今日GC-MS：集成軟件如何提高實(shí)驗(yàn)室通量和效率

“高樣品通量”和“快速氣相色譜” 這兩個(gè)術(shù)語在氣相色譜(GC)市場中的使用越來越普遍。對于尋找方法來應(yīng)對法規(guī)監(jiān)測的數(shù)量增長問題的質(zhì)控(QC)化學(xué)家們，以及在競爭激烈的市場上想要占據(jù)優(yōu)勢的環(huán)境化學(xué)家們，在氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)領(lǐng)域，增加通量均是他們關(guān)心的問題。對于那些打算購買新資產(chǎn)設(shè)備的人來說，減少樣品運(yùn)行時(shí)間已上升為最重要的需求，因此，儀器制造商們已經(jīng)著手開發(fā)滿足新的生產(chǎn)率要求的系統(tǒng)。

　　在氣相色譜和質(zhì)譜中可以看到高通量是如何實(shí)現(xiàn)的：氣相色譜能夠?qū)崿F(xiàn)每次運(yùn)行之間更快的梯度和減少冷卻時(shí)間，而質(zhì)譜能夠?qū)崿F(xiàn)更高的采集速率。例如，一種氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC–time-of-flight (TOF) MS)系統(tǒng)(Pegasus，力可 LECO 公司, St. Joseph, Michigan密歇根州)每秒可以采集500張譜圖，這種速度足以在極其狹窄的峰(< 50ms)上采集足夠的數(shù)據(jù)。硬件可以達(dá)到如此快的速度，分析時(shí)間通�？梢钥s減為原來的一半、四分之一甚至更短。然而，如果不解決自身的挑戰(zhàn)，這種方法還不能真正地增加通量。事實(shí)上，正是廣為稱贊的快速帶來了兩項(xiàng)非常重要的挑戰(zhàn)——分析過程中的共流出和評價(jià)(review)數(shù)據(jù)結(jié)果。為應(yīng)對這兩項(xiàng)挑戰(zhàn)，功能強(qiáng)大的軟件就變得絕對是非常必要。這些軟件必須能解析數(shù)據(jù)而不僅僅是采集和報(bào)告數(shù)據(jù);并且必須是一種動態(tài)和功能強(qiáng)大的工具，有更多的能力去處理上述提及的重要問題。本文將介紹的，就是在使用GC-TOFMS系統(tǒng)時(shí)，軟件如何能夠完成這些任務(wù)。

　共流出

圖1 4秒內(nèi)9種殺蟲劑的去卷積色譜圖

圖2 158.529s的結(jié)果譜圖，識別出了倍硫磷、毒死蜱和對硫磷

　大多數(shù)分析工作者對共流出過程都很熟悉，分析工作者花費(fèi)大量的工作時(shí)間來努力減少共流出的實(shí)例或其嚴(yán)重的阻礙。在使用壓縮時(shí)間的色譜時(shí)，這種努力就自然變得更加不可能，由于運(yùn)行時(shí)間減少，很少色譜峰能充分展開，被分析物在色譜中擴(kuò)散。相反，軟件一定能夠?qū)π碌墓擦鞒龇迦ゾ矸e(deconvolut)。圖1 進(jìn)一步表明，硬件和軟件之間的相互關(guān)系，硬件具有高采集速率(這種情況下，每秒獲得40張譜圖)，軟件能夠通過結(jié)果譜圖去卷積對數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚�。ChromaTOF軟件(力可公司)具有的去卷積運(yùn)算功能，可以在一個(gè)4秒窗口中分離9種出現(xiàn)的殺蟲劑/農(nóng)藥。在如圖2所示的158.529秒窗口，有3種殺蟲劑，通過質(zhì)譜分別鑒別出是倍硫磷(fenthion)、毒死蜱(chlorpyrifos)和對硫磷(parathio)。按照譜圖去卷積的算法，可以很容易地提取出毒死蜱的結(jié)果譜圖。圖3為一個(gè)提取譜圖的實(shí)例。

圖3 毒死蜱的去卷積質(zhì)譜圖(上方)和NIST標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對(下方)

　　數(shù)據(jù)評價(jià)

　　增加通量面臨的第二項(xiàng)挑戰(zhàn)通常較少被考慮到，但也同樣重要。由于樣品運(yùn)行時(shí)間大大減少，分析的樣品數(shù)量增加，需要評價(jià)的數(shù)據(jù)量也隨著相應(yīng)增加。比如說，一名分析者用標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)1小時(shí)方法運(yùn)行同樣的一個(gè)分析已經(jīng)多年，如果為增加通量購買了高速系統(tǒng)且運(yùn)行時(shí)間減少到10min，那么，實(shí)驗(yàn)室管理者將獲益于大大增加的數(shù)據(jù)量。然而同時(shí)，分析者也將會有大約相當(dāng)于通量提高前6倍的數(shù)據(jù)需要評價(jià)。這一數(shù)據(jù)評價(jià)過程很可能成為分析過程的下一個(gè)“瓶頸”。在此情況下，軟件必需能夠減少分析每個(gè)樣品花費(fèi)的時(shí)間，同時(shí)達(dá)到減少樣品運(yùn)行時(shí)間的目的。有效的軟件必須能夠以兩種方式實(shí)現(xiàn)提高通量的目標(biāo)：首先，軟件應(yīng)該利用其增加的自動化優(yōu)勢使得分析者無需在樣品切換之間花費(fèi)時(shí)間;其次，軟件應(yīng)讓使用者能快速有效地完成同樣一項(xiàng)任務(wù)。

　　這里所用到的軟件(ChromaTOF，力可公司)中的許多功能均能夠提高自動化程度以達(dá)到提高通量的目標(biāo)。例如，通過單擊一次鼠標(biāo)，ChromaTOF就可以讓一個(gè)樣本自動執(zhí)行15個(gè)以上的命令，包括自動尋峰、譜庫搜索、待測物定量、應(yīng)用保留指數(shù)、打印一系列報(bào)告、向?qū)嶒?yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)上傳數(shù)據(jù)，以及向備份驅(qū)動器輸出文件。通過實(shí)現(xiàn)上述功能的自動化，軟件將分析者從執(zhí)行那些耗時(shí)的程序中解放出來，轉(zhuǎn)而專注于評價(jià)結(jié)果。

圖4 軟件執(zhí)行校正待測物(ChromaTOF，力可公司)命令時(shí)的屏幕截圖

　　盡管自動化在增加數(shù)據(jù)評價(jià)通量方面極其重要，但軟件的布局和設(shè)計(jì)也同樣重要。用戶必須能夠在軟件的一個(gè)區(qū)域內(nèi)無縫流暢地工作，而不需要為完成單個(gè)任務(wù)在面板/窗口之間來回移動。將不同信息以一種有助于增加速度、便捷性和靈活性的方式列出也非常重要。當(dāng)查看樣品或標(biāo)樣時(shí)使信息列出的能力、如何列出信息的靈活性以及信息在屏幕上顯示的位置，都會增加操作者的工作效率。圖4的屏幕截圖中，展示了校正多個(gè)分析物的增強(qiáng)功能。從這個(gè)單一的界面中，除了出現(xiàn)的標(biāo)樣外，分析者還能看到校正中分析物的列表，以及標(biāo)樣中每一個(gè)待測物的色譜和質(zhì)譜圖。

　　結(jié)論

　　由于今日的實(shí)驗(yàn)室都需進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)室通量和生產(chǎn)效率，諸如TOFMS這類更快速的樣品方法越來越引起人們的關(guān)注。這些方法使分析儀器擁有更多的潛能，在更短的時(shí)間內(nèi)獲得更大量的數(shù)據(jù)、并運(yùn)行更多的樣品。然而，數(shù)據(jù)量的增加給數(shù)據(jù)分析過程提出了一系列新的挑戰(zhàn)。由于有如此多的數(shù)據(jù)要分析，通常很難以一種時(shí)效的方式將數(shù)據(jù)整理分類，更不用說提高實(shí)驗(yàn)室通量。

　　然而，如果有合適的軟件，TOFMS儀器就有可能成為最受歡迎的GC分析工具。為使用戶獲益，軟件應(yīng)該能夠克服以下兩個(gè)挑戰(zhàn)：樣品共流出和結(jié)果數(shù)據(jù)評價(jià)。本文所舉例子向大家說明了，一個(gè)集成軟件包能夠?yàn)橛脩籼峁┓治鲆巡杉瘮?shù)據(jù)的解決方案。