首款基于静电场轨道阱技术的全新气质高分辨系统

【核心介绍】2015年美国质谱年会（ASMS），赛默飞世尔科技推出了全新气相色谱质谱联用仪- Q Exactive GC，这是首款基于静电场轨道阱技术的气质高分辨产品。静电场轨道阱（Orbitrap）技术独特的高分辨率和高质量精度与气相色谱独特分离特性相结合，大大提升了气相色谱质谱联用仪器的定性、定量性能。相比于其他气质高分辨产品，Q Exactive GC在定性能力上有更大的突破，并且拥有超强的可媲美三重四极杆的定量能力。作为Orbitrap质谱家族的新成员，Q Exactive GC的出现也进一步开启了气质检测的 　

首款基于静电场轨道阱技术的全新气质高分辨系统

彭兴，朱曼洁

（赛默飞世尔科技（中国）公司，上海市，201206）

摘 要 2015年美国质谱年会（ASMS），赛默飞世尔科技推出了全新气相色谱质谱联用仪- Q Exactive GC，这是首款基于静电场轨道阱技术的气质高分辨产品。静电场轨道阱（Orbitrap）技术独特的高分辨率和高质量精度与气相色谱独特分离特性相结合，大大提升了气相色谱质谱联用仪器的定性、定量性能。相比于其他气质高分辨产品，Q Exactive GC在定性能力上有更大的突破，并且拥有超强的可媲美三重四极杆的定量能力。作为Orbitrap质谱家族的新成员，Q Exactive GC的出现也进一步开启了气质检测的新纪元。

关键词 静电场轨道阱；Q Exactive GC；气质高分辨产品；定性、定量性能

中图分类号 O657.63

The first Gas Chromatography and High- resolution /accurate-mass Mass Spectrometer (GC-MS) System based on Orbitrap Technology

PENG Xing，ZHU Manjie

（Thermo Fisher Scientific（China）Inc., Shanghai, 201206）

Abstract During the ASMS Conference held in 2015, Thermo Fisher Scientific launches a new gas chromatography-mass spectrometer (GC-MS) system - Q Exactive GC, which is the first high-resolution GC-MS system based on Orbitrap technology. Orbitrap technology is characteristic of high-resolution and high mass accuracy, which can be combined with GC separation technology to greatly enhance qualitative and quantitative performance of GC-MS system. Compared to other high-resolution GC-MS products, Q Exactive GC shows advantages in qualitative ability, and achieves a comparable quantitative performance with triple quadrupole mass spectrometers.As a new member of Orbitrap mass spectrometer family, Q Exactive GC opened up a new era for GC-MS detection.

Key words Orbitrap；Q Exactive GC；Gas chromatography and high-resolution mass spectrometer products；Qualitative and quantitative

赛默飞世尔科技推出了全新气相色谱质谱联用仪- Q Exactive GC，这是首款基于静电场轨道阱技术的气质高分辨产品。

1 全新的产品，拥有完美的仪器性能

1.1超高分辨率及质量精度

Q Exactive GC分辨率高达120,000FWHM（200 m/z），使其通过精确质量数达到不同化合物的完美分离，更有效的避免了假阳性结果。Dominic Roberts等^[1]研究发现在， 60,000 FWHM（200 m/z）和 120,000 FWHM（200 m/z） 分辨率条件下，氯苯胺灵（127.01833 m/z）与干扰离子（127.02118 m/z）质谱峰基本实现基线分离，从而获得偏差极小的精确质量数。而在 15,000 FWHM（200 m/z）和 30,000 FWHM（200 m/z） 分辨率条件下，由于无法将氯苯胺灵和干扰离子有效分辨，使得实测质量数与理论值偏差较大。在 15,000 FWHM（200 m/z） 分辨率下，质量偏差达到 18.4 ppm。所以分辨率越高（至少要在60,000以上），才越有可能获得可靠的数据。

Q Exactive GC不仅仅具有超高分辨率以及超高的质量精度，仪器也具有长时间的稳定性。48小时连续采集数据，质量偏差仍可保持在1 ppm范围内^[2]。

1.2 高灵敏度，定量能力更强

Q Exactive GC突破了高分辨仪器灵敏度的限制，灵敏度不受分辨率（15,000、30,000、60,000和120,000）变化的影响。媲美三重四极杆的定量能力，分析浓度可达ppt级^[3]。Cristian Cojocariu等^[4]研究发现，当重复进样加标浓度为5.0 ng/g 含135种农残化合物的婴儿食品样品时，可观察到测量数据具有稳定的亚 ppm 质量数精度，所有化合物均在1 ppm以内，部分化合物在0.4 ppm。仪器具有更宽的的定量动态范围，可达6个数量级，可同时满足极低浓度及高浓度化合物的准确定量。

1.3 操作简单，维护方便

Q Exactive GC更多的简化了仪器操作、数据处理步骤，提供集成性更大的软件，简化了仪器操作步骤。对于日常维护，采用了特有的真空锁装置，可在不泄真空的情况下完成离子源及色谱柱的快速维护，保证了仪器工作的连续性。

1.4 多种扫描模式，提供更可靠的数据

通过精确质量全扫描模式下采集数据，保证了数据的完整性，有利于数据的溯源。同时，结合不同的离子化形式，可对化合物进行综合分析。除此之外，仪器具备选择离子检测（SIM）、二级碎裂（MS/MS）等扫描模式，为化合物的鉴定提供多种定性方式。

2 全新、强大的科研工具

作为一款全新的高分辨仪器，Q Exactive GC突破了气质产品的性能限制。为客户在目标化合物筛查、确证，未知物鉴定，常规检测方面提供了强大的工具和全新的体验。

2.1 目标化合物快速筛查

农药的痕量多残留检测，一直是农药残留分析的研究重点和发展趋势，是分析化学工作者追求的目标。高分辨选择性上，只有当分辨率高于50,000（m/z 200）时，高分辨全扫描方式的选择性才会体现出优于三重四极杆质谱MRM的扫描模式，即交叉点（crossover point）。 因此在样品筛查分析过程中，Q Exactive GC高分辨质谱参数选择了60,000到120,000 （m/z 200）的分辨率，大大提高了农药残留定性筛查的速度和结果的可靠性，同时获得更准确的定量结果。

基于Q Exactive GC高分辨质谱，赛默飞上海应用开发中心初步建立了435种农药化合物精确质量数据库^[2]，可在35分钟内完成样品数据采集以及农药未知物筛查的工作，具有灵敏度高、分辨率好，特异性强、重现性好等特点。所有农药能够在一律标准（10.0μg/kg）下定性检出，方法的灵敏度完全能够满足农残日常检测的需要，绝大部分农药在较低浓度下仍能检出。

2.2 痕量分析

Q Exactive GC 能够提供的质量分辨率高达 120,000 FWHM（m/z 200） ，可实现高准确度的质量测定，从而有效地在复杂基质中将目标化合物与质量数杂质有效分离。高扫速和单次目标分析物扫描内的高动态范围（大于 5000分辨率）也都有助于从复杂基质中检出痕量化合物。Dominic Roberts[1]等研究发现，当加标浓度为10 ng/mL 时，所添加的55 种农药都在小麦、马饲料、和韭葱样品中均可成功检出。不仅如此，绝大多数农药都可以在更低的浓度被检出。

2.3 代谢组学

代谢组学(metabonomics或metabolomics)旨在通过研究生物体各种生物活动中及受刺激或扰动后其代谢产物的变化，提供生物体内全部（特别是分子质量为1000 m/z以下的小分子）代谢物的质、量、时、空、代谢和信息反馈途径以及相应的各代谢步骤及其各代谢层次及终极代谢结果的动态信息。

气相色谱质谱联用仪（GC-MS）基于其自身的优点经常用于代谢组学分析，尤其是其色谱分辨率、重现性、峰容量及丰富的质谱库。Stefan Weidt等^[5]利用Q Exactive GC建立了非靶向代谢组学工作流程，检测了大鼠模型中的生物标记物，以判定其死亡时间。综合高分辨率、高质量数精度、数据解卷积处理，使用 SIMCA 等软件进行多变量统计分析，最终获得了随着死亡时间含量不断增加的代谢物。

同时，以组学为研究工具的食品组学也得到了迅速发展，主要是对食品科学、营养学、食品安全、食品品质、转基因食品以及新型食品等重要食品领域的内容进行评估。利用Q Exactive GC的高性能，在食品组学中也有较高的应用价值。

2.4鉴定未知化合物

采用全扫描模式获取精确质量数保证了数据的溯源性，从而发现并鉴定未知化合物。在保证精确质量数准确的条件下，可通过实测得到的精确质量数以及同位素比例推测未知化合物的元素组成。Q Exactive GC可在高分辨模式下，保证小于1 ppm 质量偏差的分析数据可将目标未知化合物可能的化学元素组成控制在最小数量内。

Dominic Roberts^[6]等实验发现，实测为304.10058 m/z的离子可能的元素组成结果数量，其中各化学元素的个数范围为：碳（C）1-50，氢（H）1-50、氧（O）1-20、氮（N）1-20、磷（P） 1-10、硫（S）1-10。当质量偏差缩小至1 ppm 范围时，推测结果仅剩下两个偏差小于 0.5 ppm 的化学元素组成。其卓越的亚 ppm 级质量准确度可通过缩小质量偏差范围有效加快未知物的鉴定进程。

3 结论

Q Exactive GC所拥有的高性能以及在相关领域的应用前景，突破了气质产品的性能限制，为客户提供了全新的体验。

参考文献

[1]. Dominic Roberts, Hans Mol, Marc Tienstra, et al. High Efficiency, Broad Scope Screening of Pesticides Using Gas Chromatography High Resolution Orbitrap Mass Spectrometry[Z]. Thermo Fisher Scientific, AN10448-EN 0415S, 2015, 06.

[2]. 彭兴，朱曼洁，李春丽，芦苓. 基于Q Exactive - GC精确质量数据库筛查及确证食品中435种农药多残留[Z].赛默飞世尔科技, AN_C_GCMSMS_3_201506Y, 2015,07.

[3]. Cristian Cojocariu, Dominic Roberts, Michael T, et al. Fast Screening, Identification, and Quantification of Pesticide Residues in Baby Food Using GC Orbitrap MS Technology [Z]. Thermo Fisher Scientific, AN10449-EN 0415S, 2015, 06.

[4]. Cristian Cojocariu, Dominic Roberts, and Paul Silcock. The Power of High Resolution Accurate Mass Using Orbitrap based GC-MS [Z]. Thermo Fisher Scientific, WP10456-EN 0515S, 2015, 06.

[5]. Stefan Weidt, Bogusia Pesko, Cristian Cojocariu, et al. Untargeted metabolomics Using Orbitrap -based GC-MS [Z]. Thermo Fisher Scientific, AN10457-EN 0415S, 2015, 06.

[6]. Dominic Roberts, Cristian Cojocariu, and Paul Silcock. High Mass Resolution is Essential for Confident Compound Detection [Z]. Thermo Fisher Scientific, TN10455-EN 0515S, 2015, 06.