[发明专利]基于FT-ICR MS的溶解性有机物分子式的确定方法

说明书

本发明涉及基于FT‑ICR MS的溶解性有机物分子式的确定方法。测定溶解性有机物FT‑ICR MS并经内部定标后，基于质荷比m/z值范围确定CHONS五种元素变幅范围，生成分子组合网格，得到潜在待匹配分子式。根据CHONS精确分子质量换算负离子条件下各分子式对应m/z值、理论去质子化m/z值向下取整、DBE、O/C、H/C、N/C、S/C、C+1‑H/2‑O值，并对分子式中CHONS原子数分别与相应元素标称质量乘积取模，并依此进行筛选以剔除自然环境下不存在的分子式。通过实测的校正后的m/z值与筛选后剩余潜在待匹配分子式理论m/z值逐一匹配，确定实测质谱峰的分子式。本发明方法无需添加化学试剂，也不需要繁琐的指标测定和复杂计算，即可实现溶解性有机物分子式的快速确定，可操作性强，具有重要而广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，主要用以判定溶解性有机物分子组成，具体涉及一种基于超高分辨率傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)的溶解性有机物分子式的确定方法。

背景技术

地表水生态系统中广泛存在的溶解性有机物(DOM)为全球范围内最大的有机碳库，其迁移转化每个环节发生的改变均在很大程度上决定碳循环和温室气体排放，从而制约全球气候变化的走向。由于这些环节均受DOM库的组成结构及生物与光降解活性所制约，因而揭示水生态系统中DOM结构对地表碳循环提供理论支撑。DOM包括一系列腐殖酸、富里酸、脂肪族及芳香烃类物质，组成结构也十分复杂，传统的化学分析手段很难有效揭示其结构与组成信息。有色可溶性有机物(CDOM)是DOM中能强烈吸收紫外辐射及蓝光的带发色团的那部分有机物，由于CDOM光谱吸收和荧光测量相对简单，其变化常被用来表征溶解性有机物库的丰度和组成变化。

CDOM由一系列分子量迥异的有机物质组成，结构相当复杂。根据CDOM能强烈吸收紫外辐射的特性，通常运用其在350nm吸收系数半定量表征其浓度。单位溶解性有机碳在紫外区吸收系数SUVA₂₅₄，光谱斜率S_275-295，吸收系数比值a(250):a(365)及光谱斜率比值S_R，亦即S_275-295/S_350-400通常用以表征腐殖化程度。其中SUVA₂₅₄越高，则表征腐殖化程度越高，而a(250):a(365)，S_275-295及S_R越高则表征腐殖化程度越低。由于CDOM中部分氨基酸、腐殖酸及芳香类物质具有荧光特性，在短波激发条件下会发出荧光。由于CDOM在相同激发波长下会发射出不同波长的荧光峰，因而荧光光谱比吸收光谱具有更高的分辨率，因而近年来大量研究结果运用荧光光谱表征CDOM组成结构的变化。传统的“寻峰法”只能获取很有限的若干个荧光峰，另外三维荧光图谱中荧光峰相互交叠，很容易造成荧光结果的误判。近年来兴起的平行因子分析法(parallel factor analysis,PARAFAC)能有效将错综交叠三维荧光图谱解析为相互独立的不同荧光组分，可有效定量或半定量表征CDOM各荧光组分的特征。然而值得指出的是，荧光手段仅能表征在短波激发条件下能发荧光的物质，这部分物质在DOM库中通常占比不超过10％。而且PARAFAC仅能揭示有限的荧光峰组分，该类组分的变化并不能完全定量揭示相应有机物质的来源、组成及迁移转化。

超高分辨率傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)是截至目前最先进的高分辨率质谱，质荷比分辨率高达10^-6量级，能在分子层面上有效应用于DOM组成结构的定量识别。在结合分子数据库的前提下能够检索到符合样品测定质荷比的海量分子信息。FT-ICRMS测定的质谱数据经由van Krevelen图谱的H/C及O/C分子量比值可表征DOM的来源与组成信息。简而言之，生物分子的化学结构可由van Krevelen分子量比值进一步细分为脂肪族、蛋白质与氨基酸、木质素、碳水化合物、不饱和烃、稠环芳烃类物质及单宁酸等几个亚类。由于木质素为陆地维管束植物降解的特有信号，因而其比重越高，陆源腐殖酸输入信号越强，而脂肪族及蛋白质为藻源性DOM信号，其比重大小与内源氨基酸新生信号息息相关。