CN102590407A - 基于气相色谱-质谱分析的共流出峰解析及谱库检索方法 - Google Patents

基于气相色谱-质谱分析的共流出峰解析及谱库检索方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于气相色谱-质谱分析的共流出峰解析及谱库检索方法，包括以下步骤：步骤1：通过峰形和峰纯度分析判断它是否为几种组分的叠加峰，即判断其是否为共流出峰；步骤2：采用谱库中多种物质组合后形成的质谱图与共流出峰的质谱图进行一对多匹配，依据匹配度判定其组成成分；步骤3：对不同样品的三维全方位谱图进行对比，针对差异质谱图进行一对一或一对多的谱库检索，确定样品间的物质差异，对差异的组分进行定性。本发明提出的基于气相色谱-质谱分析的共流出峰解析及谱库检索方法，能准确快速地实现共流出峰的解析以及不同样品间的成分差异解析。

Description

基于气相色谱-质谱分析的共流出峰解析及谱库检索方法
技术领域
本发明涉及一种基于气相色谱-质谱分析的共流出峰解析及谱库检索方法，可应用于食品、化工质检领域，特别是卷烟、烟草成分及烟用添加剂的成分解析与质量监控，包括色谱较难分离的烟草成分解析、不同批次、不同处理条件下烟草成分和烟用添加剂的质量对比分析等等。
背景技术
现有气相色谱-质谱分析技术存在一定的缺点，对结构相似的组分分离能力有限，即使选用不同的色谱柱也很难做到全部组分有效分离。同时，更换色谱柱也十分繁琐。对于没有完全分离的几个组分形成的共流出峰，目前的方法无法准确解析。而全二维气相色谱分析技术能较好的解决气相色谱分离能力的缺陷，但其存在鬼峰数量众多(鬼峰是指色谱分析中无法进行定性的色谱流出峰，又称假峰，来源多种多样，如色谱柱的固定液流失、某些物质的热分解或催化分解产物等)、同组分多次出峰现象普遍等突出缺陷，致使全二维谱图冗余信息量庞大、谱图解析困难。本发明正是基于气相色谱-质谱分析技术分离能力不足以及全二维气相色谱分析技术存在的谱图解析困难而提出的共流出峰解析方法及基于三维数据的谱库检索方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于气相色谱-质谱分析的共流出峰解析及谱库检索方法，本发明提出的基于气相色谱-质谱分析的共流出峰解析及谱库检索方法，能准确快速地实现共流出峰的解析以及不同样品间的成分差异解析。
发明的技术解决方案如下：
一种基于气相色谱-质谱分析的共流出峰解析及谱库检索方法，解析方法为：
对于样品质谱图中的一个色谱峰，首先通过它的峰形和峰纯度分析判断它是否为几种物质的叠加峰，即判断其是否为共流出峰(共流出峰：几个物质在色谱上没有完全分离，在同一保留时间或相近位置出峰，造成峰形叠加)；在此基础上，采用谱库中多种物质(具体依据峰纯度分析结果、实际样品情况和计算量确定，如两种，三种等)组合后形成的质谱图与共流出峰的质谱图进行一对多匹配，如匹配度达到某个标准(匹配度是依据特征离子的质荷比和丰度信息对待测质谱图与谱库进行相似性检索，反映了物质间的相似性程度，其计算方法为仪器工作站软件自带功能，一般为80-95％，具体数值依物质性质和样品状况确定)，则判断该匹配度对应的组合为当前样品的组成成分。
通过不同样品间三维信息的对比，确定样品间组分的物质差异，包括以下两个步骤：
步骤1：通过对气相色谱-质谱联用仪器所获得的样品总离子流图(TIC)和质谱图进行叠加，获得样品的三维全方位谱图，三维全方位谱图以保留时间、质荷比和丰度为三维坐标轴；
步骤2：对不同样品的三维全方位谱图进行对应x、y坐标点的z坐标相除运算，对于z坐标比值在一定范围内的碎片离子，针对碎片离子对应保留时间处的色谱峰进行一对一或一对多的谱库检索，对差异的组分进行定性。
有益效果：
本发明提出了对于重叠峰的解析，将样品重叠峰的质谱图在标准质谱库中进行一对多的相似性检索，运用匹配度确定共流出峰的组成，从而提高仪器分离能力不够所带来的缺陷。即本发明针对色谱分离中共流出峰和峰叠加情况，进行二维质谱图与标准质谱库一对多的相似检索，运用匹配度确定共流出峰质谱图的来源组分。具体步骤为：对于一个色谱峰，首先通过它的峰形(延伸或拖尾)和峰纯度分析判断它是否为几种物质的叠加峰；其次通过观察它的质谱图，进行谱库检索，依据匹配度进行判断(依据匹配度进行判断为仪器工作站软件自带功能，是指待测质谱图与谱图库中的某种物质的特征离子及其丰度的匹配程度，如NIST2008谱图库)，如匹配度小于某个标准(具体数值依物质性质和样品状况确定)，往往可以判断其为共流出峰；在此基础上，本发明采用谱库中多种(考虑到计算量，可以增加)物质进行组合后形成的质谱图去与共流出峰的质谱图进行一对多匹配，如匹配度大于某个标准(具体数值依物质性质和样品状况确定)，便可以判断该共流出峰的组成。此方法可基本实现共流出峰的化合物组成解析，弥补色谱分析分离能力的不足。同时，对于相似样品间的对比分析，可在三维体系内找出差异，然后进行本发明提出的谱库检索方法寻找其差异。本发明为不同样品对比剖析和复杂样品成分解析提供了一种实用性较强的新途径。
附图说明
图1示出共流出峰峰形图；
图2示出共流出峰分解示意图；
图3示出共流出峰解析原理图；
图4示出对比样品1号三维图；
图5示出对比样品2号三维图；
图6示出对比样品1、2号相除差异图；
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
对于样品色谱图中的各个流出峰，首先通过它的峰形判断它是否为几个组分的共流出峰(共流出峰：几个组分在色谱上没有完全分离，在同一保留时间或相近位置出峰，造成峰形叠加，如图1共流出峰便是来自于图2的五种组分的叠加)，共流出峰往往有明显的拖尾或伸舌现象，并非正态峰形。
由于拖尾峰或伸舌峰的产生也有可能来自于其它因素，如进样操作、柱温变化、流量变化等，故在以上峰形判断的基础上，再进行峰纯度分析，峰纯度分析的方法是：在色谱工作站上，对样品的总离子流图进行积分操作，然后在”view”菜单下点击”Review peak purity”下拉菜单，色谱图上便会显示各个色谱峰的峰纯度数字，该数字表示色谱峰可能包含的组分数目。
通过以上方法判断峰纯度以后，对于一个共流出色谱峰，其质谱图是几个组分的叠加质谱图，本发明通过与标准质谱库的衔接，突破通常工作站软件常规的一对一相似检索方式，进行一对二、一对多的组合相似检索，寻找谱库中多个化合物质谱图组合后与样品共流出峰叠加质谱图的最高匹配，据此判断共流出峰的成分组成。如图3所示，通过峰纯度分析，其为3个组分组成的共流出峰，通过一对三的匹配度计算，可以确定出此3种物质。
对于基于不同样品间三维信息的对比，寻找样品间组分的差异的方法如下：将气相色谱-质谱联用仪器获得的各个时刻各个质荷比的数据信息以CSV格式导出，采用MATLAB 7.9.0(R2009b)对数据进行处理，运用mesh()函数绘制三维谱图。然后采用下列步骤进行数据处理：将两个样品三维谱图P1、P2(图4、5)进行相同x、y坐标下z坐标的相除运算，得到三维比例图P3(图6)，其坐标为(x，y，z1/z2)；在P3中搜索z坐标范围小于80％或大于120％的点(具体数值依据样品性质确定)，这些点在P1、P2中的对应点即为两个样品之间有显著差异的特征碎片离子，这些对应点在某一保留时间处的组合质谱图即为这两个样品在该保留时间处的差异质谱图。采用同样方法，针对差异质谱图上碎片离子对应保留时间处的色谱峰进行一对一或一对多的谱库检索，运用匹配度确定差异质谱图来自于哪个或哪几个化合物的质谱碎片叠加。通过各个保留时间点差异质谱图的检索分析，从而确定两个样品间的组成差异。
实施例1：
对于样品中某个保留时间可能存在的共流出峰的情况，本发明通过与标准质谱库的衔接，突破通常工作站软件常规的一对一相似检索方式，进行一对二、一对多的相似检索，寻找谱库中多个化合物质谱图与样品共流出峰质谱图的最高匹配，据此判断共流出峰的成分组成。如图3(左)所示，为一个共流出峰，通过峰纯度分析和一对多的质谱图匹配度计算，它为3种物质在相近保留时间内流出而形成的共流出峰，如图3(右)所示。
本发明挑选两个对照样品(为了体现本发明的意义，挑选了两种成分比较相似的对照样品，两者的二维总离子流图基本一致，难以区分)进行图例说明，将样品进行气相色谱-质谱联用仪器分析后得到总离子流图和质谱图，经过将以上两个二维谱图叠加处理后可得到三维谱图，图4为样品1号的三维立体图，图5为样品2号的三维立体图，从图中可清楚地观察到各保留时间处各种碎片离子的丰度值，三维图可方便地显示出各点的三维坐标，即各坐标点的保留时间、质荷比和丰度值，并依丰度值以不同色度展示。将样品1号和样品2号的三维立体图，即图4、图5进行对应z坐标的相除运算以显示其差异，结果如图6所示。从图6可以看出，样品1号和样品2号的三维立体图差异明显，差异可从离子特征更清楚直观地反映。在图6中搜索z坐标范围小于0.8或大于1.2的点，这些对应点即为两个样品之间有显著差异的特征碎片离子，这些对应点在某一保留时间处的组合质谱图即为这两个样品在该保留时间处的差异质谱图。对差异质谱图上碎片离子对应保留时间处的色谱峰进行一对一或一对多的谱库检索，运用匹配度确定差异质谱图来自于哪个或哪几个化合物的质谱碎片叠加，通过各个保留时间点差异质谱图的检索分析，从而确定两个样品间的组成差异。

Claims (2)

1.一种基于气相色谱-质谱分析的共流出峰解析及谱库检索方法，其特征在于，解析方法为：
对于样品质谱图中的一个色谱峰，首先通过它的峰形和峰纯度分析判断它是否为几种物质的叠加峰，即判断其是否为共流出峰；在此基础上，采用谱库中多种物质组合后形成的质谱图与共流出峰的质谱图进行一对多匹配，如匹配度达到某个标准，则判断该匹配度对应的组合为当前样品的组成成分。
2.根据权利要求1所述的基于气相色谱-质谱分析数据的共流出峰解析方法，其特征在于，通过不同样品间三维信息的对比，确定样品间组分的物质差异，包括以下两个步骤：
步骤1：通过对气相色谱-质谱联用仪器所获得的样品总离子流图(TIC)和质谱图进行叠加，获得样品的三维全方位谱图，三维全方位谱图以保留时间、质荷比和丰度为三维坐标轴；
步骤2：对不同样品的三维全方位谱图进行对应x、y坐标点的z坐标相除运算，对于z坐标比值在一定范围内的碎片离子，针对碎片离子对应保留时间处的色谱峰进行一对一或一对多的谱库检索，对差异的组分进行定性。
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