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未知物鑒定:1ppm不夠,譜圖準確度幫大忙
更新時間:2013-09-04   點擊次數:1136次

美國分析化學(Anal. Chem.)期刊封麵,在9月號剛發表了題為(wei) “The Concept of Spectral Accuracy for Mass Spectrometry"的文章,這本有著分析化學風向標美譽的期刊,*次在學術上公開表示了對“質譜譜圖準確度”的認可。zui近,我們(men) 有幸通過越洋,采訪到此概念的發明人王永東(dong) 博士和他的同事顧鳴博士,他將為(wei) 我們(men) 展開介紹譜圖準確度給每位質譜工作者帶來的好處……

什麽(me) 是“質譜譜圖準確度”?

首先,顧鳴博士為(wei) 我們(men) 介紹了什麽(me) 是“質譜譜圖準確度”(Spectral Accuracy for Mass Spectrometry)。

我們(men) 所討論的質譜譜圖就像紫外/可見光和傅裏葉紅外光譜一樣是連續曲線,它的縱軸是信號強度,橫軸是質荷比。但質譜與(yu) 其它分析技術相比的不同之處是質譜的理論圖譜可以非常準確地計算出來。所以我們(men) 可以很有效地比較理論譜圖與(yu) 試驗譜圖。簡而言之,譜圖準確度的定義(yi) 是試驗譜圖與(yu) 理論譜圖相比之下的差距。 比如說,試驗測量的譜圖與(yu) 理論譜圖(在去掉關(guan) 係試驗譜圖強度的常數後)一模一樣,這個(ge) 實際測量的質譜譜圖準確度就是100%。

在此之前,很多質譜工作者都了解“質量準確度”(Mass Accuracy),目前TOF、Orbitrap、FT MS等儀(yi) 器都在強化人們(men) 的“質量準確度”意識,比較*的說法是:當質量測定得足夠準時,可以直接獲得化合物的化學式,或者把候選物質的數目盡量減少,幫助人們(men) 快速對化合物進行定性。

當筆者問道“譜圖準確度”和“質量準確度”的區別時,顧博士用一個(ge) 比喻形象作答:“質量準確度是一維單點的測量;而譜圖準確度是二維多點的測量。打個(ge) 比方說,質量準確度是看見了樹木沒看見森林。”

說到這裏,顧博士舉(ju) 了一個(ge) 例子。應用CHONF五種元素在質量準確度1 ppm的條件下搜索一個(ge) 測出質荷比等於(yu) 823.4130的未知物,會(hui) 得到共計58個(ge) 不同的分子式(事先我們(men) 知道其分子式是C43H59N4O12)。僅(jin) 僅(jin) 根據質量準確度來鑒定這個(ge) 未知物幾近大海撈針、是*不可能的。但有了譜圖準確度的幫助,未知化合物譜圖可以與(yu) 58個(ge) 在1 ppm質量準確度範圍內(nei) 分子式的譜圖進行一一比較,正確的未知物分子式(C43H59N4O12)獲得高達99%譜圖準確度名列*,所以可以輕而易舉(ju) 地被確定。恰恰相反的是,如根據質量準確度來鑒定, 正確的分子式僅(jin) 排列第五;而排列*到第四的分子式都是錯誤的。比如其中C35H51N12O2F8的質量準確度高達0.02 ppm,排在僅(jin) 憑質量準確度搜索的*位,卻因譜圖準確度隻有95%而排在依據譜圖準確度搜索結果的第13位。此例充分說明,沒有譜圖準確度,僅(jin) 依賴質量準確度去鑒定未知化合物不僅(jin) 難度大、而且會(hui) 導致錯誤的結果,因為(wei) 它“隻看見了單點質量準確度這一棵樹”,而“沒有看到譜圖的整片森林”。

譜圖準確度和質量準確度的區別:
圖中紅色是按照譜圖準確度搜索譜圖匹配的、正確的分子式結果;
而藍色是錯誤的分子式,即使它的質量準確度非常高,但譜圖準確度卻不高
 

“質譜譜圖準確度”為(wei) 什麽(me) 很重要?

王永東(dong) 博士任總裁的思路生科(Cerno Biosescience)公司的MassWorks軟件中,集中應用了譜圖準確度的技術。對於(yu) 記者提出的“譜圖準確度為(wei) 什麽(me) 很重要?”的問題,王博士談到了下列幾點:

(1)由於(yu) 質譜譜圖上所有的點 都用於(yu) 譜圖準確度的計算,所以它是更為(wei) 完善和全麵的指標。

(2)譜圖準確度不僅(jin) 有很大的學術價(jia) 值,而且有重要的實用價(jia) 值。

(3)應用譜圖準確度可以解決(jue) 許多先前難以想象的問題。

(4)譜圖準確度既適合低分辨又適合高分辨質譜儀(yi) 。所有質譜儀(yi) 器都可以應用譜圖準確度來幫助確定未知物的分子式。

總結來說,MassWorks軟件可用於(yu) 任何質譜的定性工作,特別適用於(yu) 未知物的定性,而不論質譜圖庫中是否包含這個(ge) 未知物。如果有質譜圖庫,這套軟件可用作圖庫查找時*獨立的驗證;如果沒有質譜圖庫可查,則非用這套軟件不可,不然在低分辨的質譜儀(yi) 上沒法定分子式,在高分辨的有質量的儀(yi) 器上常會(hui) 定錯分子式而全然不知。

王博士還特別談到:由於(yu) 《分析化學》上的這篇專(zhuan) 門介紹譜圖準確度的文章發表,標誌著學術界對譜圖準確度概念的正式接受;過往的學術爭(zheng) 論也因此結束。這對於(yu) 希望以譜圖準確度發表文章的用戶來說,是個(ge) 很好的消息。

 

“質譜譜圖準確度”的用途和好處

談到質譜譜圖準確度的應用,王永東(dong) 博士更是如數家珍地舉(ju) 了若幹個(ge) 代表性的應用:

(1)用低分辨四極杆質譜確定未知化合物元素組成:

用質譜確定分子式由來已久都是由傅裏葉變換(FT MS)和時間飛行(TOF)這些高分辨儀(yi) 器壟斷;但這樣的儀(yi) 器購買(mai) 維持的費用很高,操作也不簡單。用低分辨四極杆質譜確定未知化合物元素組成曾經被認為(wei) 是不可思議的;有了譜圖準確度後,這樣的分析正如一位用戶所說的便成了“舉(ju) 手之勞。”

(2)複雜質譜的分析:

無論是高分辨或低分辨質譜,不同離子的質譜峰會(hui) 相互重疊。利用譜圖準確度可以將這樣重疊的質譜峰以數學的方法分開。這對石油化工中碳氫化合物或生化領域複雜質譜的分析具有十分重要的意義(yi) 。

值得一提的是,對質譜圖相互重疊的離子,MassWorks已提供可在定性時同時進行定量的功能。

(3)質譜儀(yi) 問題的診斷:

譜圖準確度完整地描述了質譜曲線上所有點的測量準確性,因此,如果質譜儀(yi) 出了問題,譜圖準確度可提供儀(yi) 器診斷信息,幫助用戶有所警覺。比如,檢測器也許有線性範圍的問題,或者質譜圖上有幹擾峰的出現。對於(yu) 質譜儀(yi) 的人員來說,譜圖準確度還會(hui) 給儀(yi) 器工程師準確的反饋,從(cong) 而設計和出具有質量準確度和譜圖準確度的下一代儀(yi) 器。

 

具體(ti) 到譜圖準確度為(wei) 中國用戶提供的好處,王博士還特別強調了幾點內(nei) 容:

中國有很多現有或即將購買(mai) 四極杆質譜(如四極杆氣質聯用儀(yi) 、串聯四極杆氣質聯用儀(yi) 、四極杆液質聯用儀(yi) 、串聯四極杆液質聯用儀(yi) )的用戶。在這種儀(yi) 器上應用譜圖準確度來確定分子式是經濟實惠切實可行的途徑。因為(wei) 它投入少,維護容易,對操作人員要求不高。

MassWorks是個(ge) 極其環保的綠色產(chan) 品;對於(yu) 很多需要更多了解質譜原理的科技人員來說,MassWorks還是質譜教學/教育的好工具。

中國在食品安全、環境安全、生物醫藥外包(CRO)、中藥/天然產(chan) 物鑒定等方麵有特色的應用,這些應用都涉及未知物的鑒定,因此MassWorks軟件是*的有力工具,不論是對低分辨還是高分辨質譜用戶。

“我們(men) 在向世界各地推廣的過程中發現,工業(ye) 愈發達的地方,對分析的要求愈高愈仔細,用戶對MassWorks的認可愈高。舉(ju) 例來說,我們(men) 在海外有不少酒業(ye) 方麵的用戶;中國是個(ge) 很大的酒業(ye) 和消費國,MassWorks軟件對這些酒業(ye) 用戶將會(hui) 提供強有力的幫助,幫助它們(men) 更好地鑒別和區分各種層次、各種級別的產(chan) 品。”

王博士還特別指出,MassWorks產(chan) 品兼容於(yu) 所有的各大質譜,而且操作簡便、容易:“它是一套專(zhuan) 門用來後處理質譜數據的定分子式的軟件,不需要控製質譜儀(yi) ;由在分析界極富經驗的軟件開發人員設計製作,所以對分析人員來說,它的應用和操作非常簡單。”

剛才王博士曾提到“MassWorks軟件是*的有力工具,不論是對低分辨還是高分辨質譜用戶。”記者忍不住問道:“目前,和中國的很多客戶都在購買(mai) TOF類、Orbitrap類的高分辨率質譜,TOF、Orbitrap上能用這套軟件麽(me) ?用了會(hui) 有什麽(me) 好處?”

王博士回答道:“我們(men) 現在有許多TOF 和Orbitrap 用戶,他們(men) 的確需要譜圖準確度來幫助他們(men) 進一步減少鑒定未知物時的假陽性。 比如說, 用這些儀(yi) 器得到了 5ppm 質量準確度, 但檢索分子式時往往還有一大堆(比如十個(ge) 到幾十個(ge) ),沒有譜圖準確度的幫忙是無法準確地鑒定未知物的。另外,我們(men) 在軟件的推廣中遇到很多因為(wei) 一味依靠高分辨儀(yi) 器上的質量度而將分子式定錯的例子(包括好些個(ge) FTMS的用戶)。這種錯誤通常會(hui) 給研究或企業(ye) 的產(chan) 品帶來不可估量的損失。這些錯誤中的絕大部分都可通過MassWorks的譜圖準確度來消除。”

 

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