一种基于分布式流式处理的碎片离子化合物结构的快速确认方法技术

本发明专利技术涉及一种基于分布式流式处理的碎片离子化合物结构的快速确认方法，包括如下步骤：（1）建立标准品质谱数据库：建立化合物标准品的电子身份数据库，所述电子身份数据库包括：化合物标准品的基本信息、色谱信息和质谱信息；（2）去卷积算法提取关键碎片离子信息；（3）碎片离子筛查：先进行分子拓扑结构相似性计算，然后进行碎片相对强度计算；（4）根据分子拓扑结构和碎片离子强度相似性，判断待测样品物质。该方法利用仪器及计算机进行自动对比分析，使碎片离子分析过程变得简单化，便于推广。便于推广。便于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式流式处理的碎片离子化合物结构的快速确认方法


[0001]本专利技术属于食品安全分析检测领域，具体涉及一种基于分布式流式处理的碎片离子化合物结构的快速确认方法。

技术介绍

[0002]进入21世纪以来，随着经济生活的蓬勃发展，人们对食品安全要求越来越高。而农药残留超标导致的致畸、致癌、致突变及退发性神经系统中毒，严重影响广大消费者身体健康，这也引起了世界各国对食品安全的高度重视。目前世界各国已将食品安全提升至国家安全的战略地位。农药残留限量作为食品安全标准之一，也成为国际贸易的准入门槛。例如，欧盟、日本和美国分别制定了 169068项(481种农药)，44340项(765种农药)，13055项(395种农药)农药残留限量标准，我国2016年发布了433种农药的4140项MRL标准。随着农药残留品种的不断扩充，食品安全和国际贸易极度呼唤高效快速农药残留检测技术。
[0003]而农药残留检测技术的关键步骤就是碎片离子化合物提取，它通过比对待测样品与标准品的碎片离子分布以及通过LC
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Q
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Orbitrap仪器在Full MS/ddMS2模式下测量待测样品指定色谱质谱条件下的保留时间，实现采集碎片离子的全扫描质谱图，从而进行离子峰提取。
[0004]近年来，高分辨质谱技术提取碎片离子峰受到广泛关注。其中超高效液相色谱
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四级杆
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静电场轨道阱高分辨质谱(UHPLC
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Q/Orbitrap)是一种将超高效液相色谱的高效分离能力与静电场轨道阱高分辨质谱的鉴别定性能力相结合的色谱
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质谱联用的方法，通常用来检测食品中农兽药痕量污染物。超高效液相色谱
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四级杆
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静电场轨道阱高分辨质谱(UHPLC
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Q/Orbitrap)具有高分辨的优点，但由于该方法获取的谱图非常复杂，需要有相关经验及专业知识的解谱人员进行大量的人工分析工作，极其浪费人力物力。
[0005]目前已经有诸多关于碎片离子筛查的常规分析，主要分为如下几类，均存在一定的技术缺陷或不足：质谱分析法(Mass Spectrometry, MS)是将样品经过热电离、电子电离、粒子流轰击电离等，利用电场和磁场将运动的离子按它们的质荷比分离，通过对同位素丰度的精确质谱测量和加入稀释剂的准确称量。质谱分析法应用范围广泛，可进行同位素分析、化学分析、无机成分分析和有机结构分析。操作简单、快速，灵敏度高，有一定的准确度。但因为仪器不同，质谱仪有多种型号，导致精度不一致，因此直接测量出来的丰度值不够准确，影响后续的分子量计算准确性。
[0006]核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy, NMRs）核磁共振波谱分析法是将记录的入射光或散射强度变化与光的波长、波数或散射角度的关系图，用于物质结构的组成及化学变化的分析。各种波谱法原理不同，其特点和应用也各不相同，每种波谱法也都有其适用范围和局限性。在使用时需要根据测定的目的、样品性质等，综合选择多种波谱法才能达到目的。
[0007]液相色谱
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质谱联用技术（LC
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MS）是以液相色谱作为分离系统，质谱作为检测系统作为液相色谱
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质谱联用技术的代表，具有高分辨率的优点，但由于体系过于复杂，其检测得到的谱图往往非常复杂，需要大量的人工分析工作，且对谱图的分析非常依赖于解谱人员的相关经验及专业知识。
[0008]针对以上弊端，本方案提供一种基于去卷积算法提取关键碎片离子峰方法，将待测样品的关键碎片离子与标准库中所存储的标准品碎片离子进行对比，并根据拓扑结构的相似性计算匹配度，最终确定化合物结构。该方法利用仪器及计算机进行自动对比分析，使碎片离子分析过程变得简单，易于推广。

技术实现思路

[0009]针对待测样品通过现有液相色谱
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质谱联用技术得到的质谱图过于复杂，对谱图的分析非常依赖于解谱人员的相关经验及专业知识这一弊端，本专利技术提供一种基于去卷积算法提取关键碎片离子信息的碎片离子比对方法，将待测样品的关键碎片离子与标准库中所存储的标准品碎片离子进行对比，并根据拓扑结构的相似性计算匹配度，最终确定物质属性。该方法利用仪器及计算机进行自动对比分析，使碎片离子分析过程变得简单化，便于推广。 具体包括如下步骤（如图1所示）：1.建立标准品质谱数据库：建立化合物标准品的电子身份数据库，所述电子身份数据库包括：化合物标准品的基本信息、色谱信息和质谱信息；进一步地，所述电子身份数据库包括一级精确质量数指纹识别数据库和二级HCD碎片离子参考谱图确证库；所述一级精确质量数指纹识别数据库是将农兽药等有害化合物的基本信息、色谱信息和质谱信息在Trace Finder数据采集与处理软件中依次录入形成的指纹识别数据库；所述二级HCD碎片离子参考谱图确证库是将农兽药等有害化合物在高能碰撞池中最优碰撞能量下裂解得到的二级HCD碎片离子质谱图在mzVault谱图管理软件中添加收录形成的谱图确证库，所述最优碰撞能量是在出现3
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5个选择离子丰度比最大的碎片离子时，记录的碰撞能量值CE(15％，35％，55％，ev)。
[0010]2.去卷积算法提取关键碎片离子信息：（2
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1）将原始的液相色谱
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质谱数据划分m/z离子通道并提取其离子流图；通常情况下，用户会根据观测的混合样品的总离子流图（即TIC图）大致判断样品所包含的标准品个数，但是，当两个标准品不易区分时，很难从TIC图判断其数量。本质上，TIC图是由所有的m/z通道的离子流图叠加而成，因此可以通过分析各m/z通道的离子流图，得到混合样品的标准品信息。
[0011]所述m/z离子通道并提取其离子流图符合自定义的质量误差dm内。
[0012]（2
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2）基于各离子流数据使用直接切分的方法和主成分分析方法进行去卷积，根据出峰时间对去卷积的结果进行整合；本专利技术使用直接切分的方法和主成分分析方法结合来进行去卷积，其中直接切分方法主要通过对比分析各质量数通道的离子流图，依次提取强度较为显著的峰；而主成分分析用于确定直接切分的停止条件。首先将原质谱数据中各离子流图的最大相对强度值大于20（相对强度最大值为100）的p张离子流图筛选出来，作为主成分分析的对象X，设其中每
个Xi(i=1,2,...,p)表示一张离子流图，经过如下线性变换：由主成分的定义可知，当m个主成分的累积贡献率达到95%以上时（m<p），可以用主成分来替代随机变量X。通俗地说，由p张离子流图进行线性组合所构成的新的m张离子流图已经可以将原始信息还原到95%以上，因此可以认为原始混合物大致包含了m种不同物质。
[0013]当两种物质的碎片信息（低电压考虑同位素碎片，高电压考虑离子碎片）存在显著差异时，即便两种物质的保留时间（本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式流式处理的碎片离子化合物结构的快速确认方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）建立标准品质谱数据库：建立化合物标准品的电子身份数据库，所述电子身份数据库包括：化合物标准品的基本信息、色谱信息和质谱信息；（2）去卷积算法提取关键碎片离子信息：（2
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1）将原始的液相色谱
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质谱数据划分m/z离子通道并提取其离子流图；（2
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2）基于各离子流数据使用直接切分的方法和主成分分析方法进行去卷积，根据出峰时间对去卷积的结果进行整合；（2
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3）将待测样品中的各个待测物质的质谱数据进行分离；提取各待测物质的关键碎片离子信息；（3）碎片离子筛查：先进行分子拓扑结构相似性计算，然后进行碎片离子强度相似性计算；（4）根据分子拓扑结构和碎片离子强度相似性，判断待测样品物质结构。2.根据权利要求1所述的确认方法，其特征在于，步骤（1）中，所述电子身份数据库包括一级精确质量数指纹识别数据库和二级HCD碎片离子参考谱图确证库。3.根据权利要求1所述的确认方法，其特征在于，步骤（2
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2）所述直接切分方法通过对比分析各质量数通道的离子流图，依次提取强度较为显著的峰；所述主成分分析用于确定直接切分的停止条件。4.根据权利要求3所述的确认方法，其特征在于，将原质谱数据中各离子流图的最大相对强度值大于20的p张离子流图筛选出来，相对强度最大值为100，作为主成分分析的对象X，设其中每个Xi(i=1,2,...,p)表示一张离子流图，经过线性变换：当m个主成分的累积贡献率达到95%以上时，用主成分来替代随机变量X。5.根据权利要求1所述的确认方法，其特征在于，步骤（2
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3）色谱条件：通过液相色谱系统进行分离，配有反相色谱柱；其中流动相A...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵兵，张莉，李华，
申请(专利权)人：北京市疾病预防控制中心，
类型：发明
国别省市：