气相色谱-负离子化学电离质谱中氮规则的提出与应用：含氮分析物谱图解析新策略

研究人员针对GC-NICI-MS/MS谱图中负电荷定位难题，提出氮规则(NICI-NR)，通过系统分析氨基酸、生物胺等含氮分析物的衍生化谱图，建立"m/z奇偶性-氮原子数"对应关系，揭示羰基碳还原是隐藏负电荷的关键位点。该研究为复杂有机物的质谱解析提供了普适性判据，发表于《Analytical Biochemistry》。

　　

在生物样本分析领域，气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)一直是定性定量的金标准。然而，当使用负离子化学电离(NICI)模式时，质谱图中负电荷的归属成为长期困扰分析工作者的难题——特别是对于含氮有机化合物，其谱图中的离子峰往往难以明确对应特定原子。传统电子电离(EI)模式下的氮规则在NICI场景中适用性有限，且衍生化引入的氟原子与羰基对电离过程的影响机制尚未厘清。这些认知空白严重制约了GC-NICI-MS在氨基酸、神经递质等含氮生物分子检测中的应用精度。

针对这一技术瓶颈，国内某研究机构的研究团队在《Analytical Biochemistry》发表重要成果。他们系统考察了氨基酸甲酯五氟丙酰衍生物、五氟苄基化生物胺等典型含氮化合物的GC-NICI-MS/MS谱图特征，创新性提出负离子化学电离氮规则(NICI-NR)。研究发现：当离子m/z为偶数且含奇数个氮原子，或m/z为奇数含偶数个氮原子时，负电荷可明确归属；其他情况（如含¹⁵
N同位素或自由基时）负电荷则"隐藏"于羰基碳的还原位点。该规则成功解释了五氟丙酸酐等衍生化试剂在NICI中的作用机制，为复杂有机物的质谱解析建立了全新范式。

研究主要采用三类关键技术：1）GC-NICI-MS/MS联用技术，以甲烷为反应气、氩气为碰撞气；2）含氮化合物衍生化策略，包括氨基酸的甲酯五氟丙酰化(PFP)、生物胺的五氟苄基溴(PFB-Br)标记；3）稳定同位素(¹³
C/¹⁵
N)标记验证技术。样本涵盖生理物质（如谷氨酸、精氨酸）和合成药物（二甲双胍、对乙酰氨基酚）。

研究结果部分，作者通过多个维度验证NICI-NR的普适性：

1. 理论背景部分阐明：在NICI中，甲烷电离产生的次级电子(e_S
   ^-
   )会还原羰基碳（氧化数从±0降至-1），形成"隐藏"负电荷；而传统EI是通过 analyte 自身电子丢失（氧化）产生正电荷。

2. 不对称二甲基精氨酸(ADMA)案例显示：m/z 634 [M-1×HF]^-
   （含4个N）符合"偶数m/z+偶数N"规则，负电荷隐藏于五氟丙酰基的羰基碳；其CID产物m/z 378（含3个N）则因"偶数m/z+奇数N"携带净负电荷于胍基N原子。

3. 同位素标记实验揭示：含²
   H或¹⁵
   N的衍生化产物会打破常规NICI-NR，如d₃
   -甲基标记的高精氨酸衍生物中m/z 603（本应隐藏电荷）实际携带净负电荷。

4. 三嗪类爆炸物RDX的NICI谱图证实：m/z 129（C₃
   H₄
   N₄
   O₂
   ）因"奇数m/z+偶数N"规则，负电荷明确位于环N原子；而¹⁵
   N₃
   -RDX的m/z 132则需同时考虑¹⁴
   N/¹⁵
   N原子数。

结论部分强调，NICI-NR的建立不仅解决了含氮化合物谱图解析的标准化问题，更揭示了衍生化试剂中羰基（而非氟原子）在NICI中的核心作用。通过明确"净负电荷"与"隐藏负电荷"的判定标准，该研究为生物样本中氨基酸、生物胺、药物的高灵敏度检测提供了理论支撑。特别值得