Non-targeted analysis (NTA) is a rapidly evolving analytical technique with numerous opportunities to improve and expand instrumental and data analysis methods. In this work, NTA was performed on eight synthetic mixtures containing 1264 unique chemical substances from the U.S. Environmental Protection Agency’s Non-Targeted Analysis Collaborative Trial (ENTACT). These mixtures were analyzed by atmospheric pressure chemical ionization (APCI) and electrospray ionization (ESI) using both positive and negative polarities for a total of four modes. Out of the 1264 ENTACT chemical substances, 1116 were detected in at least one ionization mode, 185 chemicals were detected using all four ionization modes, whereas 148 were not detected. Forty-four chemicals were detected only by APCI, and 181 were detected only by ESI. Molecular descriptors and physicochemical properties were used to assess which ionization type was preferred for a given compound. One ToxPrint substructure (naphthalene group) was found to be enriched in compounds only detected using APCI, and eight ToxPrints (e.g., several alcohol moieties) were enriched in compounds only detected using ESI. Examination of physicochemical parameters for ENTACT chemicals suggests that those with higher aqueous solubility preferentially ionized by ESI−. While ESI typically detects a larger number of compounds, APCI offers chromatograms with less background, fewer co-elutions, and additional chemical space coverage, suggesting both should be considered for broader coverage in future NTA research.

Graphical abstract

非靶向分析 (NTA) 是一种快速发展的分析技术，具有许多改进和扩展仪器和数据分析方法的机会。在这项工作中，对来自美国环境保护署的非靶向分析协作试验 (ENTACT) 的 8 种合成混合物进行了 NTA，其中包含 1264 种独特的化学物质。这些混合物通过大气压化学电离 (APCI) 和电喷雾电离 (ESI) 使用正极性和负极性对总共四种模式进行分析。在 1264 种 ENTACT 化学物质中，1116 种在至少一种电离模式下被检测到，185 种化学物质在所有四种电离模式下都被检测到，而 148 种没有被检测到。44 种化学物质仅通过 APCI 检测到，181 种化学物质仅通过 ESI 检测到。分子描述符和物理化学特性用于评估给定化合物首选哪种电离类型。发现一个 ToxPrint 子结构（萘基团）富含仅使用 APCI 检测到的化合物，而 8 个 ToxPrint（例如，几个醇部分）富含仅使用 ESI 检测到的化合物。对 ENTACT 化学品的物理化学参数的检查表明，那些具有较高水溶性的物质优先被 ESI-电离。虽然 ESI 通常可以检测到更多的化合物，但 APCI 提供的色谱图背景更少、共洗脱更少，并且化学空间覆盖范围更大，这表明在未来的 NTA 研究中应考虑扩大覆盖范围。发现一个 ToxPrint 子结构（萘基团）富含仅使用 APCI 检测到的化合物，而 8 个 ToxPrint（例如，几个醇部分）富含仅使用 ESI 检测到的化合物。对 ENTACT 化学品的物理化学参数的检查表明，具有较高水溶性的那些优先被 ESI-电离。虽然 ESI 通常可以检测到更多的化合物，但 APCI 提供的色谱图背景更少、共洗脱更少，并且化学空间覆盖范围更大，这表明在未来的 NTA 研究中应考虑扩大覆盖范围。发现一个 ToxPrint 子结构（萘基团）富含仅使用 APCI 检测到的化合物，而 8 个 ToxPrint（例如，几个醇部分）富含仅使用 ESI 检测到的化合物。对 ENTACT 化学品的物理化学参数的检查表明，具有较高水溶性的那些优先被 ESI-电离。虽然 ESI 通常可以检测到更多的化合物，但 APCI 提供的色谱图背景更少、共洗脱更少，并且化学空间覆盖范围更大，这表明在未来的 NTA 研究中应考虑扩大覆盖范围。对 ENTACT 化学品的物理化学参数的检查表明，具有较高水溶性的那些优先被 ESI-电离。虽然 ESI 通常可以检测到更多的化合物，但 APCI 提供的色谱图背景更少、共洗脱更少，并且化学空间覆盖范围更大，这表明在未来的 NTA 研究中应考虑扩大覆盖范围。对 ENTACT 化学品的物理化学参数的检查表明，具有较高水溶性的那些优先被 ESI-电离。虽然 ESI 通常可以检测到更多的化合物，但 APCI 提供的色谱图背景更少、共洗脱更少，并且化学空间覆盖范围更大，这表明在未来的 NTA 研究中应考虑扩大覆盖范围。

图形概要