氣相色譜-靜電場(chǎng)軌道阱高分辨質(zhì)譜系統(tǒng)的應(yīng)用

在濫用藥物研究領(lǐng)域，GC-MS以優(yōu)異的色譜分離能力，可有效分離目標(biāo)化合物，結(jié)合相關(guān)譜庫(kù)，能夠提供準(zhǔn)確的定性信息，得到了廣泛的應(yīng)用。隨著濫用藥物分析形勢(shì)的變化，尤其精神活性物質(zhì)，包括新型藥物的不斷增加，對(duì)于復(fù)雜生物樣本中實(shí)現(xiàn)藥物成分的分析鑒定，已成為新的研究方向和應(yīng)用熱點(diǎn)。氣相色譜高分辨質(zhì)譜（GC-HRMS）通過(guò)其超高的分辨率和質(zhì)量精確度，能夠提供更可靠、準(zhǔn)確的定性信息，高靈敏度進(jìn)一步保證了低含量化合物檢出。氣相色譜-靜電場(chǎng)軌道阱高分辨質(zhì)譜（GC-Orbitrap MS）作為一款以靜電場(chǎng)軌道阱為核心技術(shù)的高分辨質(zhì)譜（分辨率50,000FWHM（200 m/z）以上）[1]，其分辨率可達(dá)60,000 FWHM以上，主要以全掃描數(shù)據(jù)采集模式，同時(shí)具備高質(zhì)量精度（數(shù)據(jù)的質(zhì)量準(zhǔn)確度可在2 ppm內(nèi)），高靈敏度（常規(guī)檢測(cè)可達(dá)pg/mL），在濫用物質(zhì)，尤其新型藥物鑒定和分析方面提供了可靠、高效的支持。

       新精神活性物質(zhì)，2013年《世界毒品報(bào)告》[2]中首次被提出，是一大類沒(méi)有被國(guó)際公約所管制但對(duì)公眾健康造成危害的具有精神活性作用的物質(zhì)，包含合成大 麻素、興奮劑（苯乙胺、卡西 酮、哌嗪等）、致幻劑或分離性致幻劑（氯 胺酮及苯環(huán)利 定）、鎮(zhèn)靜劑、色胺、氨基茚及芬太 尼類合成阿 片等。新精神活性物質(zhì)除了作為新一代毒品造成危害外，其中的鎮(zhèn)靜劑也可被使用到人身侵害犯罪中。

2017年《世界毒品報(bào)告》[3]表明，2015年統(tǒng)計(jì)新精神活性物質(zhì)的種類共483種，較2012年的260種增加了近一倍，可見(jiàn)對(duì)新精神活性物質(zhì)的管控和鑒定極為重要。

       在司法檢測(cè)中，GC-MS作為常用的質(zhì)譜技術(shù)，其通過(guò)質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)進(jìn)行匹配，從而進(jìn)行定性。但該方法在分析混合毒物、痕量物質(zhì)和雜質(zhì)干擾較嚴(yán)重的檢材時(shí)其匹配度較低，無(wú)法通過(guò)圖譜解析對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行準(zhǔn)確定性。對(duì)于基質(zhì)復(fù)雜、新型藥物成分的分析鑒定，高分辨質(zhì)譜可依靠其高分辨率和高靈敏度，排除干擾獲得有效可靠的數(shù)據(jù)。

【實(shí)驗(yàn)/設(shè)備條件】

儀器參數(shù)

分辨率選擇：120,000 FWHM（200 m/z）

掃描范圍：40-550 m/z，全掃描（Fullscan模式）；

AGCTarget：1e6

EI模式：300℃，70eV

PCI模式：220℃，70eV；甲烷氣，流速1.5 mL/min

色譜和進(jìn)樣器方法

液體進(jìn)樣，1.0 µL

程序升溫梯度:

初始溫度:150℃，保持1 min；10℃/min至280℃，保持10 min；50℃/min至310℃，保持2 min

進(jìn)樣模式：不分流進(jìn)樣；載氣流速: 1.2 mL/min（恒流模式）

【實(shí)驗(yàn)/操作方法】

尿樣以正己烷離心提取上清液后直接進(jìn)樣分析。

【實(shí)驗(yàn)結(jié)果/結(jié)論】

樣品采集

GC-Orbitrap MS采用全掃描（FullScan）采集模式，在分辨率可達(dá)60,000FWHM（200 m/z）以上，通過(guò)超高的分辨率在有效分離化合物的同時(shí)可得到相應(yīng)的高分辨率精確質(zhì)量數(shù)據(jù)，為定性定量提供準(zhǔn)確信息。

高分辨率獲得準(zhǔn)確信息

在實(shí)際樣品檢測(cè)中，GC-Orbitrap MS在每個(gè)掃描過(guò)程中，均可保持良好的質(zhì)量精度，獲得可靠的數(shù)據(jù)信息。圖1選取了精神類藥品可拉明（Nikethamide），測(cè)定其每個(gè)掃描點(diǎn)下特征碎片離子的質(zhì)量偏差，每個(gè)采集點(diǎn)的質(zhì)量準(zhǔn)確度均在1 ppm以內(nèi)（分辨率120,000 FWHM,200 m/z）；根據(jù)質(zhì)譜圖中每個(gè)特征碎片離子的精確質(zhì)量數(shù)進(jìn)行化學(xué)式推導(dǎo)，其碎片離子的分子式匹配準(zhǔn)確，質(zhì)量準(zhǔn)確度偏差均在1 ppm以內(nèi)。

圖1.化合物相關(guān)信息

不同電離模式結(jié)合定性處理

本實(shí)驗(yàn)采用電子轟擊電離（EI）和正化學(xué)電離（PCI）兩種模式分別采集數(shù)據(jù)，以獲得豐富的化合物定性信息。EI獲得準(zhǔn)確的碎片離子精確質(zhì)量數(shù)信息，PCI可得到化合物對(duì)應(yīng)的分子離子信息以確定其分子量。

分辨率120,000 FWHM（200 m/z）模式下可獲得高分辨精確質(zhì)量數(shù)數(shù)據(jù)，從而得到豐富的質(zhì)譜信息，對(duì)化合物結(jié)構(gòu)推導(dǎo)起到了重要作用。如圖2所示，對(duì)TIC中各個(gè)響應(yīng)較高的色譜峰進(jìn)行初步定性處理，確定除17.10 min以外，其他色譜峰均與目標(biāo)化合物無(wú)關(guān)。

圖2.實(shí)際樣品信息

同時(shí)獲得了PCI電離模式下對(duì)應(yīng)的TIC圖。通過(guò)兩種電離模式下獲得的質(zhì)譜信息，可確定該化合物其母離子應(yīng)為326.0728 m/z?？梢赃M(jìn)一步根據(jù)質(zhì)譜信息進(jìn)行化合物結(jié)構(gòu)解析。

圖3.化合物EI、PCI色譜和質(zhì)譜圖

數(shù)據(jù)分析

EI模式下該化合物對(duì)應(yīng)的質(zhì)譜圖，對(duì)其主要特征離子進(jìn)行元素組成推導(dǎo)。元素范圍限定常見(jiàn)的C, H, O, N, P, S,Cl, Br, F等，根據(jù)其分子離子峰質(zhì)量數(shù)，設(shè)定對(duì)應(yīng)元素的數(shù)量范圍，如下圖所示。GC-Orbitrap MS可提供高分辨精確質(zhì)量質(zhì)譜圖，其質(zhì)量偏差可保證在1 ppm范圍，進(jìn)而可對(duì)可能的元素組成結(jié)果進(jìn)行有效篩選（偏差越大，可能結(jié)果越多）。

圖4.化合物元素組成推導(dǎo)

根據(jù)其分子離子峰的不飽和度信息、同位素峰形進(jìn)一步判斷，該化合物含有一個(gè)Cl元素；同時(shí)通過(guò)精細(xì)同位素確定其含有N和數(shù)量范圍。

圖5.精細(xì)同位素峰形

綜合各因素判斷，最終確定該化合物分子式為C17H12N4ClF。根據(jù)其元素組成對(duì)碎片離子組成進(jìn)行初步推導(dǎo)，結(jié)果如下圖所示。所有特征碎片的元素組成結(jié)果唯一，且所有碎片離子質(zhì)量偏差均＜1 ppm。

圖6.化合物結(jié)構(gòu)信息

通過(guò)檢索可知，該化合物為苯二氮?類鎮(zhèn)靜催眠藥[4]，主體結(jié)構(gòu)與三唑 侖類似。

結(jié)論

對(duì)于新興未知化合物的分析鑒定，由于缺少可供參考的數(shù)據(jù)，加之在實(shí)際樣品中受到基質(zhì)樣品的干擾以及本身濃度的限定，因而測(cè)定手段需要具備可提供準(zhǔn)確化合物定性信息、強(qiáng)抗干擾能力（樣品干擾、儀器穩(wěn)定性）和高靈敏度。GC-Orbitrap MS高分辨質(zhì)譜系統(tǒng)，具備高分辨率（60,000 FWHM以上）、高質(zhì)量精度（長(zhǎng)時(shí)間質(zhì)量偏差可在1 ppm以內(nèi)）和高靈敏度。在未知物鑒定中，結(jié)合不同的電離模式（EI、CI）和其他技術(shù)（VeV可變電子電壓技術(shù)[5]），GC-Orbitrap MS能夠提供精確可靠的定性信息，進(jìn)一步提升化合物鑒定的簡(jiǎn)便性和準(zhǔn)確性。

【儀器/耗材清單】

GC-Orbitrap MS

【參考文獻(xiàn)】

[1].  Comprehensive comparison of liquid chromatography selectivity as provided by two types of liquid chromatography detectors (high resolution mass spectrometry and tandem mass spectrometry):"Where is the crossover point?"

[2].《2013年世界毒品報(bào)告》

[3].《2017年世界毒品報(bào)告》

[4].  https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/compound/10359044#section=Names-and-Identifiers

[5].  GC Orbitrap GC-MS系統(tǒng)上的EI軟電離-可變電子電壓技術(shù)（VeV）