[ZT]GC-MS在香气香味分析中的应用（二）

　　三、数据处理

　　一般一种材料里含有许多香气香味化合物，少则几十种，多则几百种，加之香气香味化合物本身非常复杂，有各种结构，不同性质的物质。有时最后所采集的色谱质谱里包含的信息量很庞大。要快速准确对数据进行处理是一件不容易的事情。数据处理一般包含下列组件：

• MS ChemStation 质谱化学工作站，采集数据等。
• Data Analysis (DA) 数据分析，对采集来的数据进行分析等。
• MS Library Search 质谱谱库检索
• MS Interpreter 图谱解析
• AMDIS, GC/MS Deconvolution自动化质谱图解卷积和鉴定软件
• Retention Index Calibration (RIC) 保留指数校正
• Quantitative Analysis (QA)/Report 定量分析/报告

　　定性分析

　　定性分析，就是要确定分析样品中有什么成分。也就是要确定各个色谱峰代表什么化合物。对色谱峰的质谱图的检索解析及其核对等。并标注在图谱上等一系列工作。

　　谱库检索

　　谱库检索是香气香味化合物定性的一个重要手段。首先要求有较大完整的质谱数据库(MS database或MS library)。目前主要使用的商业质谱库有NIST和Wiley。其中NIST05，NIST08还包含NIST检索，AMDIS，部分化合物的保留指数数据库等。虽然它们收集几十万张标准质谱图或化合物，但收集的香气香味化合物不够全面，特别是近几年新发现的香气香味化合物，新合成的香料化合物没有收入。另外，也有出售香料香精专用质谱库，如FFNSC(Flavor & Fragrance Natural & Synthetic Compounds)等。 有的公司或研究机构有自己的香气香味化合物专用谱库，但一般不对外，属于保密知识财产。另一种办法是自己建立谱库，当然这是件费功夫而辛苦的工作，还要有足够的标样。标样可以从试剂公司或香料供应商购买。有纯度高的标样最好。如果无法得到很纯的标样也无太大关系，因为可以利用GC/MS中色谱分离的优势得到纯物质进入质谱而获得标准质谱图。也可以从天然物等来分离提纯标样。自建谱库的另一好处是，由于用自己的仪器类型和相同操作条件得到的质谱图，使用时匹配度很好。

　　谱库检索软件

　　现在的质谱工作站的数据分析本身，以及像NIST等其他专业谱库检索软件的功能很多。例如，质谱数据查询：化合物的基本信息，分子量，分子式，化学结构等。质谱图比较：未知化合物与谱库中标准谱图进行比较，差别比较。图谱分析：计算分子量，同位素比例，分析碎片离子。正向检索，逆向检索等。

　　测定样品时，仪器已经正确的调谐过，仪器处于最佳状态。数据采集的质量范围要合适，例如有人为了减少氧，氮，CO2离子对基流的影响，从45开始扫描，这样会使质谱图上没有如29，30，31，42，43等离子，使与标准质谱图检索时匹配度过低。如果扫描范围过大，则扫描速度慢，MS文件也太大。背景扣除要正确。

　　图谱解析

　　对所测样品，应尽量多了解。知道来源，

　　对于谱库中无法检索到物质。从碎片离子，分子离子，丢失的碎片，特征离子，同位素等信息仔细分析判断其化学结构。详情请参考有关质谱解析的资料。

　　有些未知化合物，需用制备气相色谱收集流分，用紫外光谱，红外光谱，核磁共振等方法鉴定结构。

　　保留指数校正

　　MS鉴定未知物最常用的办法就是未知物的质谱与质谱数据库中标准谱图进行对比。基于相似度，检索功能可提供一个按相似系数由高到低的匹配列表。相似度越大，检索的正确的可能性就越高。正如众所周知，充满挥发性香气香味成分的植物的提取物，香精油等天然材料的复杂机体含大量的萜(烯)化合物，即由异戊二烯单元组成烯类及其含氧衍生物，如醇类，醛类，酮类，酯类，醚类，氧化物等。其质谱裂解出非常相似的碎片，用质谱数据谱库PBM检索就难以识别。例如，甲位蒎烯和乙位蒎烯这两个异构体的质谱图非常接近，在PBM检索时，给出的结果可能把甲位判断成乙位。再例如，柠檬醛的两个异构体橙花醛和香叶醛，橙花醇和香叶醇等等也有同样问题。许多醇和及其酯的大部分离子碎片也相同。脂肪醇和直链烯烃的质谱图非常相似。三个二甲苯的邻，间，对异构体也非常相似。有时候，即是匹配度很高，也无法断定检索的结果是否正确。有时候检索到的几个化合物的匹配度都很高，也很接近，究竟选哪一个呢?对于异构体，同系物和结构特征相似的化合物，由于其质谱图非常相似，谱库检索结果匹配度，排列次序都很接近，检索给出的顺序也不一定正确。但它们的保留时间可能会不同，但保留时间只能在特定色谱条件下不变，而保留指数在固定相相同下有可比性。所以在谱库检索的基础上，用保留指数来确认结果。是一种很重要的手段。

　　下面是甲位蒎烯和乙位蒎烯这两个异构体的质谱图，差别不大：　　

 

　　上面几个质谱相似化合物对例子的保留指数差别如下表。

　　

 

　　下面简单介绍一下AMDIS：

　　AMDIS 软件由美国国家标准技术研究院(NIST)(National Institute of Standards and Technology)提供。

　　The Automatic Mass Spectral Deconvolution and Identification System (AMDIS)

　　自动质谱图解卷积和鉴定系统软件(AMDIS)让您从GC/MS数据文件自动找到目标化合物。软件先对GC/MS数据文件解卷积寻找所有分离组分。每一组分与目标化合物的谱库进行对比。如果以上的用户设定值，然后报告出目标图谱和解卷了组分的图谱的匹配因子。

　　什么是解卷积(Deconvolution)?

　　NIST AMDIS的定义：“这里所用的术语在广义上是指从一个复杂的混合物中提取信号。 解卷积的过程包括处理噪音、校正漂移、从紧密相邻的共洗脱峰中提取出单个峰等。” (简单讲就是去复杂化)

　　用下面的简图可以解释解卷积过程:

　　在GC/MS 中，Deconvolution是一种数学技术，它可以将重叠的质谱图“分开”成为“清晰”的单个组分的谱图。图1 是这个过程的简单示意图。这里分别是总离子流色谱图(TIC)和质谱图。与常见的情况一样，这个色谱峰包含了多个重叠在一起的组分，而最高点质谱图实际上也是这些组分的组合图。质谱谱库检索只可能给出一个较差的匹配，而且不能识别所有构成这种组合谱图的单个化合物组分。　　

 

　　左边是TIC上某一峰的质谱图。右边是经过解卷积处理后，让目标化合物从基质和干扰物分离出来。得到3张质谱图。很明显，这样干净而纯的质谱图非常有利于PBM质谱谱库检索或其它谱图检索解析工具。这样对共流出的度组分，大峰中小成分，基质掩盖的痕量组分分析度很有利。

　　另外，AMDIS可以进行保留指数校正。

　　下面AMDIS的核对窗口显示不同的区域：

　　最上面的是总离子色谱图，第二是目标离子轮廓图，第三是原始色谱图和提取色谱图的，最后的是数据谱库和提取色谱图的比较。

　　

 

　　AMDIS 软件的详细内容，请参考有关使用手册。

　　下面是某白酒样品在PEG-20M色谱柱上的总离子色谱图(一小部分)。 其中乙酸乙酯(4.028分钟)的峰与少量甲醇(4.028分钟)的峰相重叠(后面是乙缩醛，4.254分钟)。直接用PBM检索无法看到甲醇。经过AMDIS处理后，痕量甲醇就能够出现。

      如果能够将AMDIS和保留指数校正等方法结合起来，就可以得到更为准确或更多的检索信息。并能提高检索效率。

　　定量分析

　　由于FID的动态线性范围很宽，香气香味样品一般用气相色谱FID来定量。而不用质谱总离子(TIC)来定量。除非对非常痕量的成分，可选用选择离子(SIM)来定量。因为通常要同时分析多个香气香味组分，一般采用内标法定量。对某些样品，例如香精油，一些可全部在气相色谱上出峰的香精样品，也可用归一化法进行考察或进行质量控制。对高纯度的香料，可用归一化法测定其纯度和杂质。对于非常痕量的组分或基质复杂时，用选择离子(SIM)来定量不失为一个好的选择。

　　如果没有独立气相色谱仪，用SIM来定量，不用TIC来定量。离子色谱图比TIC的基质效应小，且信噪比(S/N)高. 所以离子色谱图能给出更稳定的定量数值。但同时要对多个香气香味组分进行定量，每个化合物要选择其定量和特征离子，还要制作定量校正表，很麻烦。