聽聞我國(guó)的5G建設(shè)已經(jīng)完成80%，在家辦公的飛飛也是喜大普奔，畢竟一個(gè)多月居家隔離、云辦公，全靠wan能的互聯(lián)網(wǎng)大神凱瑞。網(wǎng)絡(luò)講座、在線會(huì)議、慕課、直播，成熟的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用加持下，我們隔離了病毒，不隔離溝通。

5G 給我們一個(gè)新的維度

不遠(yuǎn)的將來，5G技術(shù)大面積鋪開應(yīng)用，勢(shì)必讓我們的生活產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。為什么5G如此硬核，僅僅因?yàn)樗臄?shù)據(jù)傳輸速率高達(dá) 20 Gbps，秒秒鐘就下一部學(xué)（娛）習(xí)（樂）視頻嗎？不！5G帶來的改變，不僅僅在于速度的提升，5G與人工智能、大數(shù)據(jù)相結(jié)合，將開啟萬(wàn)物互聯(lián)的全新時(shí)代。說5G為我們所處的三維世界加上一個(gè)新的維度，也不足為過。

在不同的領(lǐng)域，引入和結(jié)合新的技術(shù)，也往往也會(huì)帶來類似的“升維”體驗(yàn)。

我們熟知的色譜質(zhì)譜世界經(jīng)過近百年的發(fā)展，分析技術(shù)從色譜拓寬到色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，從逐個(gè)色譜峰剪下稱重到批量處理組學(xué)分析大樣本數(shù)據(jù)，從幾百分辨率進(jìn)化到動(dòng)則上百萬(wàn)分辨率的質(zhì)譜，每次技術(shù)革新無(wú)一例外，都為我們展示了更復(fù)雜的數(shù)據(jù)維度和深度。

色譜質(zhì)譜世界Z的“維度”體驗(yàn)，莫過于多維色譜技術(shù)。

上世紀(jì)90年底初，Jorgenson和Phillips先后提出了全二維液相色譜和全二維氣相色譜的方法。以氣相色譜為例，全二維氣相色譜（GC×GC）不同于普通的二維氣相色譜（GC+GC）。GC+GC一般采用ZX切割的方法，不能完全利用二維氣相色譜的峰容量。而GC×GC通過調(diào)制器將兩根不同極性的色譜柱以串聯(lián)的形式連接，使得**根色譜柱的餾出物在調(diào)制器內(nèi)進(jìn)行濃縮聚集，然后以周期性的脈沖方式釋放到第二根色譜柱上繼續(xù)分離，Z終從第二根色譜柱進(jìn)入檢測(cè)器。

全二維GC×GC原理示意圖

圖片引自：Jens Dallüge, Beens J , Brinkman U A T . Comprehensive two-dimensional gas chromatography: a powerful and versatile analytical tool[J]. Journal of Chromatography A, 2003, 1000(1-2):69-108.

質(zhì)譜分析結(jié)合全二維氣相色譜（GC×GC），再次為化合物定性分析拓寬了維度，然而，GC×GC-MS至今未得到大范圍的推廣應(yīng)用，除了傳統(tǒng)的熱調(diào)制器安裝繁復(fù)，對(duì)操作人員的要求較高之外，Z重要的原因在于：數(shù)據(jù)廣度拓寬之余深度的挖掘不足。通常與GC×GC相聯(lián)用的四極桿質(zhì)譜或低分辨飛行時(shí)間質(zhì)譜，無(wú)法提供足夠的樣品分析靈敏度和高質(zhì)量、高分辨的極ng確質(zhì)譜信息，致使GC×GC分離所得的色譜峰只有少部分得以定性確認(rèn)。

高分辨靜電場(chǎng)軌道阱氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-Orbitrap/MS）自推出以來，以其出色的分辨率、靈敏度、質(zhì)量精度、動(dòng)態(tài)范圍，在未知樣品揮發(fā)性成分分析中展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。

那么，Orbitrap/MS與GC×GC的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，是不是又可以帶來一次GC-MS分析的 “升維”體驗(yàn)?zāi)兀?/span>

全二維GC×GC-Orbitrap/MS安裝及原理示意圖

我們對(duì)一個(gè)復(fù)雜的植物精油樣品，分別采用一維GC-Orbitrap/MS和全二維GC×GC-Orbitrap/MS分析，并對(duì)比了二者的分析結(jié)果。一維GC-Orbitrap/MS數(shù)據(jù)通過高分辨解卷積軟件處理，在樣品中共分析得到揮發(fā)性化合物峰473個(gè)，共定性出化合物244個(gè)（HRF Score > 90, SI > 650, RSI > 650, ΔRI < 30）。全二維GC×GC-Orbitrap/MS數(shù)據(jù)解析得到有效色譜峰733個(gè)，定性揮發(fā)性化合物482個(gè)（SI > 650, RSI > 650, ΔRI < 30）。

精油樣品一維GC-Orbitrap/MS分析總離子流圖（TIC）

精油樣品全二維GC×GC-Orbitrap/MS分析結(jié)果（3D視圖）

有趣的是，這個(gè)精油樣品的色譜圖可以根據(jù)是否依賴二維分離定性，分割成兩部分。

精油樣品全二維GC×GC-Orbitrap/MS分析結(jié)果（2D視圖）

一維保留指數(shù)（RI）小于1400部分的化合物，基本不存在一維保留時(shí)間完全重疊的色譜峰，可以通過高分辨解卷積對(duì)峰進(jìn)行分離定性。以一維保留指數(shù)900 < RI < 1000的化合物為例，一維的GC-Orbitrap/MS分析共鑒定出揮發(fā)性化合物19個(gè)，而GC×GC-Orbitrap/MS僅定性出揮發(fā)性化合物10個(gè)。

對(duì)于一維RI > 1400部分的化合物，存在大量一維保留時(shí)間相同的化合物，以1420 < RI < 1830為例（下圖），全二維氣相色譜通過串聯(lián)兩根不同極性的色譜柱，一針進(jìn)樣實(shí)現(xiàn)以往雙柱分離的效果，很大程度上簡(jiǎn)化了從復(fù)雜樣品中鑒定未知化合物的流程。

一維保留指數(shù)1420 < RI < 1830段的化合物（全二維數(shù)據(jù)2D視圖）

分析數(shù)據(jù)有“量”還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，“質(zhì)”才是評(píng)判質(zhì)譜數(shù)據(jù)價(jià)值的標(biāo)桿。

我們選取了TIC圖中樣品中峰面積Zda的化合物—乙酸冰片酯（RT 36.43 min，TIC Area 2.07E11）和相對(duì)面積較小的化合物—丁香酚（RT 39.53 min，TIC Area 1.93E7），查看這兩個(gè)化合物的極ng確質(zhì)量數(shù)測(cè)量結(jié)果、測(cè)量偏差及同位素離子豐度比率（下圖）。

Orbitrap/MS實(shí)測(cè)代表化合物的質(zhì)量數(shù)、質(zhì)量偏差及同位素離子豐度比率

對(duì)于一維GC-Orbitrap/MS數(shù)據(jù)而言，無(wú)論是高響應(yīng)的乙酸冰片酯，還是低響應(yīng)的丁香酚，實(shí)測(cè)特征離子m/z 95.0855 (C₇H₁₁⁺，乙酸冰片酯)，m/z 164.0832 (C₁₀H₁₂O₂⁺，丁香酚)及其M+1，M+2離子的質(zhì)量偏差均小于2 ppm。而GC×GC-Orbitrap/MS的數(shù)據(jù)中，除了豐度極低的C₈^[13]C₂H₁₂O₂⁺離子質(zhì)量偏差為7.6 ppm外，其余離子的質(zhì)量偏差均小于3 ppm。無(wú)論是一維還是全二維的數(shù)據(jù)，均展示了與天然同位素豐度比率極為相似的同位素豐度值，可用于輔證化合物的定性結(jié)果。可見，即使為了GC×GC分離提高了Orbitrap/MS的掃描速度，也能得到高質(zhì)量精度的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。

誕生于上世紀(jì)90年代的全二維氣相色譜，極大程度地拓展了極端復(fù)雜未知樣品（如油品、環(huán)境污染物、精油、煙氣等）的分析廣度。而靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜提供的高分辨、高靈敏度、高精度的數(shù)據(jù)為未知化合物定性分析提升了可挖掘深度。

新質(zhì)譜技術(shù)在經(jīng)典的色譜技術(shù)強(qiáng)勢(shì)輔助下，實(shí)現(xiàn)了又一技術(shù)“升維”，為探索未知照亮一束光…

參考文獻(xiàn)：

1、許國(guó)旺,葉芬,孔宏偉,路鑫,趙欣捷. 全二維氣相色譜技術(shù)及其進(jìn)展[J]. 色譜(2):132-136.  

2、Jens Dallüge, Beens J , Brinkman U A T . Comprehensive two-dimensional gas chromatography: a powerful and versatile analytical tool[J]. Journal of Chromatography A, 2003, 1000(1-2):69-108.

全二維氣相色譜高分辨質(zhì)譜聯(lián)用應(yīng)用

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