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高分辨质谱成分鉴定准确性提高方法

发表时间:2025-10-31

高分辨质谱(HRMS)已成为复杂体系成分分析的“火眼金睛”,其凭借超高的质量精度和分辨率,为我们打开了微观世界的大门。然而,拥有利器不等于所向披靡。面对海量的质谱数据,如何确保每一个峰所对应的化合物都准确无误,是每一位分析工作者面临的终极挑战。提升鉴定准确性,绝不能仅依赖于仪器本身的性能,更关键在于构建一套严谨、多维度的分析方法体系。

一、数据采集

1.1色谱方法的优化

即使是单体化合物,适宜的色谱方法也是精准鉴定的重要起点。对于未知的“单体”,往往只是在紫外色谱单一波长下显示“单一峰”,实际可能并不单一,而还含有仅在总离子流图、其他波长下才能显现的杂质峰。如果色谱方法不当(例如不过色谱柱、不串联紫外检测器或使用快速通用方法),可能导致误把“杂质”当目标,出现错误鉴定结果。


1.2质谱参数的优化

一切准确鉴定的基础,源于高质量的一级质谱图。通过初步调查目标化合物化学性质,设定合适的质谱参数,如锥孔电压、气体流速等,以保证采集到质量最优的质谱图,且减少返工。通常,碱性化合物采用正离子模式采集,酸性化合物采用负离子模式采集,完全未知的情况下,可以双模式采集。

同时,要保证采集数据的准确性,仪器的质量精度必须时刻稳定。定期的仪器校准以及实时校正就是采集质量的最后保障,通过校正值判断所采集数据的准确性。

二、数据分析

2.1预测分子量

高精度的一级质谱数据是鉴定的起点。获得高质量的质谱图后,首先需进行“质量数过滤”,利用高分辨质谱自身ppm级的质量精度,从复杂的本底中筛选出可信的分子离子峰。关键在于利用多种加合离子信息进行交叉验证,并细致分析同位素分布,同时,对比两种模式采集的数据相互佐证,以保证分子量预测的绝对准确性。

熟悉常见的加合离子,就能快速的分析一级质谱图,获得分子量预测结果。


分子量预测过程中,最容易导致误判的是图中出现的看似“相关”的干扰离子,如[M+NH4]+与[M]+,[M-H2O+H]+与[M +H]+都是间隔18。如下图中,275与293,328与346均间隔18,单正模式,无法确定分子量为292还是328。但结合负模式可确定为328。


然分子量292的排除需结合二级质谱图,可发现275、293均为分子量328的[M+NH4]+的碎片离子。


2.2预测分子式

如果精确分子量是“表象”,那么元素组成就是“身份”。质谱软件能根据精确质量数、同位素间隔、同位素丰度比等计算,并根据设定的元素组成(C、H、O、N等)拟合出可能分子式。

对于软件拟合的分子式,可通过“N规则”、天然产物常见元素、拟合的质量偏差、拟合分数等进行进一步缩小范围,获得最可能的分子式结果,以获得更准确结果。

特别要注意的是,同位素间隔除了与元素种类相关,也与电荷态相关,也是容易出现预测失误的关键点。通常情况下,同位素间隔=1/电荷态。如同位素间隔为0.5,则为双电荷,分子量往往为分子离子的2倍。

2.3预测结构式

获得候选分子式后,鉴定进入最关键的“看图说话”阶段——解析结构式。二级质谱提供的碎片离子信息,如同分子的“指纹”。当前,将实验获得的二级质谱图与专业数据库(如普思生物自建二级碎片库、网络库GNPS等)中的标准谱图进行匹配,已成为最主流且高效的方法。

但在结构式预测中,数据库的完备性与质量(包含精确分子量、碎片离子、保留时间等的多维数据库)是高效、准确鉴定的保障。普思生物自建二级库使用标准品实物一一采集,并将关键信息录入,数据库中的每一个数据都具有较高准确度,且有据可查。为化合物结构鉴定提供了数据基础。

当然,要保证结果的准确性,单依赖数据库是远远不够的。人工审核有助于排除假阳性和假阴性结果。如下图114号峰,数据库判定为分子量386的化合物,但通过回归质谱峰发现,该峰有两个明显分子离子峰387和563。那么563就是一个假阴性结果,387如果是563的碎片就是一个假阳性结果,需要进一步通过二级碎片去验证。

即使是数据库无法鉴定的峰,也可通过解析特征碎片离子(如糖苷键断裂、RDA裂解等),可以推断出分子的核心骨架与取代基团。同时,结合人工智能算法的预测软件能够模拟裂解并给出可能的结构排名,为解析新颖结构提供强有力的智能辅助。

提高高分辨质谱成分鉴定的准确性,是一项系统工程。它要求我们从数据采集的源头把控质量,在MS/MS碎裂中寻求决定性证据,并通过保留时间、碎片离子等多维度信息构建坚不可摧的“证据链”,最终在智能化算法的辅助下做出最可靠的判断。唯有将分析方法本身视为一个不断优化、相互印证的整体,且辅助专业人员技能审查,我们才能真正释放高分辨质谱的潜力,让每一个鉴定结果都经得起推敲与检验。

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