CN111089928A - 有机物的质谱离子峰的解析方法、系统、装置及介质 - Google Patents

有机物的质谱离子峰的解析方法、系统、装置及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种有机物的质谱离子峰的解析方法、系统、装置及介质，涉及质谱检测，获取待解析有机物离子峰的质荷比m/z，确定离子峰所对应的待解析离子质量m；对待解析离子质量m进行取整，得到离子质量整数m1；根据预设条件确定离子峰对应的所有候选离子的化学式；获取对应的所有候选离子的理论质量m2，计算理论质量m2与待解析离子质量m之差的绝对值|m‑m2|；根据质谱仪的分辨率获取离子质量的误差阈值e；筛选绝对值|m‑m2|小于误差阈值e的化学式。本发明的有益效果是：用于对仅含有碳氢氧三种元素的有机物的质谱离子峰进行分析，有利于精确筛选出可能的离子化学式，从而大大提高未知化学物的结构解析效率和结果可靠性。

Description

有机物的质谱离子峰的解析方法、系统、装置及介质
技术领域
本发明涉及质谱检测领域，尤其涉及一种有机物的质谱离子峰的解析方法、系统、装置及介质。
背景技术
自然界中存在大量只含有碳氢氧三种元素的有机物，比如糖、脂肪酸、酚、醌、黄酮、萜、甾体等化合物及其衍生化合物。对这些仅含碳氢氧的有机物的结构进行鉴定，是这些物质的相关研究和利用的基础。
质谱法是一种常用的化合物结构鉴定手段，具有分辨率高、选择性好以及快速灵敏的优点，在测定化合物的分子量、解析化合物结构、研究化学反应机理等方面都发挥着巨大的作用。气相色谱-质谱联用技术和液相色谱-质谱联用技术是两种最为常用的质谱辅助有机物识别技术。其中，气相色谱-质谱联用技术适用于对热稳定好、易挥发的物质进行检测识别，而液相色谱-质谱联用技术适用于对热稳定性差、难挥发的物质进行检测识别。
目前，气相色谱-质谱联用技术的质谱数据分析策略是收集已有解析结果的质谱数据形成标准谱库，然后通过对标准谱库进行检索，将待测物的质谱数据与标准谱库中的物质的质谱数据进行匹配从而确定待测物质的分子结构。世界各大质谱仪器公司都根据这一策略开发了相应的气相色谱-质谱数据分析软件。然而，利用液相色谱-质谱联用技术所检测的物质尚未建立完善的谱库，所以目前国内外仍然缺乏对液相色谱-质谱的质谱数据进行分析的通用软件。缺乏对液相色谱-质谱联用技术的质谱数据进行分析的软件，大大限制了液相色谱-质谱联用技术在分析未知物的结构中的应用。
目前，对液相色谱-质谱联用技术的质谱数据进行分析的策略为：确定质谱中主要的离子峰所对应的离子化学式，再根据质谱裂解方面较常见的和启发式推导出的规则，从而推测未知化合物的结构。然而，由于缺乏通用的对质谱中的离子峰进行解析的软件，导致液相色谱-质谱联用技术的数据分析仍然较为困难。特别地，对于含有CHONSP等多种元素的大分子有机物比如多肽，每一个离子峰都对应多种可能的离子化学式，导致对这类物质的质谱中的离子峰解析极为困难。相比之下，对于只含有CHO三种元素的有机物，它们在质谱分析中形成的碎片离子峰也都仅含有CHO三种元素，每个离子峰对应的候选离子较少，使得对这些物质的离子峰的解析相对容易。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种有机物的质谱离子峰的解析方法、系统、装置及介质，用于对仅含有碳氢氧三种元素的有机物的质谱数据进行解析，主要解决质谱离子峰的解析过程繁琐、低效、可靠性低的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种有机物的质谱离子峰的解析方法，包括：
获取待解析有机物离子峰的质荷比m/z，确定离子峰所对应的待解析离子质量m；
对待解析离子质量m进行取整，得到离子质量整数m1；
根据预设条件确定离子峰对应的所有候选离子的化学式；
获取对应的所有候选离子的理论质量m2，计算理论质量m2与待解析离子质量m之差的绝对值|m-m2|；
根据质谱仪的分辨率获取离子质量的误差阈值e；
筛选所述绝对值|m-m2|小于误差阈值e的化学式。
同时还提出了一种有机物的质谱离子峰的解析系统，包括：
离子质量获取模块，用于获取待解析有机物离子峰的质荷比m/z，确定待解析离子峰所对应的离子质量m；
离子质量取整模块，用于对待解析离子质量m进行取整，得到离子质量整数m1；
化学式初步筛选模块，用于根据预设条件确定离子峰对应的所有候选离子的化学式；
绝对值计算模块，用于获取对应的所有候选离子的理论质量m2，计算理论质量m2与待解析离子质量m之差的绝对值|m-m2|；
误差阈值获取模块，用于根据质谱仪的分辨率获取离子质量的误差阈值e；
化学式精确筛选模块，筛选所述绝对值|m-m2|小于误差阈值e的化学式。
还提出了一种有机物的质谱离子峰的解析装置，装置包括存储器和处理器，其中，
存储器用于存储可执行程序代码；
处理器与存储器耦合；
处理器调用存储器中存储的可执行程序代码，执行上述的有机物的质谱离子峰的解析方法。
还提出了一种计算机可存储介质，计算机存储介质存储有计算机指令，计算机指令被调用时，用于执行上述的有机物的质谱离子峰的解析方法。
本发明的有益效果为：用于对仅含有碳氢氧三种元素的有机物的质谱离子峰进行分析，通过双重筛选以及设置阈值等操作，有利于精确筛选出可能的离子化学式，从而大大提高未知化学物的结构解析效率和结果可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例一中有机物的质谱离子峰的解析方法的流程图；
图2为本发明实施例七中有机物的质谱离子峰的解析系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例一
如图1所示,本实施例提出了一种有机物的质谱离子峰的解析方法，包括：
S1，获取待解析有机物离子峰的质荷比m/z，确定离子峰所对应的待解析离子质量m；
S2，对待解析离子质量m进行取整，得到离子质量整数m1；
S3，根据预设条件确定离子峰对应的所有候选离子的化学式；
S4，获取对应的所有候选离子的理论质量m2，计算理论质量m2与待解析离子质量m之差的绝对值|m-m2|；
S5，根据质谱仪的分辨率获取离子质量的误差阈值e；
S6，筛选绝对值|m-m2|小于误差阈值e的化学式。
上述S1至S6步骤没有严格的先后顺序之分，能够实现筛选功能即可。
更进一步地，预设条件具体为：候选离子的化学式需同时满足H＝m1-12C-16O、H≤2C+3、C≥O-2、C>0、H≥C-4以及H>0，其中C、H、O分别是候选离子所含有的碳、氢、氧的原子个数。
更进一步地，根据质谱仪的分辨率获取离子质量的误差阈值e的过程为：若质谱仪分辨率为1Da，则误差阈值e设为0.5～1之间的任意值；若质谱仪分辨率设为0.1Da，则误差阈值e为0.05～0.1之间的任意值；若质谱仪分辨率达到0.01Da及以上，则误差阈值e设为0.005～0.01之间的任意值；具体误差阈值e的值可根据经验或质谱仪的运行情况确定。
自然界中存在大量只含有CHO三种元素的有机物，如糖、脂肪酸、酚、醌、黄酮、萜、甾体等化合物及其衍生化合物。这些物质在质谱分析过程中生成的离子峰也都仅含有CHO三种元素，使得通过这类物质的离子峰得到这类物质的离子化学式相对容易，也使得对这类物质在质谱分析中生成的离子峰进行解析成为较有意义的工作。本发明用于对仅含有碳氢氧三种元素的有机物进行分析，通过双重筛选以及设置阈值等操作，有利于精确筛选出可能的有机物成分，令到未知化学物的结构解析结果可靠性大大提升。
下面通过实施例二至六来进一步说明实施例一：
实施例二
某未知物仅含有CHO三种元素，采用质谱分辨率为0.01的液相色谱-质谱联用仪对它进行分析时，发现该物质能产生质荷比m/z为161.04的碎片离子峰，试对该离子峰进行解析。
解：(1)该离子峰对应的离子质量为161.04，对其取整得到m1＝161。
(2)根据条件H＝m1-12C-16O、H≤2C+3、C≥O-2、C>0、H≥C-4且H>0确定离子峰对应的所有候选离子的化学式包括：[C12H17]、[C11H13O]、[C10H9O2]、[C9H5O3]、[C8H17O3]、[C7H13O4]、[C6H9O5]、[C5H5O6]。
(3)计算各个候选离子的理论质量m2及其与待解析离子质量m之差的绝对值|m-m2|如下表所示：
Figure BDA0002370082720000061
(4)确定误差阈值e：根据质谱分辨率为0.01，确定其理论质量与测量质量的误差阈值e为0.01；
(5)筛选绝对值|m-m2|小于误差阈值e的化学式，可以发现只有化学式为[C6H9O5]的候选离子对应的绝对值|m-m2|小于误差阈值e，因此可以确定该离子峰对应的离子化学式为[C6H9O5]。
实施例三
某未知物仅含有CHO三种元素，采用质谱分辨率为0.1的液相色谱-质谱联用仪对它进行分析时，发现该物质产生质荷比m/z为161.0的碎片离子峰，试对该离子峰进行解析。
解：(1)该离子峰对应的离子质量为161.0，对其取整得到m1＝161。
(2)根据条件H＝m1-12C-16O、H≤2C+3、C≥O-2、C>0、H≥C-4且H>0确定离子峰对应的所有候选离子的化学式包括：[C12H17]、[C11H13O]、[C10H9O2]、[C9H5O3]、[C8H17O3]、[C7H13O4]、[C6H9O5]、[C5H5O6]。
(3)计算各个候选离子的理论质量m2及其与待解析离子质量m之差的绝对值|m-m2|如下表所示：
Figure BDA0002370082720000071
(4)确定误差阈值e：因为质谱分辨率为0.1Da，确定其理论质量与测量质量的误差阈值e为0.055；
(5)筛选绝对值|m-m2|小于误差阈值e的化学式，可以发现化学式[C10H9O2]、[C9H5O3]、[C7H13O4]、[C6H9O5]、[C5H5O6]对应的绝对值|m-m2|小于误差阈值e，因此可以确定该离子峰对应的离子的化学式为[C10H9O2]、[C9H5O3]、[C7H13O4]、[C6H9O5]、[C5H5O6]中的一种。
实施例四
某未知物仅含有CHO三种元素，采用质谱分辨率为0.01的液相色谱-质谱联用仪对它进行分析时，发现该物质的产生质荷比m/z为195.12的碎片离子峰，试对该离子峰进行解析。
解：(1)该离子峰对应的离子质量为195.12，对其取整得到m1＝195。
(2)根据条件H＝m1-12C-16O、H≤2C+3、C≥O-2、C>0、H≥C-4且H>0确定离子峰对应的所有候选离子的化学式包括：[C14H27]、[C15H15]、[C13H23O]、[C14H11O]、[C12H19O2]、[C11H15O3]、[C10H11O4]、[C8H19O5]、[C9H7O5]、[C7H15O6]、[C6H11O7]。
(3)计算各个候选离子的理论质量m2及其与待解析离子质量m之差的绝对值|m-m2|如下表所示：
Figure BDA0002370082720000081
Figure BDA0002370082720000091
(4)确定误差阈值e：因为质谱分辨率为0.01，确定其理论质量与测量质量的误差阈值e为0.009。
(5)筛选绝对值|m-m2|小于误差阈值e的化学式，可以发现化学式[C15H15]、[C8H19O5]的候选离子对应的绝对值|m-m2|小于误差阈值e，因此可以确定该离子峰对应的离子的化学式为[C15H15]、[C8H19O5]中的一种。
实施例五
某未知物仅含有CHO三种元素，采用质谱分辨率为0.001Da的液相色谱-质谱联用仪对它进行液相质谱分析时，发现该物质的产生质荷比m/z为193.092的碎片离子峰，试对该离子峰进行解析。
解：(1)该离子峰对应的离子质量为193.092，对其取整得到m1＝193。
(2)根据条件H＝m1-12C-16O、H≤2C+3、C≥O-2、C>0、H≥C-4且H>0确定离子峰对应的所有候选离子的化学式包括：[C14H25]、[C15H13]、[C13H21O]、[C12H17O2]、[C11H13O3]、[C10H9O4]、[C9H21O4]、[C9H5O5]、[C8H17O5]、[C7H13O6]、[C6H9O7]。
(3)计算各个候选离子的理论质量m2及其与待解析离子质量m之差的绝对值|m-m2|如下表所示：
Figure BDA0002370082720000092
Figure BDA0002370082720000101
(4)确定误差阈值e：根据质谱分辨率为0.001Da，确定其理论质量与测量质量的误差阈值e为0.01。
(5)筛选绝对值|m-m2|小于误差阈值e的化学式，可以发现化学式为[C11H13O3]的候选离子对应的绝对值|m-m2|小于误差阈值e，因此可以确定该离子峰对应的离子的化学式为[C11H13O3]。
实施例六
某未知物仅含有CHO三种元素，采用质谱分辨率为0.1的液相色谱-质谱联用仪对它进行液相质谱分析时，发现该物质的产生质荷比m/z为234.0的碎片离子峰，试对该离子峰进行解析。
解：(1)该离子峰对应的离子质量为234.0，对其取整得到m1＝234。
(2)根据条件H＝m1-12C-16O、H≤2C+3、C≥O-2、C>0、H≥C-4且H>0确定离子峰对应的所有候选离子的化学式包括：[C17H30]、[C18H18]、[C16H26O]、[C17H14O]、[C15H22O2]、[C14H18O3]、[C12H26O4]、[C13H14O4]、[C11H22O5]、[C12H10O5]、[C10H18O6]、[C9H14O7]、[C8H10O8]、[C7H6O9]。
(3)确定误差阈值e：根据质谱分辨率为0.1，确定其理论质量与测量质量的误差阈值e为0.055。
(4)计算各个候选离子的理论质量m2及其与待解析离子质量m之差的绝对值|m-m2|如下表所示：
Figure BDA0002370082720000111
(5)筛选绝对值|m-m2|小于误差阈值e的化学式，可以发现化学式为[C12H10O5]、[C8H10O8]、[C7H6O9]的候选离子对应的绝对值|m-m2|小于误差阈值e，因此可以确定该离子峰对应的离子的化学式为[C12H10O5]、[C8H10O8]、[C7H6O9]中的一个。
实施例七
如图2所示,本实施例提出了一种有机物的质谱离子峰的解析系统，包括：
离子质量获取模块，用于获取待解析有机物离子峰的质荷比m/z，确定待解析离子峰所对应的离子质量m；
离子质量取整模块，用于对待解析离子质量m进行取整，得到离子质量整数m1；
化学式初步筛选模块，用于根据预设条件确定离子峰对应的所有候选离子的化学式；
绝对值计算模块，用于获取对应的所有候选离子的理论质量m2，计算理论质量m2与待解析离子质量m之差的绝对值|m-m2|；
误差阈值获取模块，用于根据质谱仪的分辨率获取离子质量的误差阈值e；
化学式精确筛选模块，筛选绝对值|m-m2|小于误差阈值e的化学式。
预设条件具体为：候选离子的化学式需同时满足H＝m1-12C-16O、H≤2C+3、C≥O-2、C>0、H≥C-4以及H>0，才能确定为候选离子的化学式，其中C、H、O分别是候选离子所含有的碳、氢、氧的原子个数。
根据质谱仪的分辨率获取离子质量的误差阈值e的过程为：若质谱仪分辨率为1Da，则误差阈值e设为0.5～1之间的任意值；若质谱仪分辨率设为0.1Da，则误差阈值e为0.0～0.1之间的任意值；若质谱仪分辨率达到0.01Da及以上，则误差阈值e设为0.005～0.01之间的任意值；具体误差阈值e的值可根据经验或质谱仪的运行情况确定。
实施例八
本实施例提出了一种有机物的质谱离子峰的解析装置，该装置包括存储器和处理器，其中，
存储器用于存储可执行程序代码；
处理器与所述存储器耦合；
处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行实施例一中描述的有机物的质谱离子峰的解析方法。
实施例九
本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行实施例一中描述的有机物的质谱离子峰的解析方法中的步骤。
以上所描述的系统和装置实施例仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种有机物的质谱离子峰的解析方法及系统所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离奔放各项实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种有机物的质谱离子峰的解析方法，其特征在于，包括：
获取待解析有机物离子峰的质荷比m/z，确定所述离子峰所对应的待解析离子质量m；
对所述待解析离子质量m进行取整，得到离子质量整数m1；
根据预设条件确定所述离子峰对应的所有候选离子的化学式；
获取所述对应的所有候选离子的理论质量m2，计算所述理论质量m2与所述待解析离子质量m之差的绝对值|m-m2|；
根据质谱仪的分辨率获取离子质量的误差阈值e；
筛选所述绝对值|m-m2|小于误差阈值e的化学式。
2.如权利要求1所述的有机物的质谱离子峰的解析方法，其特征在于，所述预设条件具体为：所述候选离子的化学式需同时满足H＝m1-12C-16O、H≤2C+3、C≥O-2、C>0、H≥C-4以及H>0，其中C、H、O分别是候选离子所含有的碳、氢、氧的原子个数。
3.如权利要求1所述的有机物的质谱离子峰的解析方法，其特征在于，所述根据质谱仪的分辨率获取离子质量的误差阈值e的过程为：若质谱仪分辨率为1Da，则误差阈值e为0.5～1之间的任意值；若质谱仪分辨率设为0.1Da，则误差阈值e为0.05～0.1之间的任意值；若质谱仪分辨率达到0.01Da及以上，则误差阈值e设为0.005～0.01之间的任意值。
4.一种有机物的质谱离子峰的解析系统，其特征在于，包括：
离子质量获取模块，用于获取待解析有机物离子峰的质荷比m/z，确定所述待解析离子峰所对应的离子质量m；
离子质量取整模块，用于对所述待解析离子质量m进行取整，得到离子质量整数m1；
化学式初步筛选模块，用于根据预设条件确定所述离子峰对应的所有候选离子的化学式；
绝对值计算模块，用于获取所述对应的所有候选离子的理论质量m2，计算所述理论质量m2与所述待解析离子质量m之差的绝对值|m-m2|；
误差阈值获取模块，用于根据质谱仪的分辨率获取离子质量的误差阈值e；
化学式精确筛选模块，筛选所述绝对值|m-m2|小于误差阈值e的化学式。
5.如权利要求1所述的有机物的质谱离子峰的解析系统，其特征在于，所述预设条件具体为：所述候选离子的化学式需同时满足H＝m1-12C-16O、H≤2C+3、C≥O-2、C>0、H≥C-4以及H>0，其中C、H、O分别是离子所含有的碳、氢、氧的原子个数。
6.如权利要求1所述的有机物的质谱离子峰的解析系统，其特征在于，所述根据质谱仪的分辨率获取离子质量的误差阈值e的过程为：若质谱仪分辨率为1Da，则误差阈值e设为0.5～1之间的任意值；若质谱仪分辨率设为0.1Da，则误差阈值e为0.05～0.1之间的任意值；若质谱仪分辨率达到0.01Da及以上，则误差阈值e设为0.005～0.01之间的任意值。
7.一种有机物的质谱离子峰的解析装置，其特征在于，所述装置包括存储器和处理器，其中，
所述存储器用于存储可执行程序代码；
所述处理器与所述存储器耦合；
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如权利要求1-3任一项所述的有机物的质谱离子峰的解析方法。
8.一种计算机可存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行如权利要求1-3任一项所述的有机物的质谱离子峰的解析方法。
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