【概述】

隨著科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展和科研方向的拓展，借助于儀器對(duì)于未知化合物進(jìn)行準(zhǔn)確鑒定越來越重要。未知物化學(xué)成分的定性和定量分析已從常規(guī)的食品安全、環(huán)境檢測、制藥、化工等領(lǐng)域開始向空間科學(xué)、新物理學(xué)、新材料研發(fā)、生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)工藝優(yōu)化等方面擴(kuò)展。這些領(lǐng)域?qū)τ趶?fù)雜未知物的成分和結(jié)構(gòu)判定需求尤為重要。

由于這些研究需要分析的對(duì)象呈現(xiàn)復(fù)雜性、多樣性、痕量性等特點(diǎn)，解決復(fù)雜未知樣品的分離與分析以及痕量化合物的測定已成為當(dāng)前倍受關(guān)注的熱點(diǎn)。

隨著色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的日趨成熟，有效地及結(jié)合色譜的分離優(yōu)勢與質(zhì)譜的分析優(yōu)勢，為未知復(fù)雜成分的GX定性定量分析提供了解決方法。氣相色譜及其聯(lián)用技術(shù)由于其由于具有技術(shù)成熟、物質(zhì)分離效果好、選擇性高、方便快速等特點(diǎn)在未知成分鑒定方面有廣泛和成熟的應(yīng)用。對(duì)于未知物的定性方面，氣相色譜及其聯(lián)用技術(shù)能夠提供豐富的質(zhì)譜信息（電子轟擊離子源可提供豐富的碎片信息，同時(shí)GC-MS的全掃功能盡可能地保留了數(shù)據(jù)的完整性）。

但在面對(duì)復(fù)雜基質(zhì)和低濃度樣品測定時(shí)，GC-MS往往由于其分辨率和靈敏度受到了限制。對(duì)于這類基質(zhì)復(fù)雜、有害成分種類多且含量較低，高分辨質(zhì)譜可依靠其高分辨率和高靈敏度，排除干擾獲得有效可靠的數(shù)據(jù)。

【實(shí)驗(yàn)/設(shè)備條件】

質(zhì)譜條件

儀器型號(hào)：Orbitrap-GC/MS 質(zhì)譜儀

離子化類型：EI

離子源：250℃

采集模式：高分辨全掃描（FullScan）

質(zhì)量分辨率：60,000FWHM（200 m/z）

掃描范圍：40-550 m/z

【實(shí)驗(yàn)/操作方法】

Orbitrap-GC/MS 基于靜電場軌道阱（Orbitrap）技術(shù)獨(dú)特的高分辨率和高質(zhì)量精度測定原理和優(yōu)良的穩(wěn)定性和操作性，分辨率高達(dá) 60,000 FWHM（200 m/z）及以上，同時(shí)具備高靈敏度。結(jié)合高分辨極ng確質(zhì)量數(shù)據(jù)庫和商業(yè)化數(shù)據(jù)庫，Orbitrap-GC/MS 可進(jìn)行全面的未知物鑒定，同時(shí)對(duì)于目標(biāo)化合物進(jìn)行定量研究。

本研究利用Orbitrap-GC/MS，結(jié)合未知物定性軟件（TraceFinde）建立了微量未知成分鑒定流程，同時(shí)對(duì)儀器在靈敏度、質(zhì)量準(zhǔn)確度等方面進(jìn)行了探索研究。

Q Exactive–GC采用全掃描（FullScan）采集模式，在高通量數(shù)據(jù)采集的同時(shí)又保證了數(shù)據(jù)的可溯源性，保證了樣品信息的充分獲取。在基于數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)流程如下：

圖1實(shí)驗(yàn)流程

【實(shí)驗(yàn)結(jié)果/結(jié)論】

高靈敏度，保證低濃度化合物的檢出

在未知物鑒定中，化合物的濃度存在未知性，尤其面低濃度化合物時(shí)，儀器的靈敏度受到限制。本實(shí)驗(yàn)通過測定不同濃度（100 pg/mL，1 pg/mL）的苯對(duì) Orbitrap-GC/MS的靈敏度進(jìn)行了探索。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在濃度 1 pg/mL 濃度下，苯可以完好檢出（信噪比 161），特征離子（78.04640 m/z）質(zhì)量偏差小于 1 ppm。

Orbitrap-GC/MS 在分析低濃度樣品時(shí)表現(xiàn)出的穩(wěn)定性和可靠性，為微量化合物鑒定提供了保證。

圖2靈敏度測試結(jié)果

數(shù)據(jù)庫檢索

利用TraceFinder的解卷積功能，可對(duì)獲得的譜圖進(jìn)行快速處理，去除相應(yīng)的干擾。同時(shí)，通過調(diào)用商業(yè)數(shù)據(jù)庫（NIST庫、Wiley庫）以及高分辨數(shù)據(jù)庫，對(duì)解卷積后的結(jié)果自動(dòng)分析和匹配，完成定性處理。即便是利用低分辨數(shù)據(jù)庫，也可通過高分辨過濾分值（HRF Score）的功能，結(jié)合極ng確質(zhì)量數(shù)和質(zhì)量數(shù)偏差進(jìn)一步判定結(jié)果進(jìn)行過濾。如下圖所示：

圖3通過高分辨過濾分過濾檢索結(jié)果

通過高分辨過濾分過濾檢索結(jié)果

高分辨過濾分值（HRF Score）是基于Orbitrap GC-MS高分辨率和高質(zhì)量精度而設(shè)定的參數(shù)，可以準(zhǔn)確的區(qū)分極ng確質(zhì)量數(shù)和碎片離子接近的化合物（偏差需在5 ppm以內(nèi)）。

每個(gè)化合物都有相對(duì)應(yīng)的特征碎片離子，儀器可以采集到相關(guān)離子的極ng確質(zhì)量數(shù)。根據(jù)檢索結(jié)果（可能的化合物）的元素組成，軟件可自動(dòng)計(jì)算出理論的化學(xué)式和極ng確質(zhì)量數(shù)，通過實(shí)際測定值和理論值的綜合比較，得到相應(yīng)的高分辨過濾分值，具體計(jì)算流程如下圖所示。

圖4高分辨過濾分值判定

自定義檢索功能

在一些情況下，在數(shù)據(jù)處理時(shí)會(huì)關(guān)注含有特定元素（如O,N, S, Cl, Br等）和特征碎片離子的化合物（如C6H6）。通過自定義相關(guān)碎片離子和元素，設(shè)定相關(guān)極ng確質(zhì)量數(shù)和質(zhì)量偏差閾值來過濾結(jié)果，從而獲得更極ng準(zhǔn)的信息。

自定義元素時(shí)，通過元素及其同位素極ng確質(zhì)量偏差進(jìn)行結(jié)果過濾；特征碎片離子則通過特征碎片離子的極ng確質(zhì)量數(shù)進(jìn)行結(jié)果過濾。如下圖所示：

圖5自定義過濾參數(shù)

實(shí)際樣品分析流程

樣品為以苯為原料，經(jīng)過相應(yīng)工藝合成樣品，使用Orbitrap–GC/MS測定其中的低含量化合物進(jìn)行定性。苯是一種石油化工基本原料，其在工業(yè)上具有Z重要的用途。苯可以合成一系列苯的衍生物，也常用于合成工藝研究中。

本實(shí)驗(yàn)分別采集空白樣品、實(shí)際樣品共2批數(shù)據(jù)，總離子流（TIC）圖如下所示。

圖6樣品TIC圖

Orbitrap GC-MS 采用高分辨全掃描采集模式，通過高分辨率（60,000FWHM，200 m/z）保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)高質(zhì)量精度和高靈敏度為數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和痕量分析提供了強(qiáng)大支持。

TraceFinde 4.1 解卷積檢索后共檢索出 70 種可能性化合物。運(yùn)用自定義檢索過濾功能，設(shè)定特征碎片離子為C6H6（78.04640 m/z）， 7 個(gè)化合物得到有效定位。檢索流程如下圖所示。

圖7自定義檢索流程

實(shí)際樣品分析結(jié)果

檢索結(jié)果如下表所示。

表1化合物檢索結(jié)果

同時(shí)，對(duì)檢出的原料物質(zhì)苯進(jìn)行了定量，其含量為70 pg/mL。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Orbitrap GC-MS可以保證pg/mL級(jí)別化合物的檢出。對(duì)于微量未知化合物的鑒定，OrbitrapGC-MS表現(xiàn)了GX的定性和定量能力。

結(jié)論

OrbitrapGC-MS 作為一款氣相色譜高分質(zhì)譜，具有高分辨率、高質(zhì)量精度測定、高靈敏度。其分辨率高達(dá) 60,000FWHM（200 m/z），對(duì)于復(fù)雜基質(zhì)能夠有效排除干擾，wan美分離目標(biāo)化合物；同時(shí)可測定準(zhǔn)確的極ng確質(zhì)量數(shù)信息，為化合物的定性提供可靠支持。

通過OrbitrapGC-MS獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用 TraceFinder 軟件實(shí)現(xiàn)一站式數(shù)據(jù)解卷積、譜庫檢索、高分辨率檢索等分析，可快速、準(zhǔn)確鑒定未知物；高靈敏度和可靠定量效果，對(duì)于痕量化合物的測定、定量提供強(qiáng)有力的保證。 

【儀器/耗材清單】

Orbitrap-GC/MS 質(zhì)譜儀