41_在单位质量分辨率的单四极杆系统上使用同位素谱图准确度对含硫化合物进行鉴定

2025-11-10 14:29:30, 绿绵科技北京绿绵科技有限公司

科研人员已通过高分辨率质谱法（HRMS）实现对含硫化合物中的硫原子的准确定性与精准计数，该方法适用于多种分子研究，包括 P16 抑癌蛋白、糖鞘脂、七鳃鳗信息素及染料粉末。这类分析需 60K 及以上的分辨率，以实现 ³⁴S 与 ¹³C¹³C 的 A+2 双峰物理分离。基于 ³⁴S 相对于单一同位素 ³²S 约 4.4% 的自然丰度，通过测量基线分离的 ³⁴S 峰相对峰面积，即可便捷确定未知化合物中的硫原子数量。尽管高分辨率质谱法的硫计数效果显著，但用于常规分析成本过高。

下文提出一种替代方法 —— 基于单位质量分辨率单四极杆质谱仪的谱图准确度硫原子计数法。

对三种不同单位质量分辨率四极杆系统通过GC/MS或LC/MS获得的 18 种小分子，进行了谱图准确度计算，以确定其硫原子数量。这些分子的分子量范围为 110 ~ 697 Da。
通过全面的质谱校准（不仅包括质量校正，更重要的是质谱峰形校正），利用谱图准确度成功测定了多种含硫化合物中 0 至 3 个硫原子的数量。
文中呈现了经校准的谱图与正确和错误化合物理论谱图的精选叠加图，以展示当拟议的元素组成测定中包含错误硫原子数量时，谱图会出现明显不匹配的情况。

四极杆质谱上利用谱图准确度确定含硫化合物的硫原子数量

1. 数据采集

所有数据均通过 Waters SQD LC/MS系统或安捷伦GC/MS系统采集，均采用正电离模式和采用全扫描（轮廓图模式）模式。GC/MS采用全氟三丁胺（PFTBA）进行校准LC/MS采用自制小分子混合物进行校准。

数据分析使用MassWorks软件进行质谱仪峰形校准和硫原子计数。对于所有受测化合物，硫原子计数的搜索参数设置了极少限制，以模拟真实的未知物鉴定场景。其他搜索参数包括：双键值为 - 1~ 50，质量偏差为 20 mDa，分子离子的电子态为 “奇电子”，碎片离子的电子态为 “奇偶皆可”。

图1：MasssWorks校正+化合物分子式鉴定的流程

2.数据结果及讨论

所有轮廓数据均通过仪器峰形校准进行校正（如图 1 所示）。这种独特的校准不仅能校正质量误差，还能将原始谱图中的不对称峰形转换为数学上定义明确的对称峰形，以实现高谱图准确度。通过将未知物的校准谱图与可能的理论计算谱图进行谱图准确度计算，可自动确定未知样品中的硫原子数量。

表1：含不同S原子化合物的分子式谱图准确度测定结果

该方法的优势在于，即使 ³⁴S 和 ¹³C¹³C 未被分离，谱图准确度测量也会考虑整个轮廓谱图的特征来确定硫原子数量。例如，通过包含 C/H/N/O/S 等可能元素的元素组成测定，发现一种剧毒杀鼠剂 —— 四亚甲基二砜四胺（C₄H₈N₄O₄S₂）的分子离子中含有 2 个硫原子，其谱图准确度为 99.2%，排名第一。另一方面，在相同的搜索条件下，即使是任何含 3 个或 1 个硫原子的分子与该未知物的最佳匹配结果，也会因谱图准确度差异过大而被排除。

图2：四亚甲基二砜四胺（C₄H₈N₄O₄S₂）分子式的理论谱图与校正谱图的叠加图（2个S原子能在“A+2”处明显重合，其它任何S原子数将在“A+2”处出现严重的不匹配）

对于含 3 个或 1 个硫原子的化合物（C₄H₁₂N₆S₃和 CH₄N₈O₅S），其谱图准确度分别仅为 97.6% 和 96.7%。与真实元素组成 C₄H₈N₄O₄S₂相比，谱图准确度差异超过 1.5%，因此可以确定排除 C₄H₁₂N₆S₃和 CH₄N₈O₅S 作为含正确硫原子数量的候选化合物。如图 2 所示，未知物的校准谱图（红色）与理论谱图（绿色）叠加后几乎完全匹配，由此可正确测定该未知化合物的元素组成，包括硫原子数量。图 2 的插图中，叠加图展示了在搜索条件下，任何含单个硫原子的分子的理论计算谱图与校准谱图的最佳匹配结果，但在 A+2 峰处明显存在不匹配：任何含单个硫原子的分子都会导致鉴定错误。

图3：不含硫的未知化合物 C₁₉H₂₃N₆O₄分子式的理论谱图与校正谱图的叠加图

同样，谱图准确度还能揭示未知物元素组成中测定的硫原子数量是否多于分子中实际存在的数量。在图 3 中，未知化合物 C₁₉H₂₃N₆O₄不含任何硫原子，如图 3 插图所示，当它的校准谱图与任何含甚至 1 个硫原子的计算谱图叠加时，会显示出显著差异。

此外，对来自不同仪器的多种 GC/MS 和 LC/MS 数据，通过谱图准确度计算评估了其硫原子计数性能，结果汇总于表 2。所有受测化合物均被正确鉴定，不仅硫原子数量准确，完整元素组成也完全正确，其中大多数化合物的谱图准确度超过 98%，且排名靠前。

表 2 不同质谱系统上含硫化合物的硫原子计数汇总

3. 结论

通过全面的质谱校准，可获得高谱图准确度，并利用单位质量分辨率质谱数据成功测定未知化合物中的硫原子数量。

根据目前的研究，该方法可有效测定分子量高达 700 原子质量单位（amu）的化合物中的硫原子数量。

相同的谱图准确度不仅能确定化合物中正确的硫原子数量，还能测定其完整的元素组成。

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。