Orbitrap Exploris GC质谱仪在多个领域的前沿应用案例分析
2025-02-21 来源:本站 点击次数:26
历史传承：从理论萌芽到技术标杆
Orbitrap技术的原理可以追溯到1923年，当时Kingdon教授提出了Orbitrap技术的原理基础，2005年，第一台基于Orbitrap技术的质谱仪由赛默飞推出并正式进入市场。这款最初的商用Orbitrap系统将高分辨率、精确质量数（HRAM）检测与线性离子阱的优势相结合，迅速赢得了科研界的青睐。
之后Orbitrap几乎年年推出新品，同时力揽国内外的各项大奖。在液质联用中大获成功后，赛默飞也将Orbitrap技术引入到气质联用分析中。在2015年Q Exactive GC和随后的Exactive GC问世，并在2021年，GC-Orbitrap迎来了Orbitrap Exploris GC 系列以及Orbitrap Exploris GC 240 这两款新品，帮助客户简化操作并提供始终准确的结果，并通过高定量准确度和精度实现科研分析。
传承经典，创新不止
Orbitrap Exploris GC 质谱仪继承了Orbitrap技术的优良基因，并在以下方面实现了突破性创新：
出色的质谱分辨率，确保数据准确可靠
高分辨率有助于分离化学背景离子和目标离子信号。高质谱分辨率对于复杂基质样品中的基线分离和化合物可靠识别来说至关重要。出色的质量精度和高分辨率实现了同位素分布解析，并精确锁定化合物的元素组成，为化合物归属提供了更多保证。
永不妥协的灵敏度，提供更深入的数据信息
提供 ppt 级全扫描 HRAM 数据、低于 1 ppm 的质量精度和 240,000 分辨率（m/z 200），为复杂样品提供高容量组分检测。适用于各种分析应用，无需在分辨率和灵敏度之间妥协。
应用广泛，成果丰硕
自2015年问世以来，Orbitrap Exploris GC在不同行业均可应用，包括食品，环境，工业，制药，代谢组学等方向。
同时利用Orbitrap Exploris GC 发表的文章也在稳步增长，截止到2025年1月份，预计有200多篇文章发布，主要集中在环境分析，食品安全，代谢组学，药物研发以及工业等多个领域，其中中国作者发表的文章已经占到30%以上，在2024年突破性的占据到55%。
从文章发布趋势来看， Orbitrap Exploris GC在环境领域研究分析方面发挥了重要作用，新污染物（包括短链氯化石蜡,PFAS）以及微塑料研究分析一直是主要的研究分析方向，同时我们也看到环境暴露组学相关的文章也在增加；在食品领域，除了对于食品中农残等有害物质进行定性定量分析外，国内外对于食品风味研究的文章也在增加。Orbitrap Exploris GC 对于食品风味的研究可以帮助客户解析大量基质干扰中的痕量/未知的风味物质，优化食品加工工艺过程；还可以通过鉴定风味物质实现产地溯源以及鉴定真实性鉴别；在代谢组学领域，不少文章涉及到人体血浆，尿液以及植物相关的应用方向；在工业领域，我们也看到了GC Orbitrap 在锂电行业的前沿应用，对LIB 电解质降解现象进行持续研究。
案例1
GC-Orbitrap/MS帮助解决氯化石蜡分析挑战
GC-Orbitrap/MS帮助解决氯化石蜡分析挑战
氯化石蜡（ CPs ）常以异构体和同系物这种高度复杂混合物存在，无法实现色谱分离，加之样品浓度低，使得其检测和定量倍加困难。通过GC Orbitrap的高分辨率和稳定的亚ppm 级质量精确度帮助客户在复杂基质中也可以提供高选择性检测和优异的定量结果。下图为Orbitrap Exploris GC 分析真实样品的谱图：
图1显示了真实样品（鲑鱼）的分析结果。NCI 模式下以60k 分辨率全扫描采集数据。提取与 C10 和 C11 对应的离子的精确质量数，限定一个较窄的提取窗口（±3ppm）从而得到选择性更高的提取离子流色谱图（左图）。该方法屏蔽了样品中可能存在的基质、其他 CPs 和其他卤代物（如 PCBs）的化学干扰。相比之下，使用低分辨仪器和名义质量数提取窗口（右图）分析同一样品中两种 CP 离子（C10 和 C11）时不能提供足够的选择性，从而无法准确定量。
案例2
GC-Orbitrap/MS帮助实现高效大规模农残分析
GC-Orbitrap/MS帮助实现高效大规模农残分析
参照GB23200.113标准，先建立了给出的农药范围的CompoundDatabase，对样品中的农药进行筛查；利用TraceFinder 软件的Decovolution 功能对数据进行解卷积处理，建立208 种农药及其代谢物的CDB。再利用TargetScreening 进行筛查，一次性共筛查出阳性化合物并对阳性化合物进行定量分析，满足客户实验室对农药残留的能力验证。
案例3
热脱附- 气相色谱- 高分辨质谱联用在非靶向呼吸气分析中的应用
热脱附- 气相色谱- 高分辨质谱联用在非靶向呼吸气分析中的应用
呼出气包含多种 VOCs，呼吸气检测成为非侵入性代谢组学研究中迅速应用的技术。呼出气体中 VOCs 的研究由于样品基质的复杂性和呼出气体中VOCs 的宽浓度范围而具有挑战性。可靠地鉴定和定量痕量化合物的能力，对于非靶向研究微小代谢变化影响大量生物学相关 VOCs 至关重要。通过特殊的呼吸气采样器（ReCIVA）在吸附管中收集并浓缩呼吸气样本。使用与热脱附（TD）自动进样器连接的GC Orbitrap™ GC-MS 系统分析样品。Orbitrap 质谱仪的宽动态范围（> 5 个数量级）和 ppt 级的灵敏度可以在一次分析中同时检测高丰度挥发性有机化合物（VOCs；例如丙酮）和痕量待测物，同时其高分辨率，高质量精度的优势结合软件分析及其他电离方法的数据，可进一步确证呼吸气数据中 VOCs 的定性结果。
图3 呼吸样本数据(n=12) 显示目前吸烟者样本中2,5- 二甲基呋喃和甲苯的高倍变化，并暗示了标志物与吸烟行为的相关性。
案例4
热裂解-气相色谱-静电场轨道阱质谱可以对环境样品中的低含量微塑料微粒进行靶向和非靶向分析
热裂解-气相色谱-静电场轨道阱质谱可以对环境样品中的低含量微塑料微粒进行靶向和非靶向分析
微塑料是由合成聚合物制成的小颗粒，直径通常在5 毫米和1 微米之间，而纳米颗粒覆盖的颗粒大小小于1 微米。在微塑料分析中，来自基质、萃取过程中的干扰可能会影响聚合物的鉴定，加之微塑料的含量很低，因此这也提高了分析的难度。GC Orbitrap以 60,000 或更高的分辨率运行，可提供不同聚合物的精确质量数测量，大大增加微塑料分析在灵敏度、选择性、精密度、分离度和质量精度方面的潜力。通过对聚合物进行全面表征，确定用于定量的离子和用于定性的碎裂离子。
图4 Py-GC-Orbitrap/MS鉴定室内空气样品中 微塑料的靶向和非靶向筛查的工作流程
图5 提取每种塑料聚合物的离子色谱图，包括保留时间、归一化水平 （NL） 和 m/z。色谱图对应于包含 10 种聚合物的 10 μg 标准品
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