气相色谱-质谱联用仪器国产化中的数据处理系统设计(二)

  仪器网 ·  2012-07-14 23:42  ·  54142 次点击
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1.3谱图后处理-退卷积化
GC-MS质谱图会包含一些来自于离子源污染物、柱流失物、基质干扰物所产生的离子,导致定性准确性降低,对目标化合物的质谱图产生严重的干扰。同时某些保留时间相近的化合物的质谱图也会叠加在一起,互相干扰。通过对质谱数据的后处理,将目标化合物的质谱图从原始谱图中提取出来,根据新建的“纯净”的质谱图对目标化合物进行谱图的搜索和比对。
一般谱图提取的方法是扣除“本底”,对于丰度较高的共流出物及复杂基质干扰物的离子,扣“本底”的方法无能为力。为能够达到更好的“净化”效果,化学计量学的方法被应用于质谱数据后处理中,通过数学计算对质谱数据进行退卷积处理,采用stein算法以提取“纯净”的质谱图。
Stein算法对质谱数据分析过程包括以下四个步骤:(1)NoiseAnalysis(噪声分析):在这个过程中,从数据文件中提取出信号特征,用于后面的噪声处理和阈值设定;(2)ComponentPerception:这个过程是perceive色谱的每个组分,并为每一个组分决定一个模型峰形;(3)SpectrumDeconvolution(谱图退卷积):利用模型峰从每个离子色谱图中提取“纯净”的质谱图;(4)CompoundIdentification(混合物确定):提取后谱图与数据库内谱图匹配因子的计算,并存储这些匹配因子。
1.4谱图检索
GC-MS数据系统国产化的核心是开发具有自主知识产权的谱图检索匹配方法,包括建立自主的标准GC-MS谱图数据库和开发自主的谱图检索方法。因为在低分辨GC-MS联用仪的数据分析中,由于碎片裂解的复杂性使所得的GC-MS数据与化合物结构之间的关系及其复杂,从GC-MS数据中提取有效的化合物结构信息通常比较困难,因此对获得的GC-MS原始数据进行后续处理是必不可少的。目前主要的GC-MS的谱图检索方法是采用改善后的“DotProduct”算法进行谱图的检索(见图3),将获得的未知物谱图与标准质谱谱图数据库内标准物谱图进行比较,从而得出获选化合物。
2自编GCMS数据处理软件的应用实验
2.1主要仪器与装置
气相色谱-质谱联用仪:美国Agilent公司产品,型号6890N/5975C,配有电子轰击离子源(EI)。
2.2样品
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样品是异辛醇、邻苯二甲酸和苯甲酸的混合溶液10mL。其中异辛醇的浓度是62.5mg/L,邻苯二甲酸的浓度是125mg/L,苯甲酸的浓度是125mg/L。
2.3试验条件
2.3.1色谱条件色谱柱:Agilent19091S-433石英毛细柱(30m×0.25mm×0.25μm);升温程序:80℃保持2min,以10℃/min升至150℃保持1min,以6℃/min升至180℃,以20℃/min升至280℃保持2min;载气(He)流速:1mL/min,压力64.5kPa,进样量1μL。
2.3.2质谱条件电子轰击(EI)离子源;电子能量70eV;传输线温度280℃;离子源温度230℃;质量扫描范围:m/z20~1050。
2.4数据准备
通过GCMS仪器工作站获取谱图原始数据文件以备处理。
2.5基于自编GC-MS数据处理软件的谱图显示利用自编程序进行数据提取和格式转换后的总离子流色谱图和保留时间为9.207min的质谱图(见图4,5)。
将AgilentGC-MS数据处理系统显示的谱图与自编程序显示的谱图进行对比,包括总离子流图以及各个保留时间下的质谱谱图,两者显示结果完全一致。
2.6基于自编GCMS数据处理软件的质谱谱图检索结果采用改善后的“DotProduct”算法进行谱图的
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检索。通过自编的Matlab程序将上面获得的保留时间为9.207min时的质谱图与自编的质谱谱图库进行搜索比对后,匹配因子最大的物质是邻苯二甲酸(phthalicanhydride)(见表4)。与之前试验所测试样品中含有邻苯二甲酸(phthalicanhydride)
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得到印证,因此检索结果与实际相符。同时,商用仪器自带软件进行标准库比对检索获得的匹配因子数最大的结果为邻苯二甲酸(phthalicanhydride)(见表5),证明自编软件结果与商用仪器结果一致。
3总结
在进行GC-MS国产化的过程中,国内的厂家
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及科研单位将重点放在仪器硬件的国产化上,对数据处理系统的研究相对薄弱,而GC-MS数据处理系统在整个GC-MS国产化当中又是不可或缺的。因此,本文立足于实现GC-MS数据处理系统的国产化,首先提出一种GC-MS数据处理系统的整体设计方案,其中包括4大组件:数据预处理组件、数据存储和转换组件、谱图后处理组件和谱图检索组件。并对GC-MS数据处理系统中的每个组件提出开发要求。在此基础上,对4大组件中的两个组件进行开发研究,包括数据存储和转换组件和谱图检索组件。最后,通过实验,将自行开发的数据存储和转换组件及谱图检索组件的结果与国外商用仪器结果进行比较,两者获得的结果完全一致。而这也是GC-MS国产化中的数据处理系统研究系列内容中的部分之一。另2个重要组件,质谱数据处理分析组件和自建质谱数据库组件,将在后续报道中对其进行论述。
来源:《现代仪器》,转载请注明出处-仪器信息网(www.cncal.com)

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