Orbitrap Exploris GC質譜儀在多個領域的前沿應用案例分析
歷史傳承：從理論萌芽到技術標桿
Orbitrap技術的原理可以追溯到1923年，當時Kingdon教授提出了Orbitrap技術的原理基礎，2005年，第一臺基于Orbitrap技術的質譜儀由賽默飛推出并正式進入市場。這款最初的商用Orbitrap系統將高分辨率、精確質量數（HRAM）檢測與線性離子阱的優勢相結合，迅速贏得了科研界的青睞。
之后Orbitrap幾乎年年推出新品，同時力攬國內外的各項大獎。在液質聯用中大獲成功后，賽默飛也將Orbitrap技術引入到氣質聯用分析中。在2015年Q Exactive GC和隨后的Exactive GC問世，并在2021年，GC-Orbitrap迎來了Orbitrap Exploris GC 系列以及Orbitrap Exploris GC 240 這兩款新品，幫助客戶簡化操作并提供始終準確的結果，并通過高定量準確度和精度實現科研分析。
傳承經典，創新不止
Orbitrap Exploris GC 質譜儀繼承了Orbitrap技術的優良基因，并在以下方面實現了突破性創新：
出色的質譜分辨率，確保數據準確可靠
高分辨率有助于分離化學背景離子和目標離子信號。高質譜分辨率對于復雜基質樣品中的基線分離和化合物可靠識別來說至關重要。出色的質量精度和高分辨率實現了同位素分布解析，并精確鎖定化合物的元素組成，為化合物歸屬提供了更多保證。
永不妥協的靈敏度，提供更深入的數據信息
提供 ppt 級全掃描 HRAM 數據、低于 1 ppm 的質量精度和 240,000 分辨率（m/z 200），為復雜樣品提供高容量組分檢測。適用于各種分析應用，無需在分辨率和靈敏度之間妥協。
應用廣泛，成果豐碩
自2015年問世以來，Orbitrap Exploris GC在不同行業均可應用，包括食品，環境，工業，制藥，代謝組學等方向。
同時利用Orbitrap Exploris GC 發表的文章也在穩步增長，截止到2025年1月份，預計有200多篇文章發布，主要集中在環境分析，食品安全，代謝組學，藥物研發以及工業等多個領域，其中中國作者發表的文章已經占到30%以上，在2024年突破性的占據到55%。
從文章發布趨勢來看， Orbitrap Exploris GC在環境領域研究分析方面發揮了重要作用，新污染物（包括短鏈氯化石蠟,PFAS）以及微塑料研究分析一直是主要的研究分析方向，同時我們也看到環境暴露組學相關的文章也在增加；在食品領域，除了對于食品中農殘等有害物質進行定性定量分析外，國內外對于食品風味研究的文章也在增加。Orbitrap Exploris GC 對于食品風味的研究可以幫助客戶解析大量基質干擾中的痕量/未知的風味物質，優化食品加工工藝過程；還可以通過鑒定風味物質實現產地溯源以及鑒定真實性鑒別；在代謝組學領域，不少文章涉及到人體血漿，尿液以及植物相關的應用方向；在工業領域，我們也看到了GC Orbitrap 在鋰電行業的前沿應用，對LIB 電解質降解現象進行持續研究。
案例1
GC-Orbitrap/MS幫助解決氯化石蠟分析挑戰
GC-Orbitrap/MS幫助解決氯化石蠟分析挑戰
氯化石蠟（ CPs ）常以異構體和同系物這種高度復雜混合物存在，無法實現色譜分離，加之樣品濃度低，使得其檢測和定量倍加困難。通過GC Orbitrap的高分辨率和穩定的亞ppm 級質量精確度幫助客戶在復雜基質中也可以提供高選擇性檢測和優異的定量結果。下圖為Orbitrap Exploris GC 分析真實樣品的譜圖：
圖1顯示了真實樣品（鮭魚）的分析結果。NCI 模式下以60k 分辨率全掃描采集數據。提取與 C10 和 C11 對應的離子的精確質量數，限定一個較窄的提取窗口（±3ppm）從而得到選擇性更高的提取離子流色譜圖（左圖）。該方法屏蔽了樣品中可能存在的基質、其他 CPs 和其他鹵代物（如 PCBs）的化學干擾。相比之下，使用低分辨儀器和名義質量數提取窗口（右圖）分析同一樣品中兩種 CP 離子（C10 和 C11）時不能提供足夠的選擇性，從而無法準確定量。
案例2
GC-Orbitrap/MS幫助實現高效大規模農殘分析
GC-Orbitrap/MS幫助實現高效大規模農殘分析
參照GB23200.113標準，先建立了給出的農藥范圍的CompoundDatabase，對樣品中的農藥進行篩查；利用TraceFinder 軟件的Decovolution 功能對數據進行解卷積處理，建立208 種農藥及其代謝物的CDB。再利用TargetScreening 進行篩查，一次性共篩查出陽性化合物并對陽性化合物進行定量分析，滿足客戶實驗室對農藥殘留的能力驗證。
案例3
熱脫附- 氣相色譜- 高分辨質譜聯用在非靶向呼吸氣分析中的應用
熱脫附- 氣相色譜- 高分辨質譜聯用在非靶向呼吸氣分析中的應用
呼出氣包含多種 VOCs，呼吸氣檢測成為非侵入性代謝組學研究中迅速應用的技術。呼出氣體中 VOCs 的研究由于樣品基質的復雜性和呼出氣體中VOCs 的寬濃度范圍而具有挑戰性。可靠地鑒定和定量痕量化合物的能力，對于非靶向研究微小代謝變化影響大量生物學相關 VOCs 至關重要。通過特殊的呼吸氣采樣器（ReCIVA）在吸附管中收集并濃縮呼吸氣樣本。使用與熱脫附（TD）自動進樣器連接的GC Orbitrap™ GC-MS 系統分析樣品。Orbitrap 質譜儀的寬動態范圍（> 5 個數量級）和 ppt 級的靈敏度可以在一次分析中同時檢測高豐度揮發性有機化合物（VOCs；例如丙酮）和痕量待測物，同時其高分辨率，高質量精度的優勢結合軟件分析及其他電離方法的數據，可進一步確證呼吸氣數據中 VOCs 的定性結果。
圖3 呼吸樣本數據(n=12) 顯示目前吸煙者樣本中2,5- 二甲基呋喃和甲苯的高倍變化，并暗示了標志物與吸煙行為的相關性。
案例4
熱裂解-氣相色譜-靜電場軌道阱質譜可以對環境樣品中的低含量微塑料微粒進行靶向和非靶向分析
熱裂解-氣相色譜-靜電場軌道阱質譜可以對環境樣品中的低含量微塑料微粒進行靶向和非靶向分析
微塑料是由合成聚合物制成的小顆粒，直徑通常在5 毫米和1 微米之間，而納米顆粒覆蓋的顆粒大小小于1 微米。在微塑料分析中，來自基質、萃取過程中的干擾可能會影響聚合物的鑒定，加之微塑料的含量很低，因此這也提高了分析的難度。GC Orbitrap以 60,000 或更高的分辨率運行，可提供不同聚合物的精確質量數測量，大大增加微塑料分析在靈敏度、選擇性、精密度、分離度和質量精度方面的潛力。通過對聚合物進行全面表征，確定用于定量的離子和用于定性的碎裂離子。
圖4 Py-GC-Orbitrap/MS鑒定室內空氣樣品中 微塑料的靶向和非靶向篩查的工作流程
圖5 提取每種塑料聚合物的離子色譜圖，包括保留時間、歸一化水平 （NL） 和 m/z。色譜圖對應于包含 10 種聚合物的 10 μg 標準品
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