專利名稱：一種通用的氣相色譜-質譜全組分定量分析方法
技術領域：
本發(fā)明涉及分析化學和代謝組學領域，是一種基于氣相色譜-質譜對復雜混合體系中所有被識別化合物進行定量分析的方法。
背景技術：
氣相色譜-質譜聯(lián)用(GC-MS)將色譜的 分離能力與質譜的定性功能結合起來，可實現(xiàn)對復雜混合物的定性和定量分析。在用色譜質譜定量分析復雜混合物時，常常需要確定特征離子。GC-MS全掃描模式下的化合物特征離子，是指某個目標化合物的質譜碎片離子，該離子只存在于該化合物，而不存在于與其共流出的(即色譜保留時間上有重疊的)其它化合物。如果某個化合物不存在共流出化合物，則可認為該化合物的每一個碎片離子都是特征離子。如果化合物存在多個共流出化合物(色譜峰重疊嚴重)或者存在共流出的結構異構體，則該化合物可能不存在特征離子。特征離子對基于GC-MS的化合物定性定量有很大的作用。在化合物定性方面，人們可以將與特征離子保留時間完全相同的碎片離子從重疊的色譜峰中剝離出來，進行質譜譜圖庫的檢索，從而實現(xiàn)化合物定性。在化合物定量分析方面，特征離子可以作為全掃描模式下的定量離子。特征離子是共流出化合物中某個化合物所特有，因此使用特征離子定量積分，可避免重疊峰對定量的干擾。特征離子還可以在選擇離子掃描(SIM)模式下作為定量數(shù)據(jù)采集離子。由于采用選擇離子檢測模式獲得的數(shù)據(jù)比全掃描模式有更高的靈敏度，因此特征離子作為SIM離子的作用更加受到關注。近年來，在代謝組學和中藥指紋圖譜等的研究中，系統(tǒng)全面分析樣品組成的化學指紋方法得到了快速的發(fā)展和廣泛的應用。這些方法通常要對所有被分析的化合物(全組分)進行定性和定量分析。而特征離子的選擇對基于GC-MS的全組分化學成分分析十分重要。GC-MS分析中化合物電離最通用的模式為電子轟擊電離(EI)模式。在這種模式下，每個化合物得到的碎片離子數(shù)有幾十個，甚至幾百個，用手動的方式查找化學指紋中重疊峰的特征離子幾乎不可能。商品化軟件LECO ChromaTOF色譜質譜工作站給出了其分析數(shù)據(jù)中重疊峰的特征離子。但該軟件并未對其特征性進行描述。實際情況下部分共流出峰是不存在特征離子的，但該軟件卻會給所有被識別峰一個特征離子。另外，通常情況下該軟件不能用來分析其它工作站產(chǎn)生的GC-MS原始數(shù)據(jù)。本發(fā)明為通用性方法，適用于不同GC-MS儀器采集的數(shù)據(jù)。通過計算色譜流出化合物離子碎片的特征值，比較共流出離子的特征性，篩選出化合物的特征離子。同時本方法也給出被篩選出特征離子的特征值，用于評價該離子的特征性。這些特征離子被最終用于以GC-MS為基礎的全組分分析的定量離子選定，或是用于基于GC-MS選擇離子檢測的“全組分分析”方法的建立
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于建立一種基于氣相色譜-質譜的全組分定量分析方法。該方法的核心技術為化合物特征定量離子的選取。相對于目前的商品化軟件LECO ChromaTOF,該方法具有通用性強(凡是能轉換成CDF格式的GC-MS原始數(shù)據(jù)都能使用該方法)，特征離子特征性明確(以特征值衡量)，能同時給出幾個特征離子及其特征值等特點。本發(fā)明采用的技術方案如下一種基于氣相色譜-質譜的全組分定量分析方法，采用GC-MS全掃描方式采集全掃描原始數(shù)據(jù)，利用AMDIS軟件對分析樣本進行峰識別，然后對所提取的色譜峰進行分組和特征離子選定，最后使用特征離子建立GC-MS選擇離子掃描全組分分析方法。具體步驟如下，DGC-MS化學指紋數(shù)據(jù)的獲取針對進行全組分分析樣品(本專利實施例中為人 血清樣品和煙草樣品)的特點，對待分析樣本進行相應的樣品處理，并進行氣相色譜-質譜的全掃描分離分析。2)全掃描色譜圖峰識別將獲得的分析樣本原始數(shù)據(jù)文件(CDF格式)導入AMDIS軟件(v. 2. 62或其它版本均可)，進行峰識別。去卷積和峰識別參數(shù)為component width設定值為 20，adjacent peak subtraction, resolution, sensitivity, shape requirement等參數(shù)分別設置為two, high, low,medium等。對峰識別結果進行檢查,去除重復識別結果。3)分組從AMDIS分析結果文件中提取所識別色譜峰的保留信息(包括峰頂時間，起始、峰頂、結束點的掃描點信息)，并利用該信息進行分組。分組原則為將彼此相鄰并重疊的化合物(共流出化合物)分為一組。分組的具體操作如下尋找兩個相鄰色譜峰之間前一色譜峰結束時間和后一色譜峰起始時間相差大于0. Imin (可以根據(jù)實際情況修改)的時間窗口。分組節(jié)點定義為Ti+1 = Tend x+ (Tini x+l-Tend x) X0. 5式中，Ti+1為第i+1組的起始時間(也即第i組的結束時間)，Tend x為第x個色譜峰的結束時間，Tini x+1為第x+1個色譜峰的起始時間。4)特征離子的選擇根據(jù)被識別化合物的保留信息(包括峰頂時間，起始、峰頂、結束點的掃描點信息)，從CDF原始數(shù)據(jù)中提取出所有色譜峰峰頂?shù)馁|譜圖定量信息。如果某化合物沒有共流出峰，則選取絕對值小于閾值(Agilent 5975儀器通常選100000)的3個豐度最大的質譜離子作為定量離子。對于存在共流出的某個色譜峰，比較其峰頂和前后相鄰共流出色譜峰峰頂?shù)馁|譜定量信息，計算離子的特征值(即能代表該離子特征性的值)，找出其相應的特征質譜離子。特征值的具體算法如下第一步將待計算的色譜峰峰頂質譜碎片強度信息進行排序，篩選出強度排序最前的10%的質譜碎片，作為候選的特征值計算離子。較弱的碎片離子因為本身測量誤差較大，不計入特征值計算范圍。第二步計算特征值。準確的計算特征值是進行特征離子篩選的前提。對于某離子通道m(xù)的質量色譜圖，有重疊峰b干擾的色譜峰a的特征值表示為
,ra_ ,m,mS = i⑴式中Sf為在離子通道m(xù)中色譜峰a的特征值I力峰a在其保留時間時的質譜響應強度，If1為干擾峰b在其保留時間、時的質譜響應強度。If, 可通過公式(2-3)計算
權利要求
1.一種通用的氣相色譜-質譜全組分定量分析方法，其特征在于 采用氣相色譜-質譜全掃描方式獲得待分析樣本的原始數(shù)據(jù)，利用質譜自動去卷積和峰識別系統(tǒng)(AMIDS, Automated Mass Spectral Deconvolutionand IdentificationSystem)對氣相色譜-質譜全掃描數(shù)據(jù)進行峰識別；然后對所識別的色譜峰進行特征值計算和特征離子選定，最終將所選的特征離子用于全組分定量分析。
2.根據(jù)權利要求I所述方法，其特征在于所述的氣相色譜-質譜全掃描色譜圖進行峰識別的具體步驟如下， 1)氣相色譜-質譜全掃描數(shù)據(jù)的獲取針對進行全組分分析樣品的特點，對待分析樣本進行相應的樣品處理，并進行氣相色譜-質譜的全掃描分離分析； 2)樣本的氣相色譜-質譜全掃描色譜圖峰識別將獲得的氣相色譜-質譜全掃描原始數(shù)據(jù)轉成CDF格式，導入AMDIS軟件，AMDIS軟件版本為2. 62或更高，進行去卷積和色譜峰識別，去卷積峰識別參數(shù)為！component width設定值為20, adjacent peak subtraction,resolution, sensitivity, shaperequirement 等參數(shù)分別設置為 two, high, low, medium等；對峰識別結果進行檢查，去除重復識別結果。
3.根據(jù)權利要求I所述方法，其特征在于對識別出的色譜峰進行分組，并對組內色譜峰進行相鄰峰之間的特征離子查找，具體步驟如下 1)分組從AMDIS分析結果文件中提取所識別色譜峰的保留信息，保留信息包括峰頂時間，起始、峰頂、結束點的掃描點信息，并利用該信息進行分組； 分組原則為將彼此相鄰并重疊的化合物(共流出化合物)分為一組； 分組的具體操作為尋找兩個相鄰色譜峰之間前一色譜峰結束時間和后一色譜峰起始時間相差大于0. Imin的時間窗口，時間相差也可以根據(jù)實際情況按技術常識進行修改； 分組節(jié)點定義為 Ti+i = Tend X+ (Tini x+1_Tend x) XO. 5 式中，Ti+1為第i+1組的起始時間，也即第i組的結束時間；Tmdx為第X個色譜峰的結束時間，Tini X+1為第x+1個色譜峰的起始時間； 2)組內特征離子的選擇確定分組后，根據(jù)被識別化合物的保留信息，保留信息包括峰頂時間，起始、峰頂、結束點的掃描點信息，從CDF原始數(shù)據(jù)中提取組內色譜峰的質譜強度f目息; 對于某個特定色譜峰，比較其峰頂和前后相鄰色譜峰峰頂?shù)馁|譜強度信息，計算質譜碎片的特征值，并通過特征值篩選出特征離子，作為定量分析的定量離子；如果某化合物沒有共流出峰，則選取絕對值小于閾值(Agilent 5975儀器通常選100000)的3個豐度最大的質譜離子作為定量離子； 于存在共流出現(xiàn)象的色譜峰，其碎片離子的特征值采用如下公式進行計算
4.根據(jù)權利要求I所述方法，其特征在于將選取的特征離子作為化合物的定量分析離子，編入氣相色譜-質譜選擇離子數(shù)據(jù)庫，進行化合物全組分定量分析。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于氣相色譜-質譜的化合物全組分定量分析方法，首先采用氣相色譜-質譜全掃描方法獲得待分析樣品的數(shù)據(jù)信息，采用質譜自動去卷積和峰識別系統(tǒng)對所獲得的全掃描數(shù)據(jù)信息進行質譜去卷積和峰識別。根據(jù)峰識別結果，從原始數(shù)據(jù)文件中提取質譜信息，計算化合物離子的特征值，篩選化合物特征離子，最終利用特征離子建立選擇性離子掃描定量分析方法。本發(fā)明的核心在于通過化合物離子的特征值對化合物特征離子進行篩選。本方法可給出多個特征離子及其特征性評價指標-特征值。給出的多個特征離子可以分別作為定量離子和定量候選離子。
文檔編號G01N30/72GK102798683SQ201110133018
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月21日 優(yōu)先權日2011年5月21日
發(fā)明者許國旺, 李勇, 阮強, 路鑫, 林曉惠 申請人:中國科學院大連化學物理研究所, 大連理工大學