如何在質譜上做好未知物的定性分析
質譜法是未知物定性分析中最重要、必不可少的手段,但未知物的質譜定性分析并不是一件容易的工作,樣品的基質復雜性、樣品中化合物的復雜性和多樣性、儀器或分析手段的局限性等,這些都會對未知物的定性分析帶來困難和不確定性。
到底該如何利用質譜法來做好未知物的定性分析呢?
質譜定性分析的主要方法
1. 譜庫檢索
商業化的質譜數據庫如NIST、Wiley等收錄了大量的化合物的標準質譜圖,我們可以通過檢索數據庫中與樣品質譜圖相似的標準質譜圖來篩選出疑似的化合物。如圖1所示常見的GC/MS的NIST譜庫檢索。

圖1:四極桿GC/MS的NIST檢索匹配結果
盡管譜庫檢索的方式給未知物的確定提供了便利,但它的局限在于只能適用譜庫中存在目標化合物,但實際的分析中,存在許多未在譜庫中收錄的化合物,它們是無法通過該方法鑒定出來的。
2. 精確質量測定
在譜庫無法確定化合物歸屬后,精確質量測定法是一種非常重要的手段。
原理:以[12C] = 12.0000000為基準,其它元素的原子質量均不為整數。當不同原子排列組合成分子式后,每個分子式有唯一的準確質量。測定離子的”質荷比“至小數點后4-6位,限定可能的元素(C、H、O、N、O、P ... ),在一定的質量偏差范圍,計算出滿足元素和質量偏差限定條件的所有可能的分子式,再結合同位素豐度信息,得到合理的分子式。

圖2:精確質量測定確定可能的分子式
精確質量的測定可以使用高分辨質譜(HRMS,如TOF、Orbitrap、FT/ICR),但高分辨質譜價格昂貴,大多數實驗室想實現高分辨質譜自由的難度有些大。
在沒有高分辨質譜的情況下,低分辨率四極桿質譜在MassWorks軟件的輔助下也可以實現精確質量的測定。如圖3所示為四極桿GC/MS測定的巨豆三烯酮(分子式C13H18O,CAS:38818-55-2 )精確質量數據,實際測定的m/z = 190.1337,理論的m/z = 190.1352,質量偏差為 -1.52mDa(7.97ppm)。四極桿質譜結合MassWorks軟件測定精確質量數的方法可以參考閱讀文章”四極桿GC/MS上如何測定精確質量和分子式“和”在單四極桿LC/MS上測定未知化合物的精確質量及元素組成“。

圖3:四極桿GC/MS測定的巨豆三烯酮的精確質量和分子式
通過精確質量測定的分子式并不是唯一的,根據元素組成的復雜性和分子量的大小,候選的分子式個數可能有幾個、幾十個、數百個。這時候我們就需要通過同位素豐度的比較來去掉不正確的分子式。具體方法可以參考”質譜同位素輪廓分布信息幫助確定化合物的分子式“一文。

3. 碎片離子分析
碎片離子跟化合物的特征結構相關,可以通過一些特征的碎片離子推斷化合物分子可能的結構。
EI-GC/MS提供了非常豐富的碎片離子信息,在精確質量測定法的輔助下,我們可以確定出EI-GC/MS譜圖中的碎片離子的化學式,再結合碎片離子的碎裂途徑,可以推出大致的化合物結構信息。具體方法可以參考“如何在GC/MS上通過精確質量數鑒定未知化合物”一文。

圖5:GC/MS上的母離子和碎片離子
LC/MS的碎片離子分析可通過多級質譜來實現,通過母離子碎裂產生的子離子(MS/MS或MS?),失去中性碎片(如H?O、CO?)可提示官能團推斷分子結構。方法可參考閱讀”使用串聯質譜法和精確質量測定法對質譜成像實驗中發現的脂質和小分子進行鑒定“。
圖6:LC/MS上的母離子m/z 304 和MS/MS碎片離子 m/z 212、91的精確質量數和分子式測定(離子的精確質量數和化學式在四極桿質譜上由MassWorks軟件測定)
結構的確定并不是一件輕松的工作,需要充分利用多種可查詢的信息,包括但不限于樣品中已知的主要成分、其他檢測到的化合物、樣品生產過程中使用的原料、化學制造商產品目錄中記載的化合物、各類數據庫中登記的化合物以及通過網絡搜索獲取的相關化合物信息等,推測與該分子組成相符的化學結構,從而確定化合物。

圖7:根據化合物信息進行結構預測
關于綠綿科技
北京綠綿科技有限公司(簡稱:綠綿科技)以體現客戶服務價值為宗旨,以專業精神和技能為廣大實驗室分析工作者提供樣品前處理、樣品制備及分析、實驗數據精確分析和管理的全面解決方案,致力于協助客戶提高分析檢測的效率和水平。主要代理產品聯系電話:010-82676061/2/3/4/5/6/7/8
E-mail:info@lumtech.com.cn。