使用配备Agilent离子源气质联用仪氢气载气对精油进行定性 分析

对氦气 (He) 价格和供应问题的持续担忧，许多实验室正在为其气相色谱/质谱(GC/MS) 方法寻找替代载气。本应用简报介绍了将用于定性分析精油中香精与香料化合物的典型 GC/MS 方法的载气由氦气换为氢气 (H2)。将 Agilent 8890 GC 与Agilent 5977C GC/MSD 联用系统与氢气载气以及已针对氢气操作优化的新型离子源― Agilent HydroInert 离子源配合使用。与大多数传统的电子轰击电离 (EI) 离子源不同，HydroInert 离子源在使用氢气时为香精化合物提供了优异的质谱保真度。为进一步提高化合物鉴定的可信度，在 NIST23 质谱库中搜索来自 Agilent MassHunter未知物分析软件的解卷积质谱图和线性保留指数 (RI)。使用安捷伦方法转换软件选择适用于氢气的色谱柱和色谱条件，与典型氦气方法相比，分析时间缩短 60%。通过选择合适的仪器配置和操作条件，使用氢气载气的系统可以生成与使用氦气的系统相媲美的结果，且分析时间显著缩短。

精油是食品和非食品消费品中香精与香料的常见来源。由于精油中可能含有数百种萜烯和萜类化合物，其质量控制分析一直以来都具有挑战。为解决这一问题，通常会采用高分离度毛细管 GC 结合 MS 的分析方法。可以在香精与香料化合物谱库中搜索所采集的质谱图以进行鉴定，但这种做法通常是不够的，因为许多化合物（尤其是同分异构体）具有相似的谱图。因此，通常使用 RIs 作为谱图匹配的补充，以实现更可靠的鉴定。将未知物的实测 RI 与谱库搜索结果相结合，以确定最有可能的鉴定结果。本应用简报介绍了将用于定性分析精油中香精与香料化合物的典型 GC/MS 方法的载气由氦气换为氢气。然后使用这两种方法分析两种常见精油（即源自巴西的橙油和橙花油），以进行比较。使用不同的 EI 离子源组件进一步评估氢气方法，以确定能够保持谱图保真度的理想离子源。将方法从氦气载气转换为氢气载气时，需要考虑各种色谱参数，例如色谱柱选择、色谱柱流速、进样量和程序升温速率[1]。此外，针对色谱柱流速考虑质谱参数以及质谱离子源配置也非常重要。所有这些考虑因素和参数都在 安捷伦 EI GC/MS 仪器载气由氦气转换为氢气的用户指南[1] 中进行了介绍。

当确定氢法的色谱参数时，需要一种具有以下特性的方法：– 色谱柱尺寸能够实现足够高的进样口压力，以实现准确的流量控制– 色谱分离度与原始氦气方法相似– 保持与原始氦气方法相同的分析物流出顺序– 使用的色谱柱流速接近所使用色谱柱直径的最佳流速– 使用的色谱柱流速接近质谱离子源实现高灵敏度所需的最佳流速

安捷伦方法转换软件[2-4] 是一种旨在大大简化该转换过程的计算器。本应用简报中采用了该工具。对于质谱参数，色谱柱流速应保持在约 0.8–1.4 mL/min 的理想范围内或接近该范围，以尽可能提高 MS 响应。另一个重要考虑因素是 MS EI 离子源硬件的选择。值得关注的是，一些分析物与氢气在离子源中发生反应，改变其离子比和谱图，从而降低其谱库匹配得分 (LMS) 并可能导致错误的鉴定结果。对于 Agilent 5977 系列 GC/MSD 系统中使用的安捷伦惰性Extractor 离子源，过往通过使用直径更大（例如 9 mm）的提取透镜来减小这种影响。然而，这种方案只能解决部分问题，因为许多化合物（例如硝基化合物和一些萜烯和萜类化合物）仍会发生反应。为此，安捷伦开发了 HydroInert 离子源[5,6]，大大减少或消除了这些反应。为评价 HydroInert 离子源的有效性，通过使用标准 3 mm 惰性 Extractor 离子源的氦气方法和使用默认配备 9 mm 透镜的标准 HydroInert 离子源的氢气方法对两种精油进行了定性分析。此外，通过氢气方法和使用3 mm 和 9 mm 提取透镜的传统惰性 Extractor 离子源对精油进行了分析，以进行比较。

下一个考虑因素是如何处理数据文件以获得每种精油组分的质谱图，并在谱库中进行搜索。过去，这主要是通过获取峰顶点或峰平均谱图，然后扣除峰旁边的基线谱图来完成的。然后在谱库中搜索所得谱图。虽然该过程能够有效处理少数分离度相对较高的峰，但当存在大量峰和/或叠加峰时就面临着巨大挑战。幸运的是，现在有一种强大的质谱鉴定解决方案，称为Agilent MassHunter 未知物分析软件 (MHUA)，它是 AgilentMassHunter 定量分析软件套装的一部分。MHUA 使用质谱解卷积，从复杂的叠加峰中提取干净的分析物谱图。解卷积和谱库搜索过程自动完成，根据文件大小、谱库大小、计算机硬件等，每个数据文件大约需要 1–8 min。这样可以得到比先前方法更干净的谱图，从而得到更高的 LMS 以及更可靠的峰鉴定结果[7]。

MHUA 的第二个主要特征是能够计算每个峰的 RI。如果搜索的谱库具有与谱图条目相关的相应参考 RI 值，则可以使用未知谱图的实测 RI 值对谱图搜索结果进行过滤。由于精油组分的谱图很相似，这在鉴定过程中尤其重要。为此，在本应用简报中使用了 RI 值。现在有多种质谱库可提供香精与香料化合物的 RIs。例如，Adams 谱库[8] 多年来一直广泛用于该分析。最近，NIST 发布了其质谱库的更新版本 (NIST23)，实现了多项改进。其中包括纳入了整个 Adams 谱库，并且扩展了半标准非极性 RI 条目以涵盖所有 EI 谱图。“半标准非极性”是指 HP-5、DB-5、HP-5ms 等固定相和其他 5% 苯基甲基硅胶固定相[9]。新的 RI值为实验值（如可用）或通过人工智能 (AI) 生成的值。请注意，AI 生成值的准确度优于之前的“估计”值。本研究中尤其关注新的半标准非极性值，因为这种类型的固定相常用于GC/MS 精油分析。此外，这些 NIST23 值目前可用于 MHUA中的 RI 功能。当使用 MHUA 的 RI 功能时，在可用的情况下采用实验半标准非极性 RI 值；否则采用 AI 生成值。因此，本研究中使用 NIST23 谱库。

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评估与氢气的源内反应虽然配备 3 mm 透镜的惰性 Extractor 离子源是使用氦气时的标配，但它并非使用氢气载气时的离子源。离子源内部的金属表面会催化氢气与离子源中某些分析物分子之间的反应，导致某些化合物的峰拖尾和谱图变化。过去，常用 9 mm 提取透镜替代 3 mm 透镜，因为它能够在一定程度上减小拖尾和谱图变化，但并没有消除这些问题。为此，安捷伦开发了HydroInert 离子源。在这一部分中，我们对使用 HydroInert 离子源、配备 3 mm 和9 mm 透镜的惰性 Extractor 离子源的氢气方法以及氦气方法所获得的香芹酮氧化物（CAS 号 33204-74-9）的谱图进行了比较，以说明离子源内的反应造成的影响。其他示例见附录。图 8 显示了在优化条件下通过氦气和氢气方法获得的香芹酮氧化物峰的色谱图和质谱图。来自 NIST23 的谱库参比谱图倒置显示，以便于比较。使用这两种方法时，解卷积谱图获得了> 95 的高 LMS，证明了 HydroInert 离子源与氢气载气配合使用提供了优异的谱图保真度。