如何在GC／MS上通過精確質量數鑒定未知化合物

在GC/MS鑒定未知物時，在NIST、Wiley等商業化的標準數據庫是最常用的工具，通過正、反檢索匹配，來確定目標物的可能結構信息，但標準譜庫并不是收錄了全部的化合物。我們在一些應用場景中，如香精香料、天然產物的分析中，偶爾會遇到譜庫檢索不到的化合物。

　　MassWorks軟件的 TrueCal?校正技術，可以幫助現有的單四極桿GC/MS和三重四極桿GC/MSMS直接測定化合物精確質量數，可以做到像高分辨TOF或Orbitrap那樣將質量數精確至0.000x Da，再通過CLIPS功能對離子的元素組成進行確定。

　　下面我們將以一個含S化合物為例，演示MassWorks軟件在GC/MS上實現對其進行精確質量測定、元素組成分析，甚至是可能的結構解析。

　　示例：GC/MS上的未知物鑒定

　　1. GC/MS數據采集：

　　樣品信息：MS校準調諧氣PFTBA （安捷倫GC/MSD自帶），樣品為某公司提供的香精樣品。

　　質譜條件：PFTBA和香精樣品均在Chemstation工作站軟件下以Row Scan（原始掃描）模式采集，質量范圍為 m/z 35-450，離子閾值Treshold設置為零。MS源溫度230℃，四極桿溫度150℃。

　　色譜柱：Agilent 19091S-133 HP-5MS，30 m×250um，

　　數據分析: MassWorks? V6.0 軟件(Cerno Bioscience公司)對MS數據進行精確質量和譜圖準確度測定。

　　圖1：通過PFTBA完成MS的精確質量和譜圖校正

　　樣品待分析的目標峰的保留時間為Rt=12.978min，選取保留時間范圍12.9595min-12.9967min，如圖2（上）所示，提取該化合物平均質譜圖，圖2（下）顯示了MassWorks軟件校正后該化合物所有離子的精確質量數。

　　圖2：經MassWorks校正后的樣品數據

　　2. 數據分析：

　　鑒定分子離子(M+)

　　從圖2的質譜圖中，我們可以看到m/z=178.0835的離子為該化合物的分子離子峰，放大質譜圖后，我們通過A+2處（m/z=180.0870）的同位素分布信息（見圖3），可以判定，該化合物為含S的化合物。

　　圖3 離子m/z =178.0835的精確質量數及同位素輪廓分布

　　在MassWorks中，并設定CLIPS的檢索條件，對m/z=178.0835離子的元素組成進行檢索分析。如圖4所示，將元素組成設定為C、H、O、N、S五種元素，質量誤差設定為20 mDa，電荷狀態限定為奇電子離子“Odd”，同位素輪廓分布的起點和終點分別為“ -0.5 Da”和“2.5 Da”。

　　圖4 MassWorks分析時CLIPS檢索的參數設置

　　離子m/z=178.0835共得到了19個分子式，圖5（上）顯示了其中“同位素譜圖準確度（Spectral Accuracy）”最高的前6個分子式。排名第一的分子式，譜圖準確度高達99.08，排名第二的分子式的譜圖準確度僅為97.12，從譜圖準確度的打分我們可以確定該化合物的分子式即為C8H18S2。

　　圖5（中）顯示了C8H18S2的理論同位素和校正譜圖同位素輪廓分布的完美擬合，圖5（下）中可以觀察到C7H14O3S的理論同位素分布在A+2處明顯低于校正譜圖，原因就在于S原子的個數少了1個。

圖5：按譜圖準確度排序產生的候選分子式的CLIPS檢索結果列表（上圖），第一個候選分子式(中圖)和第二個(底圖)的校正譜圖（紅色）與理論譜圖（藍色）的疊加.

　　主要碎片離子的元素組成確定

　　采用同樣的方式，我們可以逐一對碎片離子的分子式進行確定，主要的特征碎片離子的分子式鑒定結果見圖6。

　　圖6：主要碎片離子的分子式鑒定結果（從上至下，精確質量數依次為m/z = 122.0059、m/z = 92.9985、m/z = 89.0103、m/z = 57.0766、m/z = 44.9992、m/z = 41.0626）

　　圖7：主要離子的精確質量及分子式

　　可能的結構式

　　該化合物分子式C8H18S2的不飽和度（DBE）=0，我們可以得到的信息是，該化合物不含雙鍵和環，因此它的結構要么是直鏈，要么帶支鏈。

　　通過C4H10S2、C4H8S、C2H5S2、C4H9這四個碎片的元素組成，我們大致可以推斷出，兩個S原子是直接相連的，兩個“C4H9”的飽和烷基基團分別兩個S原子的兩端。

　　要產生如圖7所示的質譜圖，大概有三種可能的結構，但目前的質譜信息還不足以區分是哪一種結構，后續的分析可以借助NMR法來幫助確定。

　　圖8：可能的結構式

　　需要注意的是，在EI電離的模式下，分子離子峰有可能被完全打碎，而使得未知化合物的質譜譜圖中不能找到分子離子，這種情況下，就需要考慮用軟電離的模式，如CI、FAB等電離方式，來獲取分子離子，再在MassWorks軟件中測定其精確質量及分子式。

　　關于MassWorks 軟件

　　MassWorks軟件是由 Cerno Bioscience 公司開發的一款革命性的MS數據定性分析軟件，能幫助我們在低分辨率的四極桿GC/MS、LC/MS直接測定化合物的精確質量，并通過獨有的譜圖準確度概念確定出準確的分子式。MassWorks軟件同樣適用于高分率質譜（TOF、Orbitrap）的定性分析。

　　關于綠綿科技

　　綠綿科技是Cerno Bioscience公司在中國區的總代理商，負責Cerno公司旗下的MassWorks、GC/ID 等產品市場推廣、銷售、售前/售后技術支持、應用支持。