质谱数据处理.doc

GC-MS数据处理系统一、 GC-MS数据的处理GC-MS以其优异的分离定性特点，被广泛地应用于分析复杂混合物中的挥发性组分。然而，其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。在分析复杂基质中的痕量物质时，这一现象尤为突出。例如，在食品中农药多残留的分析中，为了确保各种极性的农药都有很好的回收，样本中的基质都会不可避免地被引入检测过程中，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，相互干扰。这些问题的存在使农药确认变得更为困难。因此，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确证将更有实际应用的价值。通常提取“纯净”的质谱图的方法是扣除“本底”的方法，主要过程为从目标化合物的质谱图中减去其周围本底的质谱图。然而其效果只能去除那些相对丰度较低的本底干扰离子（例如柱流失物所产生的碎片离子）。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。为了能够达到更好的“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，以提取“纯净”的质谱图。这里，基于美国国家标准技术研究院(NIST)开发的一套软件AMDIS(Automated Mass Spectral Deconvolution & Identification System)，对质谱数据的处理分为三个部分：1、 噪声分析（Noise Analysis）：对数据文件的噪声进行分析，从中提取意义的特征离子，从而排除噪音对后续工作的干扰。即从数据文件中提取信号特征，供随后的噪声处理及阈值设定之用。2、 化学成分扫描（Component Perception）：对整个数据文件进行分析，扫描每个化合物色谱峰以检测其模型离子（Model Peak）及其峰形。3、 谱图退卷积（Spectrum Deconvolution）：模型离子确立后，将其峰形与其它离子进行比较，将在此时间范围内与模型离子（Model Peak）峰型相近的离子提取出来，建立一张新的“纯”的质谱图。二、 GC-MS数据的存储格式2.1 JCAMP格式NIST 05库中记录导出格式:JCAMP格式。JCAMP是原子分子物理数据联合委员会（Joint Committee on Atomic and Molecular Physical Data）的缩写，该委员会由美国化学协会、美国物理协会、美国质谱协会等多家协会共同组建，其目标是制定原子分子物理数据通用的存储格式，使得不同的数据系统可以方便地交换数据。该组织发布的文件格式称为JCAMP-DX标准。从1988年用于红外光谱的JCAMP-DX 4.24版本的发布和成功应用开始，到目前为止，已经陆续发布了用于化学结构表示、核磁共振（NMR）、质谱、离子迁移谱等多个领域的JCAMP-DX标准。根据JCAMP标准生成的文件称为JCAMP文件，后缀名一般为jdx或dx。JCAMP标准最鲜明的特点就是在文件中全部使用ASC码字符中的可打印字符，使得文件可以方便地在不同的计算机平台间交换，并使文件具有相当程度的可读性。标记数据记录（Labeled-Data-Record, LDR）是组成JCAMP的基本单元，它包括名字和数据两部分，其中名字以前缀#开始，后面紧接着=，在后面是对应的数据。名称不区分大小写，同时空格和下划线等字符也被忽略不计。在JCAMP-DX 5.0标准中，预定义了许多LDR，根据其重要性和用途，这些LDR被分为核心（CORE）和注释（NOTE）两部分。核心部分包括数据以及软件正确处理这些数据所需要的参数。注解部分，则被用来补充关于这些数据的背景知识，如杨平处理、实验条件等等，主要提供给用户阅读。另一方面，根据LDR的使用范围，又将它们分为全局LDR（GLOBAL，适用于所有JCAMP-DX应用）和特定数据类型专用LDR（例如，MS数据类型专用）两种。2.2 SPC格式美国热电公司（Thermo Electron Corporation）于上世纪90年代发布了用于存储和交换分析仪器数据的SPC格式，该格式经过近十年的发展和完善，已经成为分析仪器数据交换事实上的标准。SPC格式是一种二进制数据格式，具有广泛的兼容性，能存储色谱、质谱、红外、核磁等不同类型的分析仪器数据文件，应用热电公司开发的转换工具能把一百多种不同格式的分析仪器数据文件转换成SPC文件，而且也能把许多工业标准格式如ASCII、JCAMP、AIA、ANDI等转换成SPC格式。SPC文件主要由三部分组成，即文件头、数据部分和日志部分。1、文件头SPC文件头用来存储测量环境、测量条件、测量参数、测量时间、文件大小等内容，由512个字节组成，详细信息见参考文献。2、数据部分SPC文件的数据部分用来存储具体的测量数据，由数据头和具体的测量数据组成。数据头用来存储与测量数据相关的信息；（2）测量数据部分。3、日志部分SPC文件的日志部分用来存储与仪器和样品相关，但在文件头中没有包含的信息，由日志头（Log Header）和日志数据（Log Data）两部分组成。日志头主要用来存储日志数据部分的大小、偏移地址等信息，大小为64字节，日志头后紧跟着的就是日志数据。2.3 Aiglent格式Aiglent GC/MS的原始数据是存储在.ms文件中。文件中前766个字节存储着测量时间、测量点数以及仪器说明等信息，其中260至263四个字节给出了色谱数据存储区的起始位置，278至281四个字节则存储了该文件中色谱数据的点数。.ms文件前766个字节的存储内容如表1所示。表1 .ms文件前766个字节的内容字节内容0-3MS文件标识4-2