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未知物分析:在单四极杆GC/MS上鉴定谱库中未收录化合物的策略

关键词:GC/MS 定性分析 未知物
时间:2025-03-25 10:37:51

  GC/MS中的完全未知物的定性分析

  GC/MS分析完全未知的化合物,是指未收录于 GC/MS 数据库中的化合物。

  化合物的鉴定很重要,但传统的鉴定方法十分繁琐。

  使用高分辨率质谱仪以获取可能的分子式

  可能需要进行 “软” 电离。

  运行串联质谱(MS/MS)以帮助推断结构。

  分离出一定量的化合物,以便通过其他技术(核磁共振、红外光谱等)进行分析。

  购买 / 合成可能的化合物,运行 GC/MS,并匹配保留时间和质谱图。


  是否存在更快速、更经济的方法?

  单四极杆 GC/MS 分析中,有哪些方法可用于进行谱库未收录化合物的鉴定?

  通过利用校准后的质谱数据获得精确质量 / 谱图准确度,从而得到分子式。

  进行NIST的 “Hybrid Search”,该检索方法可查找数据库中不存在但相关的化合物。

  利用AI预测的保留指数(NIST AIRI),通过保留指数进行确认或筛选。


  四极杆上GC/MS的分子式鉴定——由MassWorks软件辅助

  校准后的Profile轮廓模式数据可提供良好的质量准确度(约 ±10 mDa),与谱图准确度相结合,可实现几 ppm 的有效质量准确度。

  操作简单。

  以Profile轮廓模式运行数据。

  在运行结束时短暂开启质谱调谐液(全氟三丁胺,PFTBA)。

  软件会自动校准数据。

  数据分析由MassWorks软件来完成,最终得到精确质量和分子式。

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四极杆GC/MS在Profile轮廓图模式下测定化合物的精确质量,并通过理论同位素峰(绿色)和样品校正同位素(红色)的谱图准确度识别出正确的分子式


  混合检索:Hybrid Search

  Hybrid Search可匹配碎片离子和中性丢失。

  通过纳入 “近邻” 化合物来扩展数据库的范围。

  需要数据库中存在相似的化合物。

  必须知道名义分子量,最好还知道分子式。

  质量差异必须局限于分子的单个区域,且分子的碎裂行为为没有显著变化。

  Delta Mass 代表数据库中化合物与未知分子之间的差异(修饰)。

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混合检索Hybrid search结果示例


  保留指数校准

  保留指数可以用于定性分析未知化合物,它比保留时间更可靠,因为它只与固定相类别和柱温有关,受其他因素影响较小‌。

  保留指数通常可由正构烷系列混合标样进样后校正得到,还有一种新的方法——可以通过保留指数自动校正技术(如Auto RI,GC/ID)来计算保留指数。

  保留指数定性的前提是已经有目标的保留指数相关的报道,这样我们才能通过核对保留指数来定性。

  NIST中谱库中并不是每个化合物都有计算的保留指数值,但可以通过AIRI来预测化合物的保留指数。

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正构烷烃系列混标校正计算保留指数


  什么是 AIRI?

  NIST 使用其广泛的数据库测量保留指数数据作为训练集,通过化合物结构预测任何化合物的保留指数。

  AIRI 的源代码和模型由 NIST 发布。但是,设置过程很繁琐。

  Cerno Bioscience 公司正在开发基于网络的应用程序,通过化合物结构预测保留指数,让所有人都能轻松使用 AIRI。

  AIRI的参考文献: Predicting Retention Indices and Their Uncertainties Using Artificial Intelligence, Geer, Stein, Mallard, and Slotta,Journal of Chemical Information and Modeling 2024 64 (3),690-696.


方法示例

  13.88 分钟处的未知峰很强且纯净:

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  尽管如此,但检索结果却很差:

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  我们可以使用校准后的GC/MS数据确定分子量和分子式:

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  AIRI预测保留指数:

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  Hybrid Search 混合检索结果:

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  小结:

  结合分子式鉴定、保留指数和Hybrid Search混合检索,是一种在单四极杆 GC/MS 上进行未知物定性分析的简单、快速的方法。

  对于不适合混合检索的情况:

  我们仍然可以使用保留指数 + 分子式鉴定来筛选未知化合物潜的潜在候选物。

  四极杆GC/MS的分子式鉴定由MassWorks软件来完成。

  碎片分析也可用于验证鉴定结果(例如使用 NIST MS Interpreter)。

  最终的化合物鉴定还是需要通过合成化合物来进行确证。


  关于MassWorks 软件

  MassWorks软件是由 Cerno Bioscience 公司开发的一款革命性的MS数据定性分析软件,能帮助我们在低分辨率的四极杆GC/MS、LC/MS直接测定化合物的精确质量,并通过独有的谱图准确度概念确定出准确的分子式。MassWorks软件同样适用于高分率质谱(TOF、Orbitrap)的定性分析。

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