引言
香烟烟气包含数千种化合物，包括挥发性、非挥发性和颗粒物相物质 [1]。由于该混合物的高度复杂性，全面识别和定量所有成分并综合评估潜在健康危害是分析化学中的重大挑战。定量分析通常基于靶向方法，使用真实参考标准和同位素标记内标测量特定分析物，以实现高灵敏度和准确性。然而，当此类分析不作为更大评估框架的一部分时，其在同时分析未知成分和无参考标准的分析物方面能力有限。相比之下，非靶向分析 (NTA) 方法最近引起了相当大的关注，作为全面检测复杂基质样品（包括香烟烟气）中成分的有用方法 [[2], [3], [4]]。
在靶向分析方法中，特定化学物质的指南、标准文件、官方方法或推荐程序是公开可用的。例如，有烟草相关分析物的标准化方法 [[5], [6], [7], [8]]。相比之下，NTA 方法尚未实施技术标准化。这部分归因于 NTA 固有的灵活性和广泛范围，这在确保分析结果的可靠性和建立适当的评估标准方面造成了技术挑战。这些挑战包括确保跨多种化合物的稳健性，依赖分析和仪器条件，定义大型数据集的可重现数据处理参数（例如，峰挑选/提取/检测的条件和可重现性），以及建立定性注释和定量浓度估计的可靠性标准（例如，评估与真实值的偏差，评估库匹配和结构阐明中的识别准确性）。尽管在各种协会和组织（如 CORESTA（烟草相关科学研究合作中心）和 ISO（国际标准化组织））内部已经讨论了烟草产品评估指南的开发，但尚未建立明确的标准、指标或系统有效性评估框架。为了确保 NTA 的可靠性，定义有效性评估指标并系统验证此类有效性至关重要。
在进行不限制检测范围的综合分析（如 NTA）时，基质的影响不可忽视，这构成了重大的技术挑战。在过去二十年中，高分离度和质谱技术的重大进展改善了复杂化学混合物的分析。如全二维气相色谱 - 飞行时间质谱 (GC × GC–TOFMS) 和液相色谱 - 陷阱离子迁移谱 - 四极杆飞行时间质谱 (LC–TIMS–QTOFMS) 等技术提供了增强的色谱分离、精确质量测量，以及检测和注释已知和未知成分的互补能力。
GC × GC–TOFMS 和 LC–TIMS–QTOFMS 提供了表征化学多样成分的综合分析能力。GC × GC–TOFMS 为挥发性和半挥发性化合物提供高色谱分离能力，并产生可与既定质谱库比较的电子电离质谱。然而，其适用性主要限于在分析条件下足够挥发且热稳定的化合物，不太适合非挥发性、热不稳定性和高分子量成分。相比之下，LC–TIMS–QTOFMS 将分析领域扩展至难以通过气相色谱分析的非挥发性、热不稳定性、极性和高分子量成分。精确质量、串联质谱和离子迁移导出的碰撞截面的组合提供了化合物注释的多重正交描述符。尽管如此，LC–MS 响应可能强烈依赖于分子结构、电离模式、加合物形成和基质依赖性离子抑制，且许多化合物的参考光谱和碰撞截面数据仍然不可用。因此，预计任何一个平台单独都无法代表香烟烟气的全部物理化学多样性。
NTA 已越来越多地应用于环境科学、食品科学和代谢组学等不同领域 [[9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]]。对于环境样品，如地表水和大气颗粒物，以前的研究报告了同时检测并比较数百到数千种痕量成分，展示了综合分析在表征未知化合物方面的效用 [[17], [18], [19], [20], [21], [22]]。类似地，NTA 已广泛用于食品分析和代谢组学中的差异分析和生物标志物发现 [3,[23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30]]。
NTA 以前曾应用于香烟烟气和烟草气溶胶成分 [[31], [32], [33], [34], [35], [36], [37]]，以前的研究评估了化合物注释可靠性、浓度估计准确性、检测性能和重现性。也提出了传达化合物鉴定置信度的国际指南 [38]。然而，将这些性能特征整合到高度复杂的香烟烟气基质的系统验证框架中的研究仍然有限。这种系统性评估的缺乏是建立 NTA 工作流程的科学可靠性和实际适用性的主要障碍。
在本研究中，我们开发了一个针对应用于香烟主流烟气的五种互补 NTA 方法的系统验证框架。评估的方法包括两种针对高挥发性 (HV) 和半挥发性 (SV) 成分的 GC × GC–TOFMS 方法，以及三种使用正电子喷雾电离 (ESI(+))、负电子喷雾电离 (ESI(?)) 和正大气压化学电离 (APCI(+)) 的 LC–TIMS–QTOFMS 方法，以扩展跨具有不同极性和电离行为的成分的覆盖范围。它们的结合使用旨在扩大物理化学覆盖范围，同时允许使用特定方法的注释标准评估共同的性能特征。该框架评估了仪器检测和注释性能、特定方法的库搜索阈值、半定量浓度估计的准确性和精度，以及分析覆盖范围。随后，评估的工作流程被应用于肯塔基参考香烟 (1R6F) 主流烟气的全面谱图分析。
