质谱校正和分子式识别的革命性软件—— 在常规质谱上实现精确质量测定,并结合同位素轮廓直接获得物质分子式

Anal.Chem.原文:MassWorks谱图准确度

上一篇 / 下一篇  2010-10-11 11:08:30 / 个人分类:关于原理

  • 文件版本: V1.0
  • 开发商: 来源网络
  • 文件来源: 网络
  • 界面语言: english
  • 授权方式: 免费
  • 运行平台: Win9X/Win2000/WinXP

   最近,王永东博士撰文“The Concept of Spectral Accuracy for Mass Spectrometry"(质谱谱图准确度概念),发表于全球分析化学领域影响因子最高的刊物Analytical Chemistry, 2010, 82, 7055–7062,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(C25H23N2OS+)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,即使还是有风险排除掉正确的),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。

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

  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C25H23N2OS+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(即使单四极杆质谱永远无法精细地区分开同位素的特性),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。

   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14C标记的母离子质谱重叠,研究由于丢失氢气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。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。质谱检测器饱和会影响TOF类质谱,通过缺少谱图准确度可以体现这一点。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。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,对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。这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 地球石化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,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谱的 特性,但在高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,别忘了非常令人振奋的一点是,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。

      MassWorks软件由北京绿绵科技有限公司代理,如您有兴趣获取更多信息,可致电010-82676061/2/3/4/5/6,或发邮件info@lumtech.com.cn




下载提示:

1.您还没有登录,只有登录后才可以下载此资源, ,
2.如果您还没有注册,请
3.下载减少用户积分。

本地下载链接

TAG: massworks 谱图准确度

 

评分:0

我来说两句

显示全部

:loveliness: :handshake :victory: :funk: :time: :kiss: :call: :hug: :lol :'( :Q :L ;P :$ :P :o :@ :D :( :)

Open Toolbar