC, 四 级 杆 温 度 :150ºC 采 用 内 标 法 采 集 样 品 和 校 正 品 的 数 据,200 ºC 等 温 分 离,4-12 min 采 集 样 品 数 据, 目 标 物 在 8.7 min 出 峰 ;12 min 打 开 校 正 阀,13.5min 关 闭 校 正 阀, 采 集 PFTBA 数 据, min 期 间 将 倍 增 器 (EMV) 调 至 400V, 以 避 免 PFTBA 信 号 饱 和 1.3 数 据 处 理 : 图 1 是 样 品 和 PFTBA 的 TIC 图, 并 对 TIC 图 中 一 段 时 间 的 PFTBA 进 行 了 标 记 MassWorks 软 件 (Cerno Bioscience ) 可 以 用 标 记 的 PFTBA 平 均 质 谱 图 为 基 准, 对 质 谱 图 进 行 校 正, 建 立 校 正 函 数, 图 2 是 PFTBA 的 标 准 质 谱 图, PFTBA 丰 富 的 碎 片 分 布, 可 以 对 从 m/z : 全 部 的 质 谱 图 进 行 校 正 MassWorks 独 特 的 校 正 技 术 同 时 对 质 量 轴 和 质 谱 峰 形 ( 谱 图 准 确 度 ) 进 行 校 正, 这 是 在 低 分 辨 质 谱 上 测 定 准 确 质 量 的 关 键, 且 谱 图 准 确 度 尤 其 重 要 将 建 立 的 校 正 应 用 于 未 知 物 质 谱 图 校 正 ( 图 3 即 校 正 流 程 图 ), 即 可 得 到 目 标 物 的 准 确 质 量 数, 以 目 标 物 单 同 位 素 峰 准 确 质 量 可 以 获 得 质 量 数 相 似 的 全 部 可 能 待 选 化 学 式 列 表 ; 以 谱 图 准 确 度 对 列 表 中 的 化 学 式 重 新 进 行 排 序, 以 实 现 对 未 知 物 分 子 式 的 精 准 识 别 谱 图 准 确 度 由 目 标 校 正 后 质 谱 图 与 理 论 质 谱 图 的 相 似 度 计 算 所 得 作 者 简 介 : 李 卫 建 (1980-), 男, 应 用 工 程 师,Tel: , weijian_li@lumtech.com.cn 22

23 第 29 卷 增 刊 分 析 试 验 室 Vol.29.Suppl 年 11 月 Chinese Journal of Analysis Laboratory Average of Scans 1398 thru 1483 (12.23 to 12.72) E:\Mulligan\ \TETSR3.D\DATA.MS counts counts minutes m/z 图 1 是 样 品 和 PFTBA 的 TIC 图 图 2 PFTBA 的 标 准 质 谱 图 图 3 MassWorks 校 正 流 程 图 2 结 果 MassWorks 软 件 以 第 1372 至 1446 个 扫 描 (RT= min) 的 平 均 质 谱 图 为 基 准, 建 立 校 准 函 数 图 4 是 PFTBA 的 校 正 结 果 报 告, 报 告 列 出 了 PFTBA 全 部 10 个 碎 片 离 子 的 元 素 组 成 和 准 确 质 量, 同 时 给 出 了 校 正 离 子 质 量 误 差 和 谱 图 准 确 度 ( 校 正 后 质 谱 图 与 理 论 质 谱 图 的 相 似 度 ),10 个 碎 片 离 子 的 质 量 误 差 均 小 于 3mDa, 谱 图 准 确 度 均 高 于 99.1%; 谱 图 准 确 度 高 于 99.0% 表 明 校 正 离 子 信 号 与 误 差 的 比 率 高 于 100:1, 说 明 校 正 离 子 的 信 号 不 存 在 显 著 饱 和 现 象 且 无 显 著 的 杂 质 干 扰, 信 号 与 噪 音 的 比 率 远 高 于 100:1 用 建 立 的 校 正 函 数 对 保 留 时 间 8.7min 的 未 知 峰 进 行 校 正, 按 图 5 中 设 定 的 条 件 对 质 谱 图 中 质 量 数 最 大 的 离 子 240 用 CLIPS 进 行 检 索, C4H8N4O4S2 化 学 式 的 理 论 质 谱 图 与 未 知 物 离 子 的 校 正 质 谱 图 几 乎 完 全 匹 配, 具 有 最 高 谱 图 准 确 度 98.7% 而 排 在 全 部 147 个 待 选 化 学 式 的 第 一 位 ( 图 6) 后 续 的 盲 样 测 试 结 果, 验 证 了 C4H8N4O4S2 即 为 未 知 物 ( 高 毒 性 的 灭 鼠 剂 毒 鼠 强 ) 的 分 子 式 23

24 第 29 卷 增 刊 分 析 试 验 室 Vol.29.Suppl 年 11 月 Chinese Journal of Analysis Laboratory Review Report - E:\Mulligan\ \TETSR3.D\PFTBA Calibration 2.mwc 10/21/ :02:07 PM Calibration Information Calibrated at: 10/21/ :01:24 PM Calibration type: Unknown FWHM Gaussian: 0.46 FWHM Boxcar: Average of Scans 1398 thru 1483 (12.23 to 12.72) - E:\ Mulligan\ \ TETSR3.D\ DATA.MS counts m/ z RT Window Name Net Formula Mono Mass Closest?M (mda)?m (ppm) Spectral RMSE Centroid Accuracy 1 0: Scans CF : Scans C2F : Scans C2F4N : Scans C2F : Scans C3F : Scans C3F : Scans C4F : Scans C5F10N : Scans C8F16N : Scans C9F20N 图 4 PFTBA 的 校 正 结 果 图 5 CLIPS 检 索 条 件 24

25 第 29 卷 增 刊 分 析 试 验 室 Vol.29.Suppl 年 11 月 Chinese Journal of Analysis Laboratory 图 6 毒 鼠 强 准 确 质 量 和 分 子 式 识 别 结 果 同 理,MassWorks 软 件 可 以 精 准 测 定 未 知 物 碎 片 的 化 学 式 如 毒 鼠 强 质 量 数 为 212 的 碎 片, 采 用 CLIPs 检 索 碎 片 离 子 的 化 学 式 C3H6N3O4S2+ 因 其 具 有 最 高 谱 图 准 确 度 98.8% 而 排 在 全 部 102 个 待 选 化 学 式 的 第 一 位 ( 图 7) 尽 管 排 在 第 2 和 3 位 的 待 选 化 学 式 C3H8N4O3S2 和 C2H8N6O2S2, 谱 图 准 确 度 仅 弱 低 于 C3H6N3O4S2, 但 按 常 理 化 合 物 中 每 含 1 个 S, 一 般 需 含 2 个 O 的 规 律, 就 很 容 易 将 这 两 个 待 选 化 学 式 排 除 图 7 毒 鼠 强 碎 片 离 子 222 Da 准 确 质 量 和 分 子 式 识 别 结 果 25

26 第 29 卷 增 刊 分 析 试 验 室 Vol.29.Suppl 年 11 月 Chinese Journal of Analysis Laboratory 结 论 本 文 以 毒 鼠 强 为 例 阐 述 了 在 低 分 辨 气 质 联 用 仪 (GC/MS) 上 运 用 MassWorks 软 件 独 特 的 质 量 校 正 和 峰 形 校 正 技 术 测 定 未 知 物 准 确 质 量 和 分 子 式 的 过 程 尽 管 MassWorks 测 定 的 准 确 质 量 数 并 不 是 每 个 离 子 均 小 于 5ppm, 但 软 件 综 合 利 用 准 确 质 量 和 谱 图 准 确 度 两 项 指 标 可 以 实 现 分 子 式 的 准 确 识 别 无 论 NIST 谱 库 中 是 否 含 有, MassWorks 在 低 分 辨 GC/MS 上 均 可 对 这 些 未 知 物 进 行 准 确 质 量 测 定 和 分 子 式 识 别 文 献 1. Wang Y, Prest H. Chromatography, 2006, 27(3), Gu M, Wang Y, Zhao X, Gu Z, Rapid Commun. Mass Spectrom. 2006, 20, Wang Y, Gu M. Spectroscopy (MS Supplement), May, Sparkman O. D.; Jones P. R., Curtis M, LCGC, May, Erve J. C. L.; Gu, M.; Wang, Y.; DeMiao, W.; Talaat, R. E., JASMS, 2009, 20(11), Identification Tetramine Formulas by MassWorks Combination of Unit-resolved Mass Spectrometry Li Weijian,Gong Junjie, Ouyang Weimin(Lumiere Tech Ltd,Beijing ) Abstract: This application example demonstrates that the comprehensive mass spectral calibration involving both mass and peak shape enables formula determination on the GC/MSD system. The MassWorks TM calibration can be conveniently established using the on-board PFTBA tune standard through infusion measurement within the same GC/MS data acquisition. While the mass accuracy achievable on the system may not be the industry standard 5ppm for all ions at different m/z values, the combination of mass accuracy and Spectral Accuracy can indeed achieve formula determination on a real chromatographic time scale. Not only can this formula ID capability be applied to unknown identifications where there is no available library spectrum to compare with through conventional library search, it can also be utilized as an independent confirmation of library search results through formula ID of either the molecular ion or its fragment ions. Key words: MassWorks TM, accurate mass, mass spectral calibration,formula determination,unit mass resolution. 26

27 专题报道 二 一 年 第五期 MassWorksTM 分子式识别技术在质谱中应用 李卫建 1 袁有荣 1 欧阳伟民 1 周 围 2 1.绿绵科技有限公司 北京 甘肃出入境检验检疫局技术中心 兰州 摘 要 MassWorks TM 作为一种新颖的质谱校正技术 可以在低分辨质谱上测定精确质 量并准确识别目标物的分子式 让低分辨质谱具有高分辨的功能 大大提高低分辨质谱 的定性能力 对于高分辨质谱 MassWorks TM 的同位素峰形自我校正功能大大提高高分 辨质谱分子式识别的能力 本文就 MassWorksTM 的原理及其在各类质谱的应用进行综述 关键词 MassWorks 精确质量 分子式识别 气质联用 液质联用 利用质谱测定目标物的元素组成 分子式 对未知物进行定性 已被广泛应用于各研究领域 如 药物研发 药物代谢 环境研究 法医 食品 安全 香精香料 兴奋剂以及天然产物等 要测定 元素组成 传统观念认为 必须获得高质量精度 而高质量精度只能从高分辨率质谱获得 如 TOF, Orbitrap 或者 FT ICR MS 而常规低分辨的质谱仪 如四极杆质谱 质荷比测定仅仅只能准确到 Da 常规方法难以准确测定目标物尤其是未知 物的元素组成 从而极大的限制低分辨质谱的定性 能力 MassWorks TM 作为一种新颖的质谱校正技术 在低分辨质谱和高分辨质谱两者之间架起桥梁 利 用精确质量数测定和线性同位素峰形校正专利技 术 让低分辨质谱真正实现高分辨的功能 在低分 辨质谱上进行精确质量数测定 精度可达 5ppm 并且对候选化合物进行线性同位素峰形校正检索 确定最为可能的唯一化合物分子式 极大地拓展低 分辨质谱的定性功能 同时针对高分辨质谱 目标 物正确的分子式往往不是质量误差最小的候选分子 式 应用 MassWorks TM 的同位素峰形自我校正专 利技术 可以在原有待选分子式基础上排除 99% 的假阳性分子式 真正实现目标物分子式的准确识 别 [1] 1 原理 在质谱中 质量精度符合方程式 1 σ R S 其中 σ 表示质量误差 (ppm) R 表示质量分辨率 其定义为质量 (m/z) 除以半峰高处全峰宽 (FWHM) S 表示离子信号强度 此时假定主要的噪音来源于 离子计数噪音 因为硬件设计完好的质谱仪符合这 种假定 这个方程 推动着新型质谱仪的发展 因 为更高的分辨率与更好的质量精度成正比 另外 常规的质谱校正仅仅是进行质量轴的校 准 没有考虑质谱峰形的校正 而质谱峰形的校正 对于可靠的质荷比测定以至于元素组成的确定也 是至关重要的 MassWorksTM 软件专利的 MSIntegrity 技术是一种新颖独特的技术 通过这种全新 的质谱校正方法 不仅对质量轴进行校正 而且把 峰形函数校正为已知的数学峰形函数 这个峰形函 数是可以根据已知标定离子的理论质量数和同位素 分布推导出来 通过实际的谱图与理论的谱图在数 学上的对比 任何质量漂移以及峰形失真都可以得 到校正并归纳为一个校正函数 通过这个既有质量 校正又有更为重要的峰形校正函数就可以在低分辨 的质谱上获得精确质量数 2 MassWorks 在气相色谱质谱联用中的应用 GC/MS 技 术 在 食 品 安 全 香 精 香 料 和 环 境 等领域中得到广泛应用 该技术利用保留时间和 NIST 库谱图检索对目标物进行定性 谱库检索的 匹配率与目标物的色谱分离情况密切相关 当色谱 分离效果不佳 或目标物受到基质干扰等时 往往 会出现匹配率不高 或几个待选物的匹配率相似等 情况 此时 通过谱库检索定性就会产生很大的不 确定性 MassWorksTM 利用其精确质量数测定和线 性同位素峰形校正技术 可以在 GC/MS 测定目标 物的精确质量和分子式 从而大大提高 GC/MS 的 定性能力 2.1 MassWorksTM 在香精香料成分鉴定中的应用 随着分析仪器的迅速发展 天然产物和香精香 料的香气成分的分析水平得到很大的发展 目前 27

28 现代仪器 ( 采用 GC/MS 检测 NIST 谱库检索可以定性检测大 部分成分 然而由于香精香料成分复杂 如植物精 油 由于难以得到全部纯度较高的标准品 尽管采 用毛细管柱分离 对于那些含量较低且又未得到彻 底分的微量成分 仅利用 NIST 谱库 我们将难以 对之进行准确定性 而往往这些微量成分正是我们 需要检测的有效成分或毒害成分 刘扬岷等 [2] 采 用 GC/MS 分析白兰花的香气成分 共分离出 114 个色谱峰 而采用 NIST 谱库仅鉴定 75 个成分 利用 MassWorks TM 的精确质量数和线性同位素 峰形校正功能 可以测定每个色谱峰的所有离子的 精确质量 并对每一个离子的分子式进行准确识别 将大大提高从复杂样品中鉴定出香气成分的个数 对那些具有相似结构的香气成分 往往具有相似的 匹配率 从而导致我们难以判断 MassWorks TM 通 过对分子离子峰分子式的准确识别 可以准确鉴定 这些成分 甘肃出入境检验检疫局技术中心周围等 在分析中国苦水玫瑰精油中的复杂天然产物时 采 用 MassWorksTM 在香茅醇 占全部峰面积的 99% 以 上 保留时间段 鉴定出橙花醇和柠檬醛 对于用 NIST 难以区分的长链脂肪烃 MassWorksTM 通过对 其分子离子峰分子式的准确识别 实现准确鉴定 2.2 MassWorks TM 对环境中挥发性有机污染物的 快速确认 GC/MS 是快速识别挥发和半挥发环境污染物 的常用工具 标准 EPA 方法能够识别超过 200 种 环境相关的化合物 这些方法具有很好的灵敏度 根据保留时间和 GC/MS 谱图检索可以准确识别这 些目标化合物 然而 在背景比较复杂和对那些不 能用 EPA 方法表征的化合物 仅仅利用 GC/MS 谱 库检索会产生很大的不确定性 错误识别对于突发 事故中先遣急救员和执法者 可能导致危险的甚至 致命的错误响应 确认识别的不确定性或延迟也将 导致公共资源的极大浪费 为提高未知物正确识别 的可能性 需要一些分析方法进行二次确证分析 如 GC/MS 谱库匹配后接下来利用精确质量进行分 子式确证 采用 MassWorksTM 可以在 GC/MS 测定 精确质量数并识别目标物分子式 得到的结果与高 分辨质谱具有很好的可比性 美国康涅狄格环境 保护局 [3] 用 MassWorksTM 软件在 GC/MS 上对分别 对 73 种标准化合物 EPA 方法表征 和 17 种非 标准化合物测定 90 个化合物的质量误差均小于 20 mda, 采用同位素峰形校正检索 81 个位于待选 分子式的第 1 位 5 个位于第 2 位 仅有 4 个位于 二 一 年 第五期 3~5 位 从而进一步提高低分辨 GC/MS 对环境中 挥发性有机污染物的快速确认能力 2.3 MassWorksTM 在食品安全残留检测中的应用 GC/MS 技术在农药残留检测中得到广泛应用 该技术利用保留时间和 GC/MS 谱图检索对目标药 物进行定性 然而 当色谱分离效果不佳 或目标 物受到基质干扰等时 往往会出现 NIST 库检索匹 配率不高 或几个待选物的匹配率相似等情况 此 时 通过 GC/MS 谱库检索定性就会产生很大的不 确定性 为准确定性样品中的农药残留 我们往往 需要借助另外的手段 如高分辨质谱测定目标的 精确质量数 并识别目标物的分子式 以对这些 目标物进行准确定性 高分辨质谱 如飞行时间 质谱 TOF Orbitrap 质谱仪 高昂的采购成本及使 用成本 极大的限制其在常规实验室的普遍使用 MassWorks TM 软件的出现 可以在单四极杆 GC/ MS 上直接测定精确质量数 并识别目标物的分子 式 作为一种全新的质谱技术 极大的提高 GC/ MS 在食品安全残留检测中对农兽药的定性确证能 力 王亚男 [4] 等运用 MassWorksTM 在 GC/MS 上测 定农药的精确质量和分子式 3 种农药精确质量的 误差均小于 10 mda 采用线性同位素峰形校正检 索 3 种农药及其碎片的分子式均位于待选分子式 的第 1 位 由于莠灭净和西草净具有相似的分子量 和理化性质 色谱未能有效分离为共流出物 采用 NIST 谱库检索很难确认目标物 而 MassWorks TM 却能准确测定目标物的精确质量并准确识别目标物 分子式 具有较强的抗干扰能力 从而可以大大提 高 GC/MS 在食品安全检测中农兽药定性确证的能 力 3 MassWorks TM 在液相色谱质谱联用中的 应用 3.1 MassWorks TM 在未知物的精确质量数测定中 的应用 多数药物为小分子有机化合物, 测量化合物精 确质量可推测其分子式组成, 进一步确定该化合物 的不饱和度, 因而精确分子量测定是药物定性分析 的重要技术 目前可以用于精确分子量测量的仪 器有扇形场 (magnetic sector field) 质谱仪 傅立叶 变换 - 离子回旋共振 ( FT-ICR) 质谱仪 飞行时间 (TOF) 质谱仪和 Orbitrap 质谱仪 [ 5, 6 ], 但是这些高 分辨质谱仪昂贵的采购成本和使用成本, 使精确分 子量测量和应用受到限制 MassWorksTM 软件的出 28

29 专题报道 二 一 年 第五期 现 可以实现在低分辨质谱上测定未知物的精确质 量 从而极大的扩展低分辨液质的功能 中科院上 海药物所刘可等用 TSQ Quantum Ultra 型液相色谱 串联质谱联用仪采集 20 种药物一级全扫描 profile 质谱图后 利用 MassWorks 软件对质谱图进行校 正后 实现在 LC/MS 上测定 20 种药物分子 ( 分子 量 135~810 Da 之间 ) 的精确质量测定, 其中 60% 的药物测量结果误差在 ±5 ppm 以内,90% 的药物 测量结果误差在 ±10 ppm 以内 [7] 3.2 MassWorksTM 在药物和合成产物中微量杂质 成分鉴定中的应用 无论是天然产物 还是合成药品中少量的杂质 会大大降低药物的疗效或造成不良药物反应 因此 鉴定这些杂质的组成 对于监管机构来说就是一项 必不可少的工作 鉴定这些杂质 首先需要测定它 们的元素组成 过去 我们只能借助高分辨率质谱 诸如 qtof FT-ICR 或 Orbitrap 测定精确质量 数 然后确定这些杂质的元素组成 分子式 现 在 借助 MassWorks TM 处理技术 可以在低分辨 率质谱上测定精确质量数 然后结合 MassWorksTM 同位素峰形检索技术 可以更加准确地测定目标物 的分子式 实现准确鉴定药物中杂质的组成 不仅 降低杂质鉴定的难度 而且大大节约测量成本 顾 鸣等人用 UPLC 串接单四级杆质谱采集数据后 用 MassWorksTM 对数据进行处理 通过质量精度和谱 图准确度 准确鉴定辛伐他汀药物中所有杂质的 组成 图 1 是样品的总离子流图 由于采用 UPLC 进行分离 全部成分在 9min 之内全部出完 4.4min 的主峰即辛伐他汀 其前后的小峰为杂质峰 表 1 是 MassWorksTM 测定杂质分子式的结果 除保留时 间为 4.0min 的杂质 由于信噪比低导致谱图精度 相对较差 结果导致目标物的分子式位于待选分子 式 共 34 个 的第 4 位外 其余的杂质均位于各 自待选分子式的前两位 谱图精度均高于 97.2% 质量误差小于 5.7mDa 从而实现辛伐他汀药物中 所有杂质分子式的准确识别 图 1 辛伐他汀药物总离子流图 表 1 MassWorks 测定的杂质分子式结果 质量 误差 谱图 保留 待选 化学式 排序 Da mda 准确度 时间 个数 C25H44NO C25H40NO C25H41O C24H40NO C24H40NO C26H44NO C25H40NO MassWorks 在食品和药品中非法添加物快速 筛查中的应用 食品或药品中的非法添加物 可以使人致伤 致残乃至致死亡 会给社会及消费者带来极其严重 的危害 典型的案例如 梅花 K 黄栢胶囊 假药案 [8] 食品和药品中的非法添加物的种类和数量繁多 现有 的国家标准只能分别检查单个或某一类非法添加物 且定性检查效率不高 给检验分析人员分析检测增加 一定的难度 目前食品药品监督部门急需建立快速 灵敏 准确的检测违法添加成分 并且能够前瞻性 地定性未知成分的检测技术 [9] 张喆等以某保健食 品中添加的壮阳类化学品为例 用 LC/MS 采集样 品的全扫描数据 然后采用 MassWorks TM 的精确 质量过滤功能 [10] 对样品中的可能的非法添加物进 行筛查 对筛查出的阳性样品 再用 MassWorksTM 的峰形校正和线性峰形同位素峰形检索功能测定目 标峰的精确质量数和分子式 进一步确证 从而建 立一种快速 灵敏 准确的快速筛查药品中非法添 加化学品的新方法 可为食品和药品的质量检查工 作提供可靠的技术保障 图 2 是来自市场的两种 中药保健品中壮阳化学品 他达那非 C22H20N3O4 西地那非 C22H31N6O4 伐地那非 C24H32N6O4S 的 MassWorksTM 精确质量筛选结果 样品 1 中筛查出 添加西地那非 样品 2 中未添加任何壮阳化学品 4 MassWorks 在高分辨质谱中的应用 随着质谱硬件技术的向前发展 质谱的分辨 率不断提高 其测定化合物分子量的精度不断提 高 如在飞行时间质谱 (TOF) 上 质量精度可达为 5ppm 以下 最新的傅立叶变换离子回旋共振质谱 仪 (FT-ICR MS) 其质量分辨率达到 通过它可以得到 200ppb 的质量精度 高的质量 准确度和质量精度对我们定性识别未知化合物具有 非常大的帮助 但随着化合物分子量的增大和元素 29

30 现代仪器 ( 二 一 年 第五期 可能包含的元素条件 C0-100H0-200N0-50O0-50Cl0-5S0-5 对目标物的分子式进行识别 以质量误差排序大部 分目标物位于待选分子式的第 10~100 之间 而以 MassWorksTM 的谱图准确度排序目标物位于待选分 子式的第 1~8 之间 且 80% 处于前 3 位 结果表 明在用高分辨率质谱测定并识别未知物的分子式 时 MassWorksTM 软件的 sclip 可以用来排除 99% 以上的假阳性分子式 真正实现未知物分子式的准 确识别 5 结论 图 2 2 种壮阳化学品的精确质量筛选结果 a. 样品 1 b. 样品 2 组成的复杂程度的加大 大量的待选分子式增加我 们准确识别目标物的难度 Kind 等在用高分辨质 谱进行代谢组学研究时发现 对成分复杂的代谢产 物 即使质量误差小于 1ppm, 仍将有许多的待选分 子式无法排除 高分辨质谱中包含的强同位素丰度 信息 可以帮助我们排除那些尽管质量误差已经非 常小 但同位素信息匹配较差的分子式 Kind 的 研究表明 采用目标离子质心图同位素丰度匹配 可以排除掉待选分子式中 95% 的假阳性分子 [11, 12] 对于那些同位素丰度比差异较小 且当质谱 图受到噪音等信号干扰时 高分辨质谱软件中质 心图的同位素丰度匹配将难以区分这些分子式 MassWorks 软件的 sclips 功能 在匹配检索之前 先对质谱峰形进行校正 然后比较校正后质谱图与 理论质谱图 获得谱图精度后 可以排除掉 99% 以上的假阳性分子式 实现目标物的准确识别 John 等在用 LTQ/Orbitrap 测定并识别 10 种分子量 大于 600 Da 药物分子的元素组成时 [13] 不同分辨 率下 LTQ/Orbitrap 测定 10 种药物分子的质量误 差均小于 2 ppm 在允许质量误差 2 ppm 范围内 MassWorks TM 作为一种新颖的质谱校正技术 真正实现在低分辨质谱上测定精确质量并准确识别 目标物的分子式 让低分辨质谱具有高分辨的功能 大大提高低分辨质谱的定性能力 对于高分辨质谱 MassWorksTM 的同位素峰形自我校正功能大大提高 高分辨质谱分子式识别的能力 随着 MassWorksTM 应用技术的不断提高 引入新的功能如对候选分子 式中自然界不存在化合物的筛除 将大大提高分子 式识别的准确性 同时 对现有实验室质谱使用状 态好坏的评估能力 以确保实验数据的可靠性 也 将为质谱工作者带来新的评估手段 邢志等 [14] 将 MassWorksTM 应用扩展到低分辨 ICP-MS 在干扰物 存在下准确定量目标离子 在无机质谱的应用上开 辟新的领域 参考文献 1 Yongdong Wang, Harry Prest. Accurate Mass Measurement on Real Chromatographic Time Scale with a Single Quadrupole Mass Spectrometer[J] Chromatography, 2006, 27(3) 2 刘扬岷, 王利平, 袁身淑等. 固相微萃取气质联用仪分析 白兰花的香气成分 [J], 无锡轻工业大学学报, 2001,20(4): 427~429 3 Jianping Chen, Ming Gu, Yongdong Wang, Don Kuehl. Improving the Confidence of Unknown Compound Identification by First Responder Mobile GC MS Laboratories in Time-Critical Environmental and Homeland Security Incidents[J]. 2008, 26(9): 938~945 4 王亚男 汪聪慧 李卫建. 农药残留分析中准确定性新 技术 -Massworks[J], 中国农业科技导报,2009, 11 (S1): 39~42 5 McLuckey SA, Wells JM. Mass analysis at the advent of the 21 st century [J]. Chem Rev, 2001, 101: 571~606 6 Ma SG, Chowdhury SK, Alton KB. App lication of mass spectrometry formetabolite identification [ J ]. Curr Drug Metab, 2006, 7: 503~523 30