轨道阱（Orbitrap）与傅里叶变换离子回旋共振质谱（Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry）在溶解有机物质分析中的比较

《Environmental Chemistry Letters》：Comparison of Orbitrap and Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry for the analysis of dissolved organic matter

　　

摘要

溶解有机物质在气候调节、污染物传输和生态系统功能中起着核心作用，但其详细的分子组成至今尚未得到充分研究。傅里叶变换质谱仪能够提供前所未有的分子信息，但目前尚不清楚不同类型仪器所得到的分子“指纹”是否具有可比性。本研究比较了两种工作在7特斯拉（T）和12特斯拉（T）强度下的傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-ICR），以及一种采用电喷雾电离和常压光电离技术的超高压Orbitrap系统，用于分析海洋、河流、地下水和陆地中的溶解有机物质。结果显示，经内部校准后，所有仪器的质量精度均低于0.2 ppm，并且能够分辨质量差异小于3.4 mDa的分子成分，这表明观察到的差异并非主要由校准质量引起。然而，这些仪器所探测到的分子范围存在差异：在电喷雾电离模式下，FT-ICR质谱仪的数据集覆盖的质量范围更广，其中12T仪器的检测范围集中在m/z 470附近；7T仪器在m/z 765附近还表现出一个额外的高质量峰；而Orbitrap系统则产生了一个更狭窄的检测范围，主要集中在m/z 400附近。在光电离模式下，Orbitrap系统的检测范围尤其延伸至较低质量区域（尤其是m/z 100至250之间）。在大多数样品和仪器中，有超过3000种化合物被可靠地检测到，并且所有三种平台都识别出了51%的相同分子结构。尽管存在仪器特异性检测偏差，但通过Van Krevelen分析和主成分分析仍能够根据环境来源对样品进行有效区分，其中地下水和泥炭地中的富里酸形成了独特的分子组成特征。这些结果表明，Orbitrap和FT-ICR质谱技术为溶解有机物质提供了互补的分子层面的分析视角。

溶解有机物质在气候调节、污染物传输和生态系统功能中发挥着关键作用，但其详细的分子组成仍不为人所充分了解。傅里叶变换质谱仪能够揭示前所未有的分子信息，但目前尚不清楚不同仪器所得到的分子“特征”是否具有可比性。本研究比较了两种工作在7特斯拉（T）和12特斯拉（T）强度下的傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-ICR），以及一种采用电喷雾电离和常压光电离技术的超高压Orbitrap系统，用于分析海洋、河流、地下水和陆地中的溶解有机物质。结果显示，经过内部校准后，所有仪器的质量精度均低于0.2 ppm，并且能够分辨质量差异小于3.4 mDa的分子成分，这表明观察到的差异并非主要由校准质量引起。然而，这些仪器所探测到的分子范围存在差异：在电喷雾电离模式下，FT-ICR质谱仪的数据集覆盖的质量范围更广，其中12T仪器的检测范围集中在m/z 470附近；7T仪器在m/z 765附近还表现出一个额外的高质量峰；而Orbitrap系统则产生了一个更狭窄的检测范围，主要集中在m/z 400附近。在光电离模式下，Orbitrap系统的检测范围尤其延伸至较低质量区域（尤其是m/z 100至250之间）。在大多数样品和仪器中，有超过3000种化合物被可靠地检测到，并且所有三种平台都识别出了51%的相同分子结构。尽管存在仪器特异性检测偏差，但通过Van Krevelen分析和主成分分析仍能够根据环境来源对样品进行有效区分，其中地下水和泥炭地中的富里酸形成了独特的分子组成特征。这些结果表明，Orbitrap和FT-ICR质谱技术为溶解有机物质提供了互补的分子层面的分析视角。