Anal.Chem.原文：MassWorks谱图准确度

　　 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, 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。

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