如何在GC／MS上通过精确质量数鉴定未知化合物

在GC/MS鉴定未知物时，在NIST、Wiley等商业化的标准数据库是最常用的工具，通过正、反检索匹配，来确定目标物的可能结构信息，但标准谱库并不是收录了全部的化合物。我们在一些应用场景中，如香精香料、天然产物的分析中，偶尔会遇到谱库检索不到的化合物。

　　MassWorks软件的 TrueCal™校正技术，可以帮助现有的单四极杆GC/MS和三重四极杆GC/MSMS直接测定化合物精确质量数，可以做到像高分辨TOF或Orbitrap那样将质量数精确至0.000x Da，再通过CLIPS功能对离子的元素组成进行确定。

　　下面我们将以一个含S化合物为例，演示MassWorks软件在GC/MS上实现对其进行精确质量测定、元素组成分析，甚至是可能的结构解析。

　　示例：GC/MS上的未知物鉴定

　　1. GC/MS数据采集：

　　样品信息：MS校准调谐气PFTBA （安捷伦GC/MSD自带），样品为某公司提供的香精样品。

　　质谱条件：PFTBA和香精样品均在Chemstation工作站软件下以Row Scan（原始扫描）模式采集，质量范围为 m/z 35-450，离子阈值Treshold设置为零。MS源温度230℃，四极杆温度150℃。

　　色谱柱：Agilent 19091S-133 HP-5MS，30 m×250um，

　　数据分析: MassWorks™ V6.0 软件(Cerno Bioscience公司)对MS数据进行精确质量和谱图准确度测定。

　　图1：通过PFTBA完成MS的精确质量和谱图校正

　　样品待分析的目标峰的保留时间为Rt=12.978min，选取保留时间范围12.9595min-12.9967min，如图2（上）所示，提取该化合物平均质谱图，图2（下）显示了MassWorks软件校正后该化合物所有离子的精确质量数。

　　图2：经MassWorks校正后的样品数据

　　2. 数据分析：

　　鉴定分子离子(M+)

　　从图2的质谱图中，我们可以看到m/z=178.0835的离子为该化合物的分子离子峰，放大质谱图后，我们通过A+2处（m/z=180.0870）的同位素分布信息（见图3），可以判定，该化合物为含S的化合物。

　　图3 离子m/z =178.0835的精确质量数及同位素轮廓分布

　　在MassWorks中，并设定CLIPS的检索条件，对m/z=178.0835离子的元素组成进行检索分析。如图4所示，将元素组成设定为C、H、O、N、S五种元素，质量误差设定为20 mDa，电荷状态限定为奇电子离子“Odd”，同位素轮廓分布的起点和终点分别为“ -0.5 Da”和“2.5 Da”。

　　图4 MassWorks分析时CLIPS检索的参数设置

　　离子m/z=178.0835共得到了19个分子式，图5（上）显示了其中“同位素谱图准确度（Spectral Accuracy）”最高的前6个分子式。排名第一的分子式，谱图准确度高达99.08，排名第二的分子式的谱图准确度仅为97.12，从谱图准确度的打分我们可以确定该化合物的分子式即为C8H18S2。

　　图5（中）显示了C8H18S2的理论同位素和校正谱图同位素轮廓分布的完美拟合，图5（下）中可以观察到C7H14O3S的理论同位素分布在A+2处明显低于校正谱图，原因就在于S原子的个数少了1个。

图5：按谱图准确度排序产生的候选分子式的CLIPS检索结果列表（上图），第一个候选分子式(中图)和第二个(底图)的校正谱图（红色）与理论谱图（蓝色）的叠加.

　　主要碎片离子的元素组成确定

　　采用同样的方式，我们可以逐一对碎片离子的分子式进行确定，主要的特征碎片离子的分子式鉴定结果见图6。

　　图6：主要碎片离子的分子式鉴定结果（从上至下，精确质量数依次为m/z = 122.0059、m/z = 92.9985、m/z = 89.0103、m/z = 57.0766、m/z = 44.9992、m/z = 41.0626）

　　图7：主要离子的精确质量及分子式

　　可能的结构式

　　该化合物分子式C8H18S2的不饱和度（DBE）=0，我们可以得到的信息是，该化合物不含双键和环，因此它的结构要么是直链，要么带支链。

　　通过C4H10S2、C4H8S、C2H5S2、C4H9这四个碎片的元素组成，我们大致可以推断出，两个S原子是直接相连的，两个“C4H9”的饱和烷基基团分别两个S原子的两端。

　　要产生如图7所示的质谱图，大概有三种可能的结构，但目前的质谱信息还不足以区分是哪一种结构，后续的分析可以借助NMR法来帮助确定。

　　图8：可能的结构式

　　需要注意的是，在EI电离的模式下，分子离子峰有可能被完全打碎，而使得未知化合物的质谱谱图中不能找到分子离子，这种情况下，就需要考虑用软电离的模式，如CI、FAB等电离方式，来获取分子离子，再在MassWorks软件中测定其精确质量及分子式。

　　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。

　　关于绿绵科技

　　绿绵科技是Cerno Bioscience公司在中国区的总代理商，负责Cerno公司旗下的MassWorks、GC/ID 等产品市场推广、销售、售前/售后技术支持、应用支持。