2026-04-23 09:52:25 美国力可公司
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该研究介绍了一种利用全二维气道色谱-飞行时间质谱 (GCxGC-TOFMS) 分析石油样本的新型化学计量学方法。
研究人员改进了传统的平铺式 Fisher 比率 (F-ratio) 分析,使其从仅识别样本间差异物转变为能发现所有可检测分析物的工具。通过将色谱图划分为平铺网格并结合仪器空白对照进行统计学 p-检验,该流程成功构建了一个包含 715 种化合物的主峰表 (MPT)。
这种方法有效解决了保留时间漂移带来的数据对齐难题,能够更精准地量化包括痕量组分在内的复杂分析物。此外,该技术还被用于生成九种石油样品的模拟蒸馏曲线,揭示了即便在主要成分相似的情况下,不同样品在微量化学组成上仍存在显著差异。最终,这项工作为复杂多组分样本的全非靶向分析提供了一个更稳健、自动化的数据处理框架。
建议升级基于区块Tile技术的ChromaTOF软件处理全二维高通量飞行时间质谱(GCxGC-TOFMS)原因如下:
峰数量巨大、手动分析不可行;
保留时间漂移、峰重叠严重;
传统峰识别软件漏检大量痕量组分;
传统 Tile‑based F‑ratio 只用来找 “差异峰”,浪费了全组分检出能力。
基于此,本研究创新性的将传统基于区块(tile)的Fisher比率分析,拓展为复杂样品全组分非靶向筛查工具,建立基于“tile-Fisher"全峰查找+空白对照P-test统计验证+MPT总峰表+SSPT单样本峰表一体化流程,不再只关注高显著性差异峰,而是完整捕获所有可检出代谢物,解决保留时间漂移、峰重叠、批量样本峰表无法对齐等行业痛点,大幅提升分析效率。
ChromaTOF Tile 软件以区块分析解决漂移、以高灵敏度解决漏峰、以统一列表解决对齐,让 GC×GC-TOFMS 复杂石油样品的全组分非靶向分析从 “难以实现” 变成 “稳定可重复”!
01
样本设计
✦
选取 9 种代表性石油样品:2 种加氢油(轻石脑油H11、H18)、2 种重整油(R11、R18)、4 种石脑油(N007、N008、N009、N010)、1 种重汽油(FCC),覆盖不同馏程与组成。同时设置仪器空白作为背景对照。
02
仪器与数据采集
✦
使用 GCxGC-TOFMS,非极性柱Rxi-1 + 极性柱Rxi-17MS二维分离,优化升温程序与调制周期,保证高分离度与宽覆盖。所有样品3 次重复进样,保证统计可靠性
仪器型号:Pegasus BT4D(GCxGC-TOFMS)
厂家:美国LECO力可公司
调制器:两阶四喷口热调制器
色谱柱系统:1D:Rxi-1(30m x 0.25mm x 0.25μm);2D:Rxi-17MS(2.0 m x 0.18mm x 0.20μm)
载气:氦气He
载气流速:2 mL/min
调制周期:6s
升温程序:起始温度40℃,4℃/min升高到240℃
二维柱温箱和调制器补偿温度:+10℃和+18℃
质谱采集范围:40-334 amu
离子源温度:225℃
传输线温度:285℃
飞行时间质谱采集速率:200张谱图/秒(全二维色谱联用必要条件)
全二维质谱数据处理软件:ChromaTOF
差异比对组学软件:ChromaTOF Tile
采用ChromaTOF Tile软件对 9 类石油样品 + 1 组空白(各 3 次重复,共 30 张图谱)进行Tile-Fisher 比率分析,以8 s×120 ms为Tile区块大小,对S/N>10的信号逐块计算 F-ratio 并依据最高 F-ratio 对应的质荷比对检出峰进行排序。经人工剔除冗余峰与柱流失等无用峰后,将初始 1407 个峰精简为719 个有效峰。
Tile-based F-Ratio
P-test
为确定特定分析物信号在样本中的存在是否具有统计学显著性,以10 s×120 ms区块范围累加信号,用99% 置信区间 对累加信号峰进行p检验(空白 ±2.33 倍标准差)判定峰是否存在,最终得到715 种可靠待测物,并构建总峰表 MPT。再衍生出单样品专属峰表(SSPT),天然实现保留时间对齐,仅260 种为所有样品共有,样品差异显著。按一维保留时间累加总离子流信号,自动生成模拟蒸馏曲线,分析主组分与痕量组分分布。
两种典型的MPT命中化合物(1,2,4-三甲基苯和1-甲基萘)如下图所示。
1,2,4-三甲基苯在所有石油样品中均高丰度存在,信号远高于空白阈值,全部通过 p‑test,峰形清晰、无干扰,代表样品中高含量共有组分的典型检出结果。
1‑甲基萘为低丰度、非共有组分,仅在部分样品中明显存在;经 99% 置信区间阈值判定,可准确区分 “真实存在” 与 “空白噪声”,有效避免低含量峰的误判,体现方法对痕量、非共有组分的精准鉴别能力。
模拟蒸馏结果显示(下图),9 种石油样品在前 25 min 即可累积 99% 总离子流信号,仅 1% 信号对应大量晚流出痕量组分。样品越重、组分越复杂,达到 99% 信号所需时间越长。
上图左 Y轴 为 TIC 累积占比,右 Y 轴为组分数,横坐标为一维保留时间;虚线标记 99% TIC 对应的时间与峰数,直观呈现主组分与痕量组分的出峰分布。
上图为关联散点图,展示总组分数、99% TIC 组分数、占比与99% TIC 对应流出时间的正相关关系,说明样品越重、组分越复杂,主组分完全流出越晚。
总结:
所有样品99% 的总信号来自前 25 min 出峰组分(总运行 50 min)。
剩余约 1% 信号对应大量晚出峰微量组分,是石油样品的重要特征。
样品越重、组分越多,达到 99% 信号所需的一维保留时间越长。
03
Tile软件的突出优势
✦
Tile 软件是整套方法能成功、能稳定、能高效的核心支撑,它的作用贯穿从数据解析到结果输出全流程,是传统像素级分析无法替代的。
1. 抗保留时间漂移,实现多样品天然对齐
采用区块(tile) 而非单像素计算,大幅降低保留时间轻微偏移带来的干扰。
自动把所有样品的峰按区块位置统一索引,无需手动校正、无需峰匹配,直接生成跨样品对齐的总峰表。
2. 超高灵敏度,检出更多真实组分(远超普通峰找法)
可识别色谱重叠峰、低丰度痕量峰、基线附近弱信号(S/N>10 即可检出)。
9 个石油样品共检出715 种组分,远多于常规峰识别软件,解决复杂基质 “漏峰” 问题。
3. 一站式生成全面 hit list,支撑总峰表 MPT 构建
一次性输出所有可检测组分的综合列表,不丢弃低 F-ratio 但真实存在的峰。
直接提供峰位置、最佳定量 m/z、信号强度,为后续统计检验与定量提供标准化输入。
4. 降低背景干扰,提升结果可靠性
内置基线校正与噪声阈值判断,结合区块信号统计,减少柱流失、基质干扰造成的假阳性。
配合空白 p-test,实现 “弱信号也能准确判定是否存在”。
5. 适配批量复杂样品,大幅提升分析效率
一次运算即可处理9 类样品 + 空白共 30 张图谱。
自动输出总峰表→一键生成各样品专属峰表,把原本数周的手动对齐工作缩短到可流程化完成。
4
Tile软件功能展示
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