美分析化學(xué)封面文章：MassWorks譜圖準確度
思路生科公司(Cerno Bioscience) 的創(chuàng)始人王永東博士，于2006年發(fā)明MassWorks軟件，并獲得當年P(guān)ittcon創(chuàng)新產(chǎn)品大獎。MassWorks運用的校正方法，首次在單位質(zhì)量分辨率質(zhì)譜（如四極桿GC/MS、LC/MS）上實現(xiàn)了質(zhì)量測定的功能，并可提高各種高分辨質(zhì)譜（如TOF、FTMS、Orbitrap）的質(zhì)量測定準確度。此后，MassWorks又引入“譜圖準確度”的概念，結(jié)合質(zhì)量準確度，可在以上各種質(zhì)譜上排除更多候選化學(xué)式，獲得更確定的元素組成、并實現(xiàn)的化合物分析。
近，王永東博士撰文“The Concept of Spectral Accuracy for Mass Spectrometry"（質(zhì)譜的譜圖準確度概念），發(fā)表于全球分析化學(xué)領(lǐng)域影響因子高的刊物Analytical Chemistry, 2010, 82, 7055–7062，并成為2010年9月號Anal.Chem.的封面文章。
有理由相信，譜圖準確度的概念必將得到更廣泛的重視，并將對今后的質(zhì)譜應(yīng)用產(chǎn)生更深遠的影響。
美國《分析化學(xué)》（Anal. Chem.）封面文章：The Concept of Spectral Accuracy for Mass Spectrometry
在引文中作者談到：“雖然質(zhì)譜顯示得跟光譜不同，但對分析化學(xué)家來說，兩者是相似的。我們從歷史和理論蘊藏的角度進行仔細審視，發(fā)現(xiàn)兩者具有驚人的相似性。這里，我們引入“譜圖準確度”（Spectral Accuracy）的概念——一個為了更好理解已知的質(zhì)量準確度（Mass Accuracy）的伴生概念，它可以讓質(zhì)譜擁有我們以前認為質(zhì)譜不可能獲得的能力。”
在引入譜圖準確度概念之前，作者首先介紹了質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集方式的歷史。在質(zhì)譜儀器發(fā)展的早期，由于當時的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和存貯能力有限，質(zhì)譜的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)采集的速度對人們來說是巨大的。因此，早期的質(zhì)譜為減少原始質(zhì)譜數(shù)據(jù)，均采用棒狀圖（centroid）。至今，現(xiàn)代的質(zhì)譜仍然使用這種算法，即使數(shù)據(jù)通訊速度和存貯能力對大多數(shù)系統(tǒng)已經(jīng)不再是障礙。棒狀圖的確將數(shù)據(jù)量減少了10~100倍，但代價卻是——丟失了大量的信息，包括噪音特性、離子信號線性、質(zhì)譜干擾離子、和同位素的精細特征。因為棒狀圖的數(shù)據(jù)離散性，相關(guān)的信息損失和非線性，以及質(zhì)量的定位誤差，質(zhì)譜棒狀數(shù)據(jù)不容易應(yīng)用分子光譜中常用的那些化學(xué)計量學(xué)方法，比如：差分，導(dǎo)數(shù)分析，多元回歸或任何定性地鑒定或定量分析。
在質(zhì)譜準確度和元素組成測定的小節(jié)里，作者回顧了質(zhì)量準確度測定的意義。早期報道認為5ppm質(zhì)量準確度對于獲得確信的化學(xué)式是足夠的。J. Organic Chemistry期刊要求投稿人用同樣水平（即<5 ppm）的質(zhì)量測定結(jié)果才能表征新合成的化合物，這成了一個準則，并已成了使用高分辨質(zhì)譜研發(fā)者的工業(yè)標準，和制藥及其它工業(yè)終用戶的工業(yè)標準。然而也有不同的觀點。比如近，質(zhì)譜分辨率在一些新型FTMS中已達到1,000,000:1，質(zhì)量準確度甚至可達100 ppb。但對于一個真實樣品（C25H23N2OS+）的ESI譜，在100 ppb范圍內(nèi)將會有7個候選化學(xué)式，即使排除掉2個超過一個Na的（因為認為帶的是單電荷，但即使這樣還是存在排除掉正確分子式的風(fēng)險），還有5個候選。這告訴我們，單純的質(zhì)量準確度是不夠的。
此后，作者提出用Profile模式采集原始質(zhì)譜數(shù)據(jù)，并提出系統(tǒng)的譜圖準確度計算的算法。
圖示：在單位分辨率質(zhì)譜上運用綜合的質(zhì)量校正方法和譜圖準確度計算
在應(yīng)用部分，作者舉例了譜圖準確度的神奇應(yīng)用。比如在用單四極桿質(zhì)譜測試400 Da的某已知樣品時，如果僅按照質(zhì)量準確度（17 ppm）來預(yù)測，將獲得4110個候選化學(xué)式，但當引入譜圖準確度計算后，正確的分子式C25H23N2OS+在4110個候選化學(xué)式中排名是第二位 ，譜圖誤差僅為1.0%，理論計算和獲得的質(zhì)譜圖幾乎重疊。應(yīng)注意的是，即使用5 ppm（2 mDa）質(zhì)量準確度去篩選，仍有411個候選物。該例子不僅展示了使用單四極桿質(zhì)譜做未知物測定的可能性（即使單四極桿質(zhì)譜永遠無法精細地區(qū)分開那些同位素的特征），同時也說明在區(qū)分大量的候選化學(xué)式時，譜圖準確度比質(zhì)量準確度重要得多，而不用去管質(zhì)譜的分辨率。近系統(tǒng)的研究表明，使用高質(zhì)量準確度的Orbitrap FTMS，用中等的15,000 分辨率，基于MassWorks譜圖準確度算法，>99%的不正確的候選化合物能被有效去除。
一些較高分辨率的TOFMS儀器對時間相關(guān)的波動比較敏感，比如溫度波動，因此有必要引入內(nèi)標確保質(zhì)量準確度。然而據(jù)報道，單四極桿質(zhì)譜卻有很高的質(zhì)量準確度校正穩(wěn)定性；而且更重要的是，使用外標時的譜圖準確度仍可保持一周或更長時間。這使得在傳統(tǒng)質(zhì)譜上可以做很多有趣的應(yīng)用，比如，正確地識別在EI電子轟擊源中產(chǎn)生的分子內(nèi)部的離子碎片。
另一種應(yīng)用是混合物的分析，包括定性和定量。在質(zhì)譜實驗中缺少譜圖準確度，可能會引入質(zhì)譜干擾，在譜圖準確度計算時可考慮，以容納增加的離子并完成離子混合物的分析。一種獨特的功能是使用全面的質(zhì)譜校正過程。先前報道的混合物分析的例子包括：對尼古?。∕-H）+和分子離子M+的EI碎片質(zhì)譜重疊進行評價。放射性C標記的藥物代謝物研究，這里天然和14C標記的母離子質(zhì)譜重疊，研究由于丟失氫氣分子產(chǎn)生的共流出的氧化產(chǎn)物。在石化應(yīng)用中分析更多復(fù)雜混合物等。在所有這些例子中，作為譜圖準確度計算的結(jié)果，能夠同時獲得組分的相對濃度，從而同時完成定性和定量分析。
譜圖準確度還可評價儀器、診斷儀器的狀態(tài)。比如，質(zhì)譜檢測器飽和會影響TOF類質(zhì)譜，計算后發(fā)現(xiàn)缺少譜圖準確度可以體現(xiàn)和證實這一點。相似的，其它儀器或硬件相關(guān)的問題也可以通過譜圖準確度計算被診斷出來。例如，標樣Cyclosporin A的TOF譜，經(jīng)過零離子閾值（ zero ion threshold）測定，用制造商建議的飽和限，結(jié)果卻是較差的譜圖準確度（9.4%），這揭示了系統(tǒng)誤差。文中圖4B的譜圖重疊顯示：A+1同位素簇顯示比預(yù)期較低的豐度，而A+2、A+3有更嚴重的強度降低，這和TOF檢測器飽和是相反的，因此可提供給質(zhì)譜用戶一個重要的工具來診斷儀器，并進一步改善TOF的操作條件。這也可以為將來下一代TOF儀器的研發(fā)提供建設(shè)性的反饋。
其它的譜圖準確度應(yīng)用的例子還有，有些化學(xué)品元素的同位素豐度和從地球化學(xué)、石油產(chǎn)品中衍生出來的豐度不同。在此情況下，對于給定的元素組成缺少譜圖準確度，反映出同位素豐度的變化，可能是一個或多個元素，它提供了另一種用于同位素比測量的方法，而無需使用高度專門的質(zhì)譜硬件如同位素比值質(zhì)譜或加速器質(zhì)譜和/或燃燒過程。
在質(zhì)譜和分子光譜間有一種有趣的相似性。對大多數(shù)紅外光譜的應(yīng)用來說，由于中紅外譜區(qū)域的指紋可解釋各種振動帶，中紅外區(qū)域（類似于高分辨的質(zhì)譜）被認為具有獨特的重要性，可以可靠地鑒定有機化合物。然而近紅外（類似于單位質(zhì)量分辨的質(zhì)譜），有許多重疊的二級和三級頻譜（overtone），具有較低的光學(xué)分辨率，被認為不適于定性分析。直到20年前更多先進的化學(xué)計量學(xué)方法發(fā)展起來，近紅外光譜才有了越來越廣泛的應(yīng)用。就像近紅外光譜發(fā)展一樣，單位質(zhì)量分辨率的質(zhì)譜，雖然不能在譜圖上精細分辨質(zhì)譜的特性，但在高的譜圖準確度時可以更穩(wěn)定、更容易地獲得較寬的線性范圍，從而可以彌補較低的分辨率，幫助解決甚至是非常難的分析難題。
結(jié)論
雖然質(zhì)譜是獨特的，但當使用了Profile采集模式、更全面的質(zhì)譜校正方法，獲得更高的譜圖準確度時，質(zhì)譜和其它的分析技術(shù)顯示出驚人的相似性。這種過程使質(zhì)譜可以大大受益于許多已被研究者在其它領(lǐng)域證實的方法。不僅能在傳統(tǒng)單四極桿質(zhì)譜上獲得合理的質(zhì)量準確度、進行化學(xué)式測定；譜圖準確度的概念還能被用于診斷質(zhì)譜儀器，并可在高分辨率儀器上進一步提高化學(xué)式測定的能力。其它更多挑戰(zhàn)性的應(yīng)用包括：從石化分析到蛋白質(zhì)組應(yīng)用的復(fù)雜混合物的定性和定量分析，都可受益于譜圖準確度。后別忘了，在譜圖準確度的層面上來認識質(zhì)譜和其它譜學(xué)，發(fā)現(xiàn)在各種分析測試技術(shù)之間獲得了驚人的一致，這種發(fā)現(xiàn)是非常令人振奮的！
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