HIGH RESOLUTION MASS SPEC
高分辨质谱一般包括飞行时间质谱(TOF)、轨道阱质谱(Orbitrap)、磁质谱和傅里叶变换-离子回旋共振质谱(FT-ICR)。然而,并不是所有飞行时间质谱(TOF)都能被称为高分辨质谱。
根据美国食品药品监督管理局(FDA)食品和兽药项目(Foods and Veterinary Medicine Program)2015年发布的《利用精确质量数鉴定确认化学残留的接受标准》一文中,明确将目标m/z 分辨率(半高峰宽FWHM)≥10,000的质谱定义为“高分辨质谱high resolution mass spectrometry (HRMS)”。
欧盟在EU 2002/657/EC指南中将高分辨质谱定义为(双峰法)10%峰谷处分辨率≥10,000,转换成FWHM定义相当于20,000左右,但此标准未定义质量准确度。2013年欧洲食品与健康总局(SANTE)的SANCO/12571/2013中,将高分辨质谱定义为具有高分辨力的质谱,通常分辨率超过20,000。然而在最新的SANTE/11312/2021中,取消了“高分辨质谱”这一词条,改为明确要求质量准确度≤5 ppm。
目前我国在《质谱方法通则》(GB T 6041-2020)中,未明确定义高分辨质谱标准,而在《禽畜血液和尿液中150种兽药及其他化合物鉴别与确认》(农业农村部公告第197号-9-2019)中,鉴别法要求母离子质量准确度≤5 ppm。
图1 FDA标准对FWHM定义
分辨率=M/△M,
M为目标m/z,△M为目标m/z峰高一半时的宽度(如上图所示)
质量准确度(ppm)=(实测质量数-理论质量数)/理论质量数x106。
FDA和SANTE高分辨质谱全扫描模式(Full Scan)鉴别和确认要求?
FDA要求至少两个具有结构特征(structurally significant)的母离子,且准确度均≤5 ppm。
SANTE要求两个离子的质量准确度均≤5 ppm,其中至少有1个碎片离子(例:不能两个为同位素母离子),两个离子中最好有分子离子(M+或M-)、得质子分子离子(M+H或M-H)或加合离子(如M+NH4+)。(SANTE认为如果两个离子间仅相差水分子,对鉴别意义不大)m/z<200时准确度<1 mDa,离子比吻合。
在高分辨质谱方法中,空白样中目标m/z完全没有噪音时(即无法计算信噪比S/N)时,确定样品中有效信号(即阳性)的方法?
例:毒品芬太尼理论精确质量数336.2202,即[M+H]+为337.2274,三重四级杆受分辨率限制,只能输出337.2±0.2 Da段的总信号,空白样品不含芬太尼,因此337.2±0.2 Da总信号记作噪音(N),国标中绝大多数都以信噪比(S/N)≥3为检出限。
但高分辨质谱可以精确解析这些无关信号,空白样品中可能完全没有m/z 337.2274(±5 ppm)信号,即噪音为零。
对此FDA和SANTE作出以下解释:
FDA:可以设定样品与对比标准品的相对信号强度阈值,来识别信号。
SANTE:样品中必须连续5张图都存在该m/z才能确定为信号。
FDA和SANTE对筛查检测(定性或半定量检测)质谱的要求?
FDA和SANTE均未对用于筛查检测的质谱提出分辨率要求,甚至不要求色谱分离,但筛查结果需要与数据库作对比,并要求假阴性<5%,假阳性<10-15%,因此实际多用高分辨质谱。FDA提出即使在鉴定确认实验前,先进行广谱筛查作为预实验,能够有效提高检测效率。对于非靶向方法(Non-targeted analysis),FDA和SANTE均认同可以先运用适当的方法去除背景噪音并提取峰(质谱软件一般都提供这些简便的功能)来解读这些离子峰。高分辨质谱提供的准确分子式准确度应在3 ppm以内。同位素峰的分布比例也是也是关键的筛查标准,同位素比例偏差应在5%以内,比如氯-35和氯-37的比例应接近3:1;含碳化合物的碳-12,碳-13,碳-14也应符合其分布比例(质谱软件可提供分子式的模拟分布)。
TOFWERK Vocus 2R CI-/PTR-TOF 在高灵敏度**同时,具有≥10,000高分辨率,轻松满足从环境大气、风味物质,到农残兽残、营养物质、毒品毒物的高分辨标准需求。多种电离形式、原位电离源,可供选择,提升分析物覆盖度,增强检测选择性。
*FDA标准中将Resolving Power(分辨力)定义为M/△M,Mass Resolution(分辨率)定义为△M/M,即两者互为倒数。根据质谱仪器的显示习惯和国内习惯说法,此处用分辨率代替原文分辨力。SANTE标准指出两者经常混用,按一般规律理解即可。
请留言索取下列参考文献:
[1] Food and Drug Administration, “Acceptance Criteria for Confirmation of Identity of Chemical Residues using Exact Mass Data within the Office of Foods and Veterinary Medicine ”
https://www.fda.gov/downloads/ScienceResearch/FieldScience/UCM491328.pdf
[2] European Commission, Health & Consumer Protection Directorate-General, “Guidance Document on Analytical Quality Control and Method Validation Procedures for Pesticide Residues and Analysis in Food and Feed”, SANCO/12571/2013
https://ec.europa.eu/food/sites/food/files/plant/docs/pesticides_mrl_guidelines_wrkdoc_201
7-11813.pdf
[3] European Commission, Health and Food Safety, “Analytical Quality Control and Method Validation Procedures for Pesticide Residues and Analysis in Food and Feed”, SANTE/11312/2021
[4] U.S. Food and Drug Administration Foods Program, “Guidelines for the Validation of Chemical Methods in Food, Feed, Cosmetics, and Veterinary Products (3rd Edition)”, October 2019
[5] 农业农村部,《禽畜血液和尿液中150种兽药及其他化合物鉴别与确认》(农业农村部公告第197号-9-2019)
[6] 国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会,《质谱方法通则 GB/T 6041-2020》,2020-03-31