DE102011083782A1

DE102011083782A1 - System und verfahren zum pflegen von massenspektrenbibliotheken

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Publication number: DE102011083782A1
Application number: DE102011083782A
Authority: DE
Inventors: Heloise Logan; Frank E. Kuhlmann; Steven M. Fischer; Xiangdong Don Li
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: US20120108448A1; GB2485257B; GB2485257A; DE102011083782B4; JP5882654B2; JP2012098276A; GB201115848D0

Abstract

Systeme und Verfahren zur Pflege von Massenspektrenbibliotheken. Allgemein gilt, dass die hierin bereitgestellten Systeme und Verfahren (a) ein experimentell abgeleitetes Massenspektrum einer interessierenden Verbindung erhalten; (b) einen Peak in dem Massenspektrum identifizieren, der einen experimentellen m/z-Wert (Masse/Ladung-Wert) für ein Ionenfragment der interessierenden Verbindung darstellt; (c) aus dem Massenspektrum jeglichen Peak entfernen, der nicht der interessierenden Verbindung entspricht; und (d) den experimentellen m/z-Wert für den bei Schritt (b) identifizierten Peak durch einen berechneten theoretischen m/z-Wert für das Ionenfragment ersetzen.

Description

Hierin werden Systeme und Verfahren zur Pflege von Massenspektrenbibliotheken bereitgestellt. Allgemein gilt, dass die hierin bereitgestellten Systeme und Verfahren (a) ein experimentell abgeleitetes Massenspektrum einer interessierenden Verbindung erhalten; (b) einen Peak in dem Massenspektrum identifizieren, der einen experimentellen m/z-Wert (Masse/Ladung-Wert) für ein Ionenfragment der interessierenden Verbindung darstellt; (c) aus dem Massenspektrum jeglichen Peak entfernen, der nicht der interessierenden Verbindung entspricht; und (d) den experimentellen m/z-Wert für den bei Schritt (b) identifizierten Peak durch einen berechneten theoretischen m/z-Wert für das Ionenfragment ersetzen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren zum Pflegen einer Massenspektrenbibliothek, ein computerlesbares Speichermedium zum Pflegen einer Massenspektrenbibliothek sowie ein Massenspektrometersystem mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch Verfahren gemäß Anspruch 1 und 20, durch ein computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 10 sowie durch ein Massenspektrometersystem gemäß Anspruch 19 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen naher erläutert. Die beiliegenden Zeichnungen, die hierin integriert sind, bilden einen Bestandteil der Spezifikation. Zusammen mit der vorliegenden schriftlichen Beschreibung dienen die Zeichnungen ferner dazu, die Prinzipien der beanspruchten Systeme und Verfahren zu erläutern und Fachleute auf dem relevanten Gebiet bzw. den relevanten Gebieten zu befähigen, die beanspruchten Systeme und Verfahren herzustellen und zu nutzen. Es zeigen:
1 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Pflegen einer Massenspektrenbibliothek veranschaulicht;
2 ein Flussdiagramm, das ein Teilprotokoll des Verfahrens der 1 gemäß einem hierin präsentierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
3A ein Flussdiagramm, das ein alternatives Teilprotokoll des Verfahrens der 1 gemäß einem anderen hierin präsentierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
3B ein Flussdiagramm, das ein alternatives Teilprotokoll des Verfahrens der 1 gemäß einem wieder anderen hierin präsentierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht; und
4 eine schematische Veranschaulichung eines Computersystems zum Ausführung der hierin beschriebenen Verfahren.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Massenspektralanalyse. Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Systeme und Verfahren zum Pflegen von Massenspektrenbibliotheken.
Bei Massenspektrenbibliotheken kann ein inhärenter Instrumentierungsfehler dazu führen, dass die Masse/Ladung-Werte (m/z-Werte) für Vorläuferionen und jeweilige Fragmentionen von den theoretisch erwarteten Werten abweichen. Ein derartiger Instrumentierungsfehler führt bei Bewertungen (Bewertungspunktzahlen) von Bibliothekssuchläufen zu einem Verlust an Spezifität und zu einem geringeren Unterscheidungsvermögen.
Ferner kann ein Bibliotheksspektrum Peaks enthalten, die nicht von der analysierten interessierenden Verbindung stammen. Derartige Peaks können stattdessen chemisches Rauschen, das von anderen Verbindungen stammt, die zusammen mit der interessierenden Verbindung isoliert wurden, oder elektronisches Rauschen darstellen. Derartige Peaks wirken sich nachteilig auf Suchbewertungen aus, wenn nach unbekannten Verbindungen gesucht wird. Im Idealfall sollte das Bibliotheksspektrum lediglich Fragmentionen enthalten, die von der interessierenden Verbindung abgeleitet sind.
Die hierin bereitgestellten Systeme und Verfahren ermöglichen ein Korrigieren der m/z-Werte der Vorläuferinnen und der Fragmentionen in einem Bibliotheksspektrum. In der Praxis werden die experimentell abgeleiteten m/z-Werte unter Verwendung eines systematischen Ansatzes zu den theoretisch erwarteten Werten (d. h. theoretischen Werten) korrigiert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Molekülformelerzeugungsalgorithmus in Kombination mit Kenntnis der Zielformel dazu verwendet, die zu korrigierenden m/z-Werte zu identifizieren. Alternativ dazu kann ein Strukturelle-Korrelation-Algorithmus (MSC – structural correlation algorithm) dazu verwendet werden, die m/z-Werte zu korrigieren. MSC versucht, Fragmentionen-m/z-Werte unter Verwendung eines systematischen Ansatzes eines Bindungsbruchs und/oder unter Verwendung von Fragmentierungsregeln mit einer bekannten Molekularstruktur zu korrelieren.
Beim Durchsuchen des Spektrums einer unbekannten Verbindung gegenüber dem Spektrum einer Bibliotheksverbindung, wobei die m/z-Werte zu den theoretischen Werten korrigiert sind, können bei dem Spektralabgleichsalgorithmus (Spektralanpassungsalgorithmus) engere Toleranzen verwendet werden, und die Massengenauigkeit bei dem unbekannten Spektrum kann bezüglich einer höheren Spezifität genutzt werden. Eine höhere Spezifität führt zu weniger Bibliothekssuchlauftreffern und zu einem höheren Unterscheidungsvermögen bezüglich Suchbewertungen.
Die hierin bereitgestellten Systeme und Verfahren ermöglichen ferner die Erkennung und das Filtern von Peaks in dem Bibliotheksspektrum. Mit anderen Worten werden Peaks, die nicht von der interessierenden Verbindung stammen, aus dem Bibliotheksspektrum beseitigt. Als solche erhöhen die hierin bereitgestellten Systeme und Verfahren Spektralabgleichsbewertungen sowohl für Vorwärtssuchläufe als auch Rückwärtssuchläufe, was zu einer höheren Spezifität führt.
Ein Korrigieren der m/z-Werte zu den theoretischen Werten und/oder die Beseitigung von Fragmentionen, die nicht von der interessierenden Verbindung stammen, stellt eine „Pflege” (curation) der Bibliotheksspektren dar. Der nachstehend beschriebene systematische Ansatz ermöglicht eine automatisierte Pflege von Bibliotheksspektren bei einem sehr hohen Durchsatz, was die effiziente Erstellung präziser Masseninhaltsbibliotheken ermöglicht. Die hierin bereitgestellten Pflegeverfahren verbessern ferner die Qualität von Bibliotheksspektren, indem sie Signalrauschen, das eine anfängliche Stufe eines Schwellenrauschfilterns passieren kann, beseitigen.
Die folgende ausführliche Beschreibung der Figuren bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, die exemplarische Ausführungsbeispiele veranschaulichen. Andere Ausführungsbeispiele sind möglich. An den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen können Modifikationen vorgenommen werden, ohne von der Wesensart und dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Deshalb soll die folgende ausführliche Beschreibung keine Einschränkung darstellen.
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 100 zum Pflegen einer Massenspektrenbibliothek veranschaulicht. Gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument sollte der Begriff „Bibliothek” breit gefasst interpretiert werden, nämlich dahin gehend, jegliche Art von Sammlung oder Datenbank von Massenspektren und/oder Masseninhaltsinformationen zu umfassen. Das Verfahren 100 kann auf einem Computersystem durchgeführt werden, ob das Computersystem nun direkt mit einem zugeordneten Massenspektrometer (MS) verbunden ist oder nicht. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Pflegeverfahren 100 zum Pflegen von Genaue-Masse-MS/MS-Spektralbibliotheken verwendet. Genaue-Masse-Bibliotheken sind als Bibliotheken mit einer Massenpräzision von 200 ppm oder weniger oder von 100 ppm oder weniger oder von 50 ppm oder weniger oder von 20 ppm oder weniger oder von 10 ppm oder weniger oder von 1 ppm oder weniger definiert. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen können derartige Bibliotheken von Single-Quadrupol- (z. B. GC/MS-EI-Bibliotheken), Triple-Quadrupol-, Q-Tof-, Orbitalfallen-Massenspektrometern, Magnetischer-Sektor-Massenspektrometern, auf Ionenfallen beruhenden Instrumenten oder jeglichen anderen geeigneten Massenspektrometern, die in der Lage sind, Genaue-Masse-Messungen vorzunehmen, erhalten werden. Ferner kann das Verfahren 100 in „Echtzeit” durchgeführt werden, um eine Massenspektrenbibliothek zu initiieren, zu erstellen und/oder zu bestücken, oder es kann alternativ dazu als Nachverarbeitungsprotokoll über eine vorhandene Massenspektrenbibliothek durchgeführt werden.
Bei Schritt 102 wird ein experimentell abgeleitetes Massenspektrum einer interessierenden Verbindung erhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Massenspektrum von einem Genaue-Masse-MS/MS-Spektrometer erhalten. Gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument soll „ein experimentell abgeleitetes Massenspektrum erhalten” breit gefasst die Handlungen eines Durchführens einer Spektralanalyse, eines Empfangens eines experimentell abgeleiteten Massenspektrums direkt von einem Spektrometerinstrument und/oder eines Empfangens (Push oder Pull, Schieben oder Ziehen) eines Massenspektrums von einer vorhandenen Bibliothek umfassen. Schritt 102 kann ferner ein Durchführen bekannter Vorverarbeitungsalgorithmen an dem experimentell abgeleiteten Massenspektrum umfassen. Beispielsweise umfasst Schritt 102 bei einem Ausführungsbeispiel ferner ein Durchführen eines Hintergrundsubtraktionsalgorithmus an dem experimentell abgeleiteten Massenspektrum.
Bei Schritt 104 werden Peaks identifiziert, die der interessierenden Verbindung entsprechen. 2, 3A und 3B, die nachfolgend erörtert werden, liefern alternative Ausführungsbeispiele zum Identifizieren von Peaks, die der interessierenden Verbindung entsprechen. Die in den 2, 3A und 3B beschriebenen Teilprotokolle können kollektiv seriell oder parallel verwendet werden oder können einzeln verwendet werden. Nachdem die Peaks, die der interessierenden Verbindung entsprechen, identifiziert wurden, werden etwaige bzw. alle Peaks, die der interessierenden Verbindung nicht entsprechen, bei Schritt 106 aus dem Spektrum entfernt. Gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument soll der Begriff „jegliche(r, s)” Folgendes bedeuten: „ein(e, r) oder manche; oder was auch immer es sein mag; oder welche(r, s) auch immer es sein mag/mögen”. Der Begriff „jegliche(r, s)” kann, muss aber nicht zwangsläufig, „alle” bedeuten. Das Beseitigen jeglicher nicht-entsprechender Peaks erhöht die Spezifität des Spektrums.
Bei Schritt 108 wird der experimentelle m/z-Wert für jeden verbleibenden Peak durch einen berechneten theoretischen m/z-Wert für den jeweiligen Peak ersetzt. Durch Ersetzen des experimentell abgeleiteten m/z-Werts durch einen theoretischen m/z-Wert wird der Instrumentierungsfehler minimiert, und zukünftige Suchläufe unbekannter Verbindungen in dem gepflegten Spektrum können mit engeren Toleranzen und einer höheren Spezifität durchgeführt werden.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Teilprotokoll für den Identifizierungsschritt 104 der 1 gemäß einem hierin präsentierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das Teilprotokoll 104 der 2 verwendet einen Molekülformelerzeugungsalgorithmus (MFG-Algorithmus, MFG = molecular formula generation), um zu identifizieren, welche Peaks in einem experimentellen (d. h. experimentell gemessenen) Bibliotheksspektrum der interessierenden Verbindung entsprechen.
Bei Schritt 201 wird das Bibliotheksspektrum einem absoluten und/oder relativen Schwellenfilter unterworfen, um Peaks mit niedrigem Pegel zu verwerfen. Schritt 201 ist ein optionaler Schritt und kann bei einem alternativen Ausführungsbeispiel als Bestandteil des Schritts 106 durchgeführt werden. Algorithmen zum Durchführen absoluter und/oder relativer Schwellenfilter sind in der Technik bekannt.
Bei Schritt 203 wird unter Verwendung eines MFG-Algorithmus für jeden verbleibenden Peak in dem Spektrum eine Molekülformel berechnet. MFG-Algorithmen sind in der Technik bekannt. Beispielsweise liefert Darland u. a., „Superior Molecular Formula Generation from Accurate-Mass Date", Technical Overview, von Agilent Technologies am 4. Januar 2008 veröffentlicht, wobei dieses Dokument in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen ist, eine Beschreibung eines MFG-Algorithmus. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Berechnung einer Molekülformel für eine mit Massenspektrometrie gemessene unbekannte Verbindung durchgeführt, indem die Massen verschiedener Elemente addiert und durch verschiedene Anzahlen der erlaubten Elemente permutiert werden, so dass die resultierende Masse in die Massenfenster fällt, die durch die gemessene Masse und die Massengenauigkeit des verwendeten Massenspektrometers definiert sind. Exakte Berechnungen berücksichtigen die Masse eines Elektrons. Um das Vertrauen in eine berechnete Molekülformel weiter zu erhöhen, wird das theoretische Isotop-Muster einer berechneten Molekülformel mit dem experimentellen Isotop-Muster verglichen, wobei sowohl die relativen Häufigkeiten als auch die Beabstandung der Isotope verwendet werden. Eine zusätzliche Unterscheidung kann erzielt werden, indem auch die genaue gemessene Masse von Fragmentionen und die neutralen Differenzen zwischen dem Vorläuferion und jedem Fragmention verwendet werden. Die berechneten Molekülformeln für jedes Fragmention und seine entsprechende neutrale Differenz müssen zusammen die vorgeschlagene Formel eines Vorläuferions ergeben.
Bei Schritt 205 wird der MFG-Algorithmus auch dazu verwendet, theoretische m/z-Werte von Isotopen zu berechnen, indem durch mögliche Kombinationen erlaubter Elemente permutiert wird und indem der resultierende m/z-Wert mit dem experimentellen m/z-Wert verglichen wird. Der MFG-Algorithmus kann die Massedifferenz zwischen dem theoretischen und dem experimentellen m/z-Wert berücksichtigen. Es können zusätzliche chemische Regeln angewendet werden, um Formeln, die keinen chemischen Sinn ergeben, auszuschließen.
Bei Schritt 207 wird eine Beurteilung vorgenommen, ob der Peak für die interessierende Verbindung repräsentativ ist. Peaks, die für die interessierende Verbindung repräsentativ sind, werden in dem Bibliotheksspektrum behalten; der Prozess geht zu Schritt 108 über. Peaks, die nicht repräsentativ für die interessierende Verbindung sind, werden bei Schritt 106 aus dem Spektrum beseitigt. Beispielsweise berechnet der MFG-Algorithmus auf der Basis der dem Algorithmus gelieferten Mutterformel für jeden Peak in dem Spektrum eine Liste möglicher Teilformeln. Falls der MFG-Algorithmus keinerlei Teilformel für den Peak präsentiert, gibt es keine Teilformel, die innerhalb einer gegebenen Massentoleranz (~10 ppm) für diesen Peak von der Mutterformel abgeleitet werden kann. Somit wird davon ausgegangen, dass der Peak nicht erklärbar ist und nicht von der interessierenden Verbindung stammt. Der Peak wird somit aus dem Spektrum beseitigt. Falls der MFG in der Lage ist, eine oder mehrere Teilformeln für den Peak zu erzeugen, wird der Peak anschließend behalten und zu dem m/z-Wert der Teilformel korrigiert (Schritt 108), der den geringsten Abstand von dem experimentellen Peak aufweist.
3A ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Teilprotokoll für den Identifizierungsschritt 104 der 1 gemäß einem anderen hierin präsentierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das Teilprotokoll 104 der 3A verwendet einen Strukturelle-Korrelation-Algorithmus (MSC-Algorithmus), um zu identifizieren, welche Peaks in einem experimentellen Bibliotheksspektrum der interessierenden Verbindung entsprechen.
Bei Schritt 301 wird das Bibliotheksspektrum einem absoluten und/oder relativen Schwellenfilter unterworfen, um Peaks mit niedrigem Pegel zu verwerfen. Schritt 301 ist ein optionaler Schritt und kann bei einem alternativen Ausführungsbeispiel als Bestandteil des Schritts 106 durchgeführt werden. Algorithmen zum Durchführen absoluter und/oder relativer Schwellenfilter sind in der Technik bekannt.
Bei Schritt 303 verwendet der MSC-Algorithmus einen Ansatz eines systematischen Bindungsbruchs, um zu versuchen, die Peaks in dem Spektrum in Übereinstimmung mit der interessierenden Verbindung zu bringen (mit derselben abzugleichen). MSC-Algorithmen, die Bindungsbruchansätze verwenden, sind in der Technik bekannt; z. B. Hill und Mortishire-Smith, Rapid Commun. Mass Spectrom, 2005; 19: 3.111–3.118, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit in das vorliegende Dokument aufgenommen ist. Bei Schritt 305 wird für jedes Ionenfragment eine Bewertung berechnet, die Folgendes umfassen kann, jedoch nicht hierauf beschränkt ist: eine Genauigkeit des experimentellen m/z-Werts; eine Anzahl von Bindungsbrüchen, die notwendig ist, um das Ionenfragment zu bilden; eine Art von Bindung, die gelöst werden muss; eine Neuanordnung von Wasserstoffen, die für das Ionenfragment notwendig sind; und eine beliebige Kombination derselben. Der MSC-Algorithmus berechnet ferner die Formel für jedes Ionenfragment, das die Bewertungskriterien erfüllt. Jedes Ionenfragment, das eine Bewertung aufweist, die über einer bestimmten Schwelle liegt, gilt als von der interessierenden Verbindung stammend und wird in dem Bibliotheksspektrum behalten. Alle anderen Ionenfragmente werden bei Schritt 106 verworfen. Für jeden Peak, der als zu der Bibliotheksverbindung gehörig erachtet wird, wird der experimentelle m/z-Wert bei Schritt 108 durch den für die berechnete Teilformel berechneten theoretischen m/z-Wert ersetzt.
3B ist ein Flussdiagramm, das ein alternatives Teilprotokoll für den Identifizierungsschritt 104 der 1 gemäß einem wieder anderen hierin präsentierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das Teilprotokoll 104 der 3B verwendet einen alternativen Strukturelle-Korrelation-Algorithmus (MSC-Algorithmus), um zu identifizieren, welche Peaks in einem experimentellen Bibliotheksverbindungsspektrum zu der interessierenden Verbindung gehören. Das Teilprotokoll der 3B ist ähnlich dem Teilprotokoll der 3A, mit der Ausnahme, dass Schritt 303 durch Schritt 304 ersetzt wird, wie nachfolgend erörtert wird.
Bei Schritt 301 wird das Bibliotheksspektrum einem absoluten und/oder relativen Schwellenfilter unterworfen, um Peaks mit niedrigem Pegel zu verwerfen. Schritt 301 ist ein optionaler Schritt und kann bei einem alternativen Ausführungsbeispiel als Bestandteil des Schritts 106 durchgeführt werden. Algorithmen zum Durchführen absoluter und/oder relativer Schwellenfilter sind in der Technik bekannt.
Bei Schritt 304 wendet der MSC-Algorithmus einen Satz von Fragmentierungsregeln auf die bekannte Struktur der interessierenden Verbindung an und sagt auf der Basis der chemischen Struktur voraus, welche Fragmentionen gebildet werden könnten. Es können mehrere Fragmentierungen eines Moleküls in Betracht gezogen werden, was zu einem Fragmentierungsweg führt. Derartige MSC-Algorithmen sind in der Technik bekannt und werden beispielsweise von ACD Labs (MS Fragmenter) und Mass Frontier hergestellt. Derartige Algorithmen vergleichen anschließend die experimentell ermittelten Fragmentionen mit den vorhergesagten Fragmentionen. Bei Schritt 305 wird auf der Basis der Genauigkeit des experimentellen m/z-Werts verglichen mit dem theoretischen m/z-Wert für jedes vorhergesagte Fragmention eine Bewertung(spunktzahl) berechnet. Jedes experimentelle Fragmention, das eine Bewertung aufweist, die über einer bestimmten Schwelle liegt, gilt als von der interessierenden Verbindungsstruktur stammend und wird in dem Spektrum behalten; alle anderen Ionenfragmente werden bei Schritt 106 verworfen. Da die Ausgabe derartiger Algorithmen die Teilstruktur und Formel der vorhergesagten Fragmentionen umfasst, kann das experimentelle m/z anschließend bei Schritt 108 zu den theoretischen m/z-Werten für das Bibliotheksspektrum korrigiert werden.
Die präsentierten Verfahren oder jegliche(r) Teil(e) oder Funktion(en) derselben können unter Verwendung von Hardware, Software oder einer Kombination derselben implementiert werden und können bei einem oder mehreren Computersystemen oder sonstigen Verarbeitungssystemen implementiert werden. Ferner können die präsentierten Verfahren mit der Verwendung eines bzw. einer oder mehrerer Genaue-Masse-Spektrometer, TOFs, Fallen, Quadrupol-, Orbitfallen-Typ-, FT- oder Magnetischer-Sektor-Instrumente implementiert werden. Dort, wo sich die präsentierten Verfahren auf Manipulationen beziehen, die üblicherweise mentalen Vorgängen zugeordnet sind, beispielsweise Pflegen, Erhalten, Berechnen, Korrigieren oder Durchführen, ist keine derartige Fähigkeit einer menschlichen Bedienperson notwendig. Mit anderen Worten können jegliche und alle der hierin beschriebenen Vorgänge maschinelle Vorgänge (Operationen) sein. Nützliche Maschinen zum Durchführen des Vorgangs der Verfahren umfassen digitale Mehrzweckcomputer oder ähnliche Vorrichtungen.
In der Tat ist die Erfindung bei einem Ausführungsbeispiel auf ein oder mehrere Computersysteme gerichtet, das bzw. die in der Lage ist bzw. sind, die hierin beschriebene Funktionalität auszuführen. Ein Beispiel eines Computersystems 400 ist in 4 gezeigt. Das Computersystem 400 umfasst einen oder mehrere Prozessoren wie z. B. einen Prozessor 404. Der Prozessor 404 ist mit einer Kommunikationsinfrastruktur 406 (z. B. einem Kommunikationsbus, Überkreuzungsschiene (cross-over bar) oder Netzwerk) verbunden. Das Computersystem 400 kann eine Anzeigeschnittstelle 402 umfassen, die Graphiken, Text und andere Daten von der Kommunikationsinfrastruktur 406 (oder von einem nicht gezeigten Rahmenpuffer) zur Anzeige auf einer lokalen oder entfernten Anzeigeeinheit 430 weiterleitet.
Das Computersystem 400 umfasst auch einen Hauptspeicher 408 wie z. B. einen Direktzugriffsspeicher (RAM – random access memory) und kann auch einen Sekundärspeicher 410 umfassen. Der Sekundärspeicher 410 kann beispielsweise ein Festplattenlaufwerk 412 und/oder ein Wechselspeicherlaufwerk 414 umfassen, das ein Floppy-Disk-Laufwerk, ein Magnetbandlaufwerk, ein Optische-Platten-Laufwerk, eine Flash-Speichervorrichtung usw. darstellt. Das Wechselspeicherlaufwerk 414 liest auf eine hinreichend bekannte Weise aus einer Wechselspeichereinheit 418 aus und/oder schreibt auf diese. Die Wechselspeichereinheit 418 stellt eine Floppy-Disk, ein Magnetband, eine optische Platte, eine Flash-Speichervorrichtung usw. dar, die bzw. das durch das Wechselspeicherlaufwerk 414 ausgelesen wird und durch dasselbe beschrieben wird. Wie einleuchten wird, umfasst die Wechselspeichereinheit 418 ein computernutzbares Speichermedium, auf dem Computersoftware und/oder Daten gespeichert ist bzw. sind.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann der Sekundärspeicher 410 andere ähnliche Vorrichtungen umfassen, um zu ermöglichen, dass Computerprogramme oder andere Anweisungen in das Computersystem 400 geladen werden. Derartige Vorrichtungen können beispielsweise eine Wechselspeichereinheit 422 und eine Schnittstelle 420 umfassen. Beispiele derselben können eine Programmpatrone (Programmkarte) und eine Patronenschnittstelle (wie z. B. die bei Videospielvorrichtungen anzutreffenden), einen Wechselspeicherchip (z. B. einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM – erasable programmable read only memory) oder einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM – programmable read only memory)) und einen zugeordneten Sockel sowie andere Wechselspeichereinheiten 422 und Schnittstellen 420 umfassen, die ermöglichen, dass Software und Daten von der Wechselspeichereinheit 422 an das Computersystem 400 transferiert werden.
Das Computersystem 400 kann auch eine Kommunikationsschnittstelle 424 umfassen. Die Kommunikationsschnittstelle 424 ermöglicht, dass Software und Daten zwischen dem Computersystem 400 und externen Vorrichtungen transferiert werden. Beispiele einer Kommunikationsschnittstelle 424 können ein Modem, eine Netzwerkschnittstelle (z. B. eine Ethernet-Karte), einen Kommunikationsanschluss, einen PCMCIA-Schlitz (PCMCIA = Personal Computer Memory Card International Association) und eine PCMCIA-Karte usw. umfassen. Software und Daten, die über die Kommunikationsschnittstelle 424 transferiert werden, liegen in Form von Signalen 428 vor, die elektronische, elektromagnetische, optische oder sonstige Signale sein können, die in der Lage sind, seitens der Kommunikationsschnittstelle 424 empfangen zu werden. Diese Signale 428 werden der Kommunikationsschnittstelle 424 über einen Kommunikationspfad (z. B. Kanal) 426 bereitgestellt. Dieser Kanal 426 trägt Signale 428 und kann unter Verwendung von Draht oder Kabel, Faseroptik, einer Telefonleitung, einer Mobilfunkverbindung, einer Hochfrequenzverbindung (HF-Verbindung), einer Drahtlose-Kommunikation-Verbindung und sonstiger Kommunikationskanäle implementiert werden.
In dem vorliegenden Dokument werden die Begriffe „computerlesbares Speichermedium”, „Computerprogrammmedium” und „computernutzbares Medium” allgemein in Bezug auf Medien wie z. B. das Wechselspeicherlaufwerk 414, die Wechselspeichereinheiten 418, 422, über die Kommunikationsschnittstelle 424 übertragene Daten und/oder eine in dem Festplattenlaufwerk 412 installierte Festplatte verwendet. Diese Computerprogrammprodukte stellen dem Computersystem 400 eine Software bereit. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf derartige Computerprogrammprodukte gerichtet.
Computerprogramme (auch als Computersteuerlogik bezeichnet) sind in dem Hauptspeicher 408 und/oder dem Sekundärspeicher 410 gespeichert. Computerprogramme können auch über die Kommunikationsschnittstelle 424 empfangen werden. Derartige Computerprogramme ermöglichen, wenn sie ausgeführt werden, dass das Computersystem 400 die Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin erörtert werden, durchführt. Insbesondere ermöglichen die Computerprogramme, wenn sie ausgeführt werden, dass der Prozessor 404 die Merkmale der präsentierten Verfahren durchführt. Demgemäß stellen derartige Computerprogramme Steuerungen des Computersystems 400 dar. Dort, wo es angemessen ist, dienen der Prozessor 404, zugeordnete Komponenten und äquivalente Systeme und Teilsysteme somit als „Einrichtungen zum” Durchführen ausgewählter Vorgänge (Operationen) und Funktionen.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung unter Verwendung von Software implementiert wird, kann die Software in einem Computerprogrammprodukt gespeichert werden und unter Verwendung des Wechselspeicherlaufwerks 414, der Schnittstelle 420, des Festplattenlaufwerks 412 oder der Kommunikationsschnittstelle 424 in das Computersystem 400 geladen werden. Die Steuerlogik (Software) bewirkt, wenn sie durch den Prozessor 404 ausgeführt wird, dass der Prozessor 404 die hierin beschriebenen Funktionen und Verfahren durchführt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Verfahren vorwiegend in Hardware implementiert, zum Beispiel unter Verwendung von Hardwarekomponenten wie beispielsweise anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs – application specific integrated circuits). Eine Implementierung der Hardware-Zustandsmaschine, um die hierin beschriebenen Funktionen und Verfahren durchzuführen, wird Fachleuten auf dem relevanten Gebiet bzw. den relevanten Gebieten einleuchten. Bei einem wieder anderen Ausführungsbeispiel werden die Verfahren unter Verwendung einer Kombination aus sowohl Hardware als auch Software implementiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können auch als Anweisungen implementiert werden, die auf einem maschinenlesbaren Medium gespeichert sind und die durch einen oder mehrere Prozessoren gelesen und ausgeführt werden können. Ein maschinenlesbares Medium kann jeglichen Mechanismus zum Speichern oder Senden von Informationen in einer für eine Maschine (z. B. eine Rechenvorrichtung) lesbaren Form umfassen. Beispielsweise kann ein maschinenlesbares Medium einen Nur-Lese-Speicher (ROM – read only memory); einen Direktzugriffsspeicher (RAM – random access memory); Magnetplattenspeichermedien; optische Speichermedien; Flash-Speichervorrichtungen; elektrische, optische, akustische oder sonstige Formen ausgebreiteter Signale (z. B. Trägerwellen, Infrarotsignale, digitale Signale usw.) und andere umfassen. Ferner können Firmware, Software, Routinen, Anweisungen hierin als bestimmte Handlungen ausführend beschrieben werden. Jedoch sollte man beachten, dass derartige Beschreibungen lediglich der Zweckmäßigkeit dienen und dass derartige Handlungen in der Tat aus Rechenvorrichtungen, Prozessoren, Steuerungen oder sonstigen Vorrichtungen resultieren, die Firmware, Software, Routinen, Anweisungen usw. ausführen.
Die vorstehende Beschreibung der Erfindung wurde zu Veranschaulichungs- und Beschreibungszwecken präsentiert. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die präzise offenbarte Form beschränken. Angesichts der obigen Lehren können andere Modifikationen und Variationen möglich sein. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung am besten zu erläutern und um dadurch andere Fachleute zu befähigen, die Erfindung bei verschiedenen Ausführungsbeispielen und verschiedenen Modifikationen, wie sie für die jeweilige in Betracht gezogene Verwendung geeignet sind, am besten zu nutzen. Es ist beabsichtigt, dass die beigefügten Patentansprüche dahin gehend ausgelegt werden, andere alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung zu umfassen; einschließlich äquivalenter Strukturen, Komponenten, Verfahren und Einrichtungen.
Wenn nichts anderes definiert ist, weisen alle technischen und wissenschaftlichen Begriffe, die hierin verwendet werden, dieselbe Bedeutung auf, wie sie üblicherweise von Fachleuten auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, verstanden werden. Obwohl jegliche Verfahren und Materialien, die den hierin beschriebenen ähnlich oder zu denselben äquivalent sind, auch bei der Praxis oder beim Testen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden nun repräsentative veranschaulichende Verfahren und Materialien beschrieben.
Es wird einleuchten, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Übersichtlichkeit halber im Zusammenhang getrennter Ausführungsbeispiele beschrieben sind, bei einem einzelnen Ausführungsbeispiel auch in Kombination bereitgestellt werden können. Umgekehrt dazu können verschiedene Merkmale der Erfindung, die der Kürze halber im Zusammenhang eines einzelnen Ausführungsbeispiels beschrieben sind, auch getrennt oder in einer beliebigen geeigneten Unterkombination bereitgestellt werden. Alle Kombinationen der Ausführungsbeispiele sind in der vorliegenden Erfindung spezifisch enthalten und sind hierin genau so offenbart, als ob jede einzelne Kombination einzeln und ausdrücklich offenbart wäre, in dem Maße, dass derartige Kombinationen betreibbare Prozesse und/oder Vorrichtungen/Systeme/Ausrüstungsgegenstände einschließen.
Wie Fachleuten nach Lektüre der vorliegenden Offenbarung einleuchten wird, weist jedes der hierin beschriebenen und veranschaulichten einzelnen Ausführungsbeispiele gesonderte Komponenten und Merkmale auf, die ohne weiteres von den Merkmalen jeglicher der anderen mehreren Ausführungsbeispiele getrennt oder mit denselben kombiniert werden können, ohne von dem Schutzumfang oder der Wesensart der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Jegliches aufgeführte Verfahren kann in der angeführten Reihenfolge der Ereignisse oder in einer beliebigen anderen Reihenfolge, die logisch möglich ist, durchgeführt werden.
Ferner wird einleuchten, dass nicht die Abschnitte der Zusammenfassung und des Abstracts, sondern vielmehr der Abschnitt der ausführlichen Beschreibung zur Interpretation der Patentansprüche verwendet werden soll. Die Abschnitte der Zusammenfassung und des Abstracts können ein oder mehrere, müssen jedoch nicht alle exemplarischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, wie sie durch den bzw. die Erfinder in Betracht gezogen werden, darlegen und sollen somit die vorliegende Erfindung und die beigefügten Patentansprüche in keiner Weise einschränken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Darland u. a., „Superior Molecular Formula Generation from Accurate-Mass Date”, Technical Overview, von Agilent Technologies am 4. Januar 2008 [0024]
Hill und Mortishire-Smith, Rapid Commun. Mass Spectrom, 2005; 19: 3.111–3.118 [0029]

Claims

Verfahren zum Pflegen einer Massenspektrenbibliothek, das folgende Schritte aufweist: (a) Erhalten eines experimentell abgeleiteten Massenspektrums einer interessierenden Verbindung; (b) Identifizieren eines Peaks in dem Massenspektrum, der einen experimentellen m/z-Wert für ein Ionenfragment der interessierenden Verbindung darstellt; (c) Entfernen, aus dem Massenspektrum, eines jeglichen Peaks, der nicht der interessierenden Verbindung entspricht; und (d) Ersetzen des experimentellen m/z-Werts für den bei Schritt (b) identifizierten Peak durch einen berechneten theoretischen m/z-Wert für das Ionenfragment.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das experimentell abgeleitete Massenspektrum eine Massenpräzision von 10 ppm oder weniger aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem Schritt (b) ferner folgenden Schritt aufweist: Erhalten entweder einer Molekülformel oder einer Molekülstruktur für die interessierende Verbindung.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem Schritt (b) ferner folgenden Schritt aufweist: Durchführen eines Molekülformelerzeugungsalgorithmus für einen Peak in dem Massenspektrum.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem Schritt (b) ferner folgenden Schritt aufweist: Identifizieren des theoretischen m/z-Werts für das Ionenfragment auf der Basis des Molekülformelerzeugungsalgorithmus.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem Schritt (b) ferner folgenden Schritt aufweist: Durchführen eines Strukturelle-Korrelation-Algorithmus für einen Peak in dem Massenspektrum.
Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem Schritt (b) ferner folgenden Schritt aufweist: Bewerten des Peaks auf der Basis von Faktoren, die für die aus Folgenden bestehenden Gruppe ausgewählt sind: einer Genauigkeit des experimentellen m/z-Werts, einer Anzahl von Bindungsbrüchen, die notwendig ist, um das Ionenfragment zu bilden, einer Art von Bindung, die gelöst werden muss, einer Neuanordnung von Wasserstoffen, die für das Ionenfragment notwendig sind, und einer beliebigen Kombination derselben.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem Schritt (b) ferner folgenden Schritt aufweist: Durchführen eines Strukturelle-Korrelation-Algorithmus für einen Peak in dem Massenspektrum, wobei der Strukturelle-Korrelation-Algorithmus eine Fragmentierungsanalyse umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem Schritt (b) ferner folgenden Schritt aufweist: Bewerten des Peaks auf der Basis der Fragmentierungsanalyse.
Computerlesbares Speichermedium zum Pflegen einer Massenspektrenbibliothek, das folgende Merkmale aufweist: Anweisungen, die durch zumindest eine Verarbeitungsvorrichtung ausführbar sind, die, wenn sie ausgeführt wird, bewirkt, dass die Verarbeitungsvorrichtung (a) ein experimentell abgeleitetes Massenspektrum einer interessierenden Verbindung erhält; (b) einen Peak in dem Massenspektrum identifiziert, der einen experimentellen m/z-Wert (Masse/Ladung-Wert) für ein Ionenfragment der interessierenden Verbindung darstellt; (c) aus dem Massenspektrum jeglichen Peak entfernt, der nicht der interessierenden Verbindung entspricht; und (d) den experimentellen m/z-Wert für den bei Schritt (b) identifizierten Peak durch einen berechneten theoretischen m/z-Wert für das Ionenfragment ersetzt.
Computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 10, bei dem die Anweisungen ferner bewirken, dass die Verarbeitungsvorrichtung vor Schritt (b) ein Schwellenfiltern von Peaks eines niedrigen Pegels in dem Massenspektrum durchführt.
Computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem die Anweisungen ferner bewirken, dass die Verarbeitungsvorrichtung entweder eine Molekülformel oder eine Molekülstruktur für die interessierende Verbindung erhält.
Computerlesbares Speichermedium gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Anweisungen ferner bewirken, dass die Verarbeitungsvorrichtung einen Molekülformelerzeugungsalgorithmus für einen Peak in dem Massenspektrum durchführt.
Computerlesbares Speichermedium gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Anweisungen ferner bewirken, dass die Verarbeitungsvorrichtung den theoretischen m/z-Wert für das Ionenfragment auf der Basis des Molekülformelerzeugungsalgorithmus identifiziert.
Computerlesbares Speichermedium gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem die Anweisungen ferner bewirken, dass die Verarbeitungsvorrichtung einen Strukturelle-Korrelation-Algorithmus für einen Peak in dem Massenspektrum durchführt.
Computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 15, bei dem die Anweisungen ferner bewirken, dass die Verarbeitungsvorrichtung den Peak auf der Basis von Faktoren bewertet, die für die aus Folgenden bestehenden Gruppe ausgewählt sind: einer Genauigkeit des experimentellen m/z-Werts, einer Anzahl von Bindungsbrüchen, die notwendig ist, um das Ionenfragment zu bilden, einer Art von Bindung, die gelöst werden muss, einer Neuanordnung von Wasserstoffen, die für das Ionenfragment notwendig sind, und einer beliebigen Kombination derselben.
Computerlesbares Speichermedium gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem die Anweisungen ferner bewirken, dass die Verarbeitungsvorrichtung einen Strukturelle-Korrelation-Algorithmus für einen Peak in dem Massenspektrum durchführt, wobei der Strukturelle-Korrelation-Algorithmus eine Fragmentierungsanalyse umfasst.
Computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 17, bei dem die Anweisungen ferner bewirken, dass die Verarbeitungsvorrichtung den Peak auf der Basis der Fragmentierungsanalyse bewertet.
Massenspektrometersystem, das das computerlesbare Speichermedium gemäß einem der Ansprüche 10 bis 18 aufweist.
Verfahren zum Pflegen einer Massenspektrenbibliothek, das folgende Schritte aufweist: (a) Erhalten eines experimentell abgeleiteten Massenspektrums einer interessierenden Verbindung, wobei das Massenspektrum eine Massenpräzision von 10 ppm oder weniger aufweist; (b) Verwenden eines Molekülformelerzeugungsalgorithmus oder eines Strukturelle-Korrelation-Algorithmus, um entweder eine Molekülformel oder eine Molekülstruktur für die interessierende Verbindung zu erhalten; (c) auf der Basis von Schritt (b), Identifizieren eines Peaks in dem Massenspektrum, der einen experimentellen m/z-Wert für ein Ionenfragment der interessierenden Verbindung darstellt; (d) Entfernen, aus dem Massenspektrum, eines jeglichen Peaks, der nicht der interessierenden Verbindung entspricht; und (e) Ersetzen des experimentellen m/z-Werts für den bei Schritt (c) identifizierten Peak durch einen berechneten theoretischen m/z-Wert für das Ionenfragment; und (f) Speichern des Massenspektrums in der Massenspektrenbibliothek.