Purification engineering technology research center of Sichuan Province Natural Medicine
四川省天然藥物分離純化工程技術(shù)研究中心
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高分辨質(zhì)譜成分鑒定準(zhǔn)確性該怎樣提升?
本文來(lái)自: 發(fā)布時(shí)間:2025-10-30
高分辨質(zhì)譜(HRMS)已成為復(fù)雜體系成分分析的“火眼金睛”,其憑借超高的質(zhì)量精度和分辨率,為我們打開(kāi)了微觀世界的大門。然而,擁有利器不等于所向披靡。面對(duì)海量的質(zhì)譜數(shù)據(jù),如何確保每一個(gè)峰所對(duì)應(yīng)的化合物都準(zhǔn)確無(wú)誤,是每一位分析工作者面臨的終極挑戰(zhàn)。提升鑒定準(zhǔn)確性,絕不能僅依賴于儀器本身的性能,更關(guān)鍵在于構(gòu)建一套嚴(yán)謹(jǐn)、多維度的分析方法體系。
一、數(shù)據(jù)采集
1.1色譜方法的優(yōu)化
即使是單體化合物,適宜的色譜方法也是精準(zhǔn)鑒定的重要起點(diǎn)。對(duì)于未知的“單體”,往往只是在紫外色譜單一波長(zhǎng)下顯示“單一峰”,實(shí)際可能并不單一,而還含有僅在總離子流圖、其他波長(zhǎng)下才能顯現(xiàn)的雜質(zhì)峰。如果色譜方法不當(dāng)(例如不過(guò)色譜柱、不串聯(lián)紫外檢測(cè)器或使用快速通用方法),可能導(dǎo)致誤把“雜質(zhì)”當(dāng)目標(biāo),出現(xiàn)錯(cuò)誤鑒定結(jié)果。

1.2質(zhì)譜參數(shù)的優(yōu)化
一切準(zhǔn)確鑒定的基礎(chǔ),源于高質(zhì)量的一級(jí)質(zhì)譜圖。通過(guò)初步調(diào)查目標(biāo)化合物化學(xué)性質(zhì),設(shè)定合適的質(zhì)譜參數(shù),如錐孔電壓、氣體流速等,以保證采集到質(zhì)量最優(yōu)的質(zhì)譜圖,且減少返工。通常,堿性化合物采用正離子模式采集,酸性化合物采用負(fù)離子模式采集,完全未知的情況下,可以雙模式采集。
同時(shí),要保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,儀器的質(zhì)量精度必須時(shí)刻穩(wěn)定。定期的儀器校準(zhǔn)以及實(shí)時(shí)校正就是采集質(zhì)量的最后保障,通過(guò)校正值判斷所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
二、數(shù)據(jù)分析
2.1預(yù)測(cè)分子量
高精度的一級(jí)質(zhì)譜數(shù)據(jù)是鑒定的起點(diǎn)。獲得高質(zhì)量的質(zhì)譜圖后,首先需進(jìn)行“質(zhì)量數(shù)過(guò)濾”,利用高分辨質(zhì)譜自身ppm級(jí)的質(zhì)量精度,從復(fù)雜的本底中篩選出可信的分子離子峰。關(guān)鍵在于利用多種加合離子信息進(jìn)行交叉驗(yàn)證,并細(xì)致分析同位素分布,同時(shí),對(duì)比兩種模式采集的數(shù)據(jù)相互佐證,以保證分子量預(yù)測(cè)的絕對(duì)準(zhǔn)確性。
熟悉常見(jiàn)的加合離子,就能快速的分析一級(jí)質(zhì)譜圖,獲得分子量預(yù)測(cè)結(jié)果。

分子量預(yù)測(cè)過(guò)程中,最容易導(dǎo)致誤判的是圖中出現(xiàn)的看似“相關(guān)”的干擾離子,如[M+NH4]+與[M]+,[M-H2O+H]+與[M +H]+都是間隔18。如下圖中,275與293,328與346均間隔18,單正模式,無(wú)法確定分子量為292還是328。但結(jié)合負(fù)模式可確定為328。

然分子量292的排除需結(jié)合二級(jí)質(zhì)譜圖,可發(fā)現(xiàn)275、293均為分子量328的[M+NH4]+的碎片離子。

2.2預(yù)測(cè)分子式
如果精確分子量是“表象”,那么元素組成就是“身份”。質(zhì)譜軟件能根據(jù)精確質(zhì)量數(shù)、同位素間隔、同位素豐度比等計(jì)算,并根據(jù)設(shè)定的元素組成(C、H、O、N等)擬合出可能分子式。

對(duì)于軟件擬合的分子式,可通過(guò)“N規(guī)則”、天然產(chǎn)物常見(jiàn)元素、擬合的質(zhì)量偏差、擬合分?jǐn)?shù)等進(jìn)行進(jìn)一步縮小范圍,獲得最可能的分子式結(jié)果,以獲得更準(zhǔn)確結(jié)果。
特別要注意的是,同位素間隔除了與元素種類相關(guān),也與電荷態(tài)相關(guān),也是容易出現(xiàn)預(yù)測(cè)失誤的關(guān)鍵點(diǎn)。通常情況下,同位素間隔=1/電荷態(tài)。如同位素間隔為0.5,則為雙電荷,分子量往往為分子離子的2倍。


2.3預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)式
獲得候選分子式后,鑒定進(jìn)入最關(guān)鍵的“看圖說(shuō)話”階段——解析結(jié)構(gòu)式。二級(jí)質(zhì)譜提供的碎片離子信息,如同分子的“指紋”。當(dāng)前,將實(shí)驗(yàn)獲得的二級(jí)質(zhì)譜圖與專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)(如普思生物自建二級(jí)碎片庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)庫(kù)GNPS等)中的標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行匹配,已成為最主流且高效的方法。

但在結(jié)構(gòu)式預(yù)測(cè)中,數(shù)據(jù)庫(kù)的完備性與質(zhì)量(包含精確分子量、碎片離子、保留時(shí)間等的多維數(shù)據(jù)庫(kù))是高效、準(zhǔn)確鑒定的保障。普思生物自建二級(jí)庫(kù)使用標(biāo)準(zhǔn)品實(shí)物一一采集,并將關(guān)鍵信息錄入,數(shù)據(jù)庫(kù)中的每一個(gè)數(shù)據(jù)都具有較高準(zhǔn)確度,且有據(jù)可查。為化合物結(jié)構(gòu)鑒定提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
當(dāng)然,要保證結(jié)果的準(zhǔn)確性,單依賴數(shù)據(jù)庫(kù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。人工審核有助于排除假陽(yáng)性和假陰性結(jié)果。如下圖114號(hào)峰,數(shù)據(jù)庫(kù)判定為分子量386的化合物,但通過(guò)回歸質(zhì)譜峰發(fā)現(xiàn),該峰有兩個(gè)明顯分子離子峰387和563。那么563就是一個(gè)假陰性結(jié)果,387如果是563的碎片就是一個(gè)假陽(yáng)性結(jié)果,需要進(jìn)一步通過(guò)二級(jí)碎片去驗(yàn)證。


即使是數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法鑒定的峰,也可通過(guò)解析特征碎片離子(如糖苷鍵斷裂、RDA裂解等),可以推斷出分子的核心骨架與取代基團(tuán)。同時(shí),結(jié)合人工智能算法的預(yù)測(cè)軟件能夠模擬裂解并給出可能的結(jié)構(gòu)排名,為解析新穎結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)有力的智能輔助。
提高高分辨質(zhì)譜成分鑒定的準(zhǔn)確性,是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。它要求我們從數(shù)據(jù)采集的源頭把控質(zhì)量,在MS/MS碎裂中尋求決定性證據(jù),并通過(guò)保留時(shí)間、碎片離子等多維度信息構(gòu)建堅(jiān)不可摧的“證據(jù)鏈”,最終在智能化算法的輔助下做出最可靠的判斷。唯有將分析方法本身視為一個(gè)不斷優(yōu)化、相互印證的整體,且輔助專業(yè)人員技能審查,我們才能真正釋放高分辨質(zhì)譜的潛力,讓每一個(gè)鑒定結(jié)果都經(jīng)得起推敲與檢驗(yàn)。
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