从四极杆到FT质谱：精确质量＋谱图准确度＝唯一元素组成

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Mass Works 技 术 专 题


       利用质谱测定元素组成的方法已被广泛应用于各种领域研究，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。传统的观念认为，要测定元素组成，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。

      最新的傅立叶变化离子回旋共振质谱仪（FT-ICR MS），其质量分辨率达到800,000:1，通过它可以得到<200 ppb的质量精度。但即使在如此高的质量精度下，仍然会存在好几个候选的化学式，必须依靠我们去选择和推断。

      而在飞行时间质谱（TOF）上，典型的质量精度约为 5 ppm，通常候选的化学式有5~10个，加大了选择和推断的难度。

      而且不幸的是，在所有上述情况下，正确的结果往往不是质量误差最小的候选化学式。所以仅仅依靠精测质量一个条件，不可能得到唯一可靠的化学式。但这些有着非常近似质量的候选者，由于元素组成不同而产生了不同的同位素分布，这个特点可用于进一步区分它们。

      过去，研究者通过调节峰的宽度，来模拟和假定一个同位素高斯分布，试图用这个高斯峰形来区分上述的差异。但由于候选者彼此间同位素分布的差异极小（通常只有几个百分点），所以过去的方法常常是失败的，除非化合物中存在特征元素如Cl和Br。

      为了区分同位素分布之间的微小差异，发展了一种综合的、同时包括质荷比（m/z）校正和更为重要的、峰形校正的方法，可以获取高精度的谱图，从而得到唯一的、正确的元素组成。而且，在低分辨的四极杆或者三重四极杆类型质谱仪上，也可用这种校正方法来获得唯一的化学式。

实验：

   未知化合物（m/z＝399 Da）和内标（m/z＝410 Da，C₂₈H₆₀N⁺，精确质量410.4726 Da）混合，然后直接进样进入Waters Quattro三重四极杆质谱。用MassWorks软件进行质量轴和峰形的校正，得到1,517种可能的化学式。而排在第一位的C₂₅H₂₃N₂OS⁺质谱准确度为99.44%。这个来自盲样分 析样品的化学式在随后被合作者认为是正确的。

     而同样的化合物，使用质量精度达到100 ppb的FT ICR质谱，仅仅以质量精度为条件搜索，会得到5个候选化学式，排在第一位的仍然是争取的C₂₅H₂₃N₂OS⁺结果。


结论：

      虽然质量精度在确定元素组成时非常重要，但即使使用高分辨率的FTMS质谱，如果仅仅应用质量精度一个条件，我们仍不能确定唯一的化学式。另一方面，对轮廓模式采集的质谱进行正确校正，以正确的同位素轮廓为基础，我们得到新的度量参数——谱图精度，它使我们即使使用单位分辨率的质谱，也可以获得唯一的、正确的化学式。