专利名称：用于特征对准的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于特征对准的系统和方法。
背景技术：
色谱法是一种用于在一次分析中物理分离、量化和识别样品中的各种分析物的过程。色谱系统包含多个组件，其中包括分离柱，当样品组分借助流动相穿过分离柱时，分离柱将样品分离成其个体组分。分离柱包括入口部分，其充当用于将样品输入分离柱的接口。流动相提供用于将样品组分从柱的入口部分移动到出口部分的载液和驱动力，其中组分的分离依赖于它们与柱(固定相)和流动相内的固定液体或固体物质的交互作用。系统还包括检测器，其在组分于不同时间退出分离柱时检测和测量组分。样品的组分基于在分离柱的出口处检测到这些组分的相对时刻来测量。一种组分的退出时间被定义为该组分的保留时间(retention time)。对于涉及大量组分的色谱方法，在色谱方法开发期间，需要大量工作来确定每种个体组分的保留时间。而且为了关联在执行同一分析的多个仪器上和在用于不同样品的同一仪器上生成的数据而需要的工作量也很大，即使对于少量组分的情况也是如此。
在气体色谱法(GC)中，载液是气体或系统中类似于气体一样工作的超临界液体。在液体色谱法(LC)中，载液是液体。在气体和液体色谱系统中，都是在柱的输入部分将样品的一部分注入到载液的稳流中，并且组分穿过柱中的固定相物质。在柱的输出部分，个体组分各自退出柱，并被检测器测量为相对于进入柱的样品的退出时间的函数和强度(或量)的函数。柱的流出物被检测器所监视，检测器提供保留时间的图样，该图样可以通过与已知样品的校准或比较而被用于以化学方法定量地识别样品的组分。色谱系统的其它组件包括具有混合腔的注射器、液体控制器以及计算机，该注射器用于在入口部分将样品引入载液，而计算机用于处理和显示检测器的输出。显示器一般标识根据保留时间安排其形式的柱的输出。
色谱系统的各个部分都不是静态的，而是包括随时间和用途的系统改变。这样的改变例如起因于环境或其它因素，包括可能影响系统某些部分(例如柱、固定相和检测器)的改变。这些改变还可以影响色谱系统的其它部分，例如流动相、载液和样品。
除了系统改变之外，色谱系统可能经历无法预测的随机改变。这些改变例如起因于测量误差、不正确的校准或外部无法预测的激励。
公知地，色谱系统在第一轮测量的特定混合物的保留时间无法在下一轮中被准确地重复。即使在相同实验室协议的情况下以及在特别注意保持静态的受控环境时，各轮的保留时间也会有所不同。这在尝试将一种色谱数据集中的特征与另一色谱数据集(例如液体色谱-质谱(LC-MS)数据集)中的相同混合物的特征相关联时造成一个很大挑战。
针对这个问题的一种显然解决方案是当两个不同数据集中的相应特征的m/z值和保留时间彼此接近时，使它们的相应特征相关。术语m/z的意思是检测到的离子的荷质比，其中z通常为1，但也可以是更大整数。m/z值被用于测量已经通过色谱系统运行的样品组分检测得到的峰值。该方法一般易于出错，并且当作用于复杂的样品化学组分时更易出错。为了补偿经常遇到的偏离(deviation)，并覆盖所有可能的保留时间偏离，可以选择相当大的容限窗来补偿偏离，该容限窗使得即使在峰值未彼此接近但落入容限窗时，也能够执行关联。但是，该补偿方法会给作为色谱系统输出的数据集引入失配和误差。当数据集的复杂性增大时，这些失配和误差会变得更加明显。结果是与不同混合物相对应的特征由于大容限窗而被错误的相关联。
发明内容
本发明提供了对来自不同轮次的不同样品或同一样品的特征(例如包括由来自同一样品或不同样品的不同轮次的保留时间所代表的特征)的更精确比较，并且通过消除偏离(例如保留时间偏离)，减小了特征(例如来自不同数据集的混合物的保留时间)的失配或错误的相关的概率和可能性。例如，通过消除保留时间偏离，系统提供了保留时间偏移校正。
一种用于色谱系统中的特征对准的方法，包括使第一样品穿过第一分离柱；确定针对第一样品轮次的第一组特征；使第二样品穿过第二分离柱；检测针对第二样品轮次的第二组特征；估计在穿过所述第一分离柱的所述第一样品轮次和穿过所述第二分离柱的所述第二样品轮次的特征之间的系统偏移；以及基于估计出的系统偏移来调整针对穿过所述第二分离柱的所述第二样品轮次检测的所述第二组特征，以获得第三组调整后的特征。
一种用于提供特征对准的色谱系统，包括分离柱，其具有用于插入样品的入口部分和出口部分；检测器，其在所述样品到达所述出口部分时检测和测量所述样品的组分；以及耦合到所述检测器的处理器，该处理器处理所述检测器的输出并确定所述样品的组分的特征，其中所述处理器估计所述样品的组分的特征的系统偏移，并基于估计出的所述特征的系统偏移来调整所述样品的组分的特征。
一种用于提供特征对准的色谱系统，包括分离柱，其具有用于插入第一样品和第二样品的入口部分和出口部分；检测器，其在所述第一样品到达所述出口部分时检测和测量所述第一样品的组分，并在所述第二样品到达所述出口部分时检测和测量所述第二样品的组分；以及耦合到所述检测器的处理器，该处理器处理所述检测器的输出并确定所述第一样品的组分的特征和所述第二样品的组分的特征，其中所述处理器估计所述第二样品的组分的特征的系统偏移，并基于估计出的所述特征的系统偏移来调整所述第二样品的组分的特征。
保留时间偏移校正是通过将保留时间偏离分成独立的分量来实现的。一个分量对应于与系统源相关的偏离，例如由斜率、溶剂组成和柱老化导致的偏离。对于给定的保留时间，混合物将由于系统偏离而出现基本相同量的偏移。另一分量对应于随机偏离，例如由于组分相互作用、柱的较小局部损坏、较小的泵故障、测量误差所导致的偏离。
一般而言，系统偏离导致保留时间的稳定变化，其随时间缓慢变化。两轮之间的相对保留时间改变可以例如使用多项式回归而利用算术模型来估计，只要两轮在比较中具有很多共有组分即可。当多于两轮被分析时，我们可以选择一轮作为参考，并且所有其它轮次的保留时间偏移可以相对于参考来估计。
随机偏离不具有可识别的样式并因此无法确定。但是，通过估计和消除系统偏离，本发明能够减小总的保留时间偏离，从而确保相应组分在不同轮次中的保留时间彼此更接近。这使得能够减小容限窗的大小并减小失配(或错误相关)的可能性。
通过例如识别两轮的峰值并估计两轮的特征(例如峰值)之间的系统偏离，则可以对在定位匹配特征之后输出的特征测量结果(例如保留时间测量结果)进行校正。这些校正可以例如使用回归分析来实现，并且两个样品轮次随后可以被比较，以利用较小容限窗执行相关，来提供更准确的结果并较小失配。
图1示出两轮之间随时间的系统偏离的图。
图2a示出根据本发明实施例的色谱系统的图。
图2b示出图2a的色谱系统的分离柱的图。
图3示出根据本发明第一实施例的关联过程的流程图。
具体实施例方式
术语“对准”指的是关联或联合同一混合物或一种混合物的同一部分的分别出现在两轮中的两个特征。
术语“特征”指的是混合物或混合物的一部分的物理或化学或生物属性(例如分子重量、原子量、化学结构)，该属性可以由特定物理参数代表，例如出现在LC-MS数据集中的具有代表性保留时间和m/z的特定物理参数。
术语“保留时间”指的是给定的混合物或混合物的一部分穿过化学分析系统(例如色谱系统)所花费的时间量。
术语“系统偏移”指的是与系统源相关的偏离，例如由斜率变化、溶剂组成和柱老化所导致的偏离。
当判断来自两个不同轮次的两个特征是否对应于同一化学特性时，必须在它们来自色谱系统的保留时间之间进行比较。在第一示例中，当都包含混合物X的第一样品和第二样品将穿过色谱系统时，我们可以将与第一样品相关的轮次称为轮次A，将与第二样品相关的轮次称为轮次B。从轮次A产生的混合物X的保留时间被称为TA，而从轮次B产生的混合物X的保留时间被称为TB。混合物X在轮次A和轮次B的保留时间之间的偏离时间被表示为以下等式dT＝TB-TA[1]等式1所示保留时间偏离是保留时间T的函数并且可以被表示为dT＝dT(T) [2]等式2所示保留时间偏离可以被分成两部分，如以下等式表示dT＝dTS+dTR[3]根据本发明的保留时间偏移校正是通过将保留时间偏离划分成这些分离的分量来实现的。等式3的分量dTS对应于与系统源相关的偏离，例如由斜率变化、溶剂组成和柱老化所导致的偏离。这部分对于所有化学混合物是系统的。
一般而言，与系统源相关的偏离导致随时间的逐渐改变。因此，一般地，dTS可以被表示为T的平滑函数。例如，图1示出分别由顶部色谱和底部色谱表示的两轮之间的极端但实际的保留时间偏移。在该时间谱的较早部分，底部轮次中构成样品的混合物的到达时间有系统地晚于顶部轮次中的到达时间(参见部分a和b)。偏移量随时间缓慢改变。在时间谱的较晚部分，底部轮次的保留时间赶上了顶部轮次(参见部分c和d)。对于系统偏离，在类似保留时间到达的混合物在轮次之间具有类似的保留时间偏移。因此，dTS(T)可以例如通过使用多项式回归来从统计上估计。首先，对于轮次A中具有保留时间t的每个混合物，我们使用相对较宽的容限窗在t附近寻找轮次B中的相配混合物。例如，当使用LC-MS数据时，匹配需要相同的m/z。在使用非LC-MS数据的系统中，匹配可能需要附加限制。如果找到了配对物，则可以在回归中测量和使用保留时间差。如果没找到配对物，出于回归目的则忽略该值。在这一阶段，回归结果dTS(T)上失配的影响最小，因为回归结果在统计上只对数据的系统分布敏感。
组合等式1和等式3得到以下等式dTS+dTR＝TB-TAdTR＝(TB-dTS)-TA因为在使用算术模型确定系统偏离之后剩余的偏离是系统无法补偿的具有随机本质的偏离，因此等式中的变量dTR变为由以下等式表示的残留偏离dT′＝(TB-dTS)-TA[4]残留偏离dT′一般小于原始偏离dT。因此，当尝试使混合物的来自轮次A的保留时间与混合物的来自轮次B的保留时间相关时，可以使用较小的容限窗，从而减小失配或错误的相关的概率。
在图2a中，示出了根据本发明实施例的色谱系统。色谱系统1包括分离柱3，其具有充当用于将样品输入分离柱3的接口的入口部分5和提供样品出口的出口部分7。在图2b中更详细地示出了分离柱，其中箭头4示出进入入口部分5的流的方向，而箭头6示出来自出口部分7的流的方向。分离柱3在样品借助流动相穿过柱时将样品分成其个体混合物。流动相提供穿过分离柱3的载液(未示出)并提供用于将构成样品的混合物从分离柱3的入口部分5移到出口部分7的驱动力。构成样品的混合物的分离依赖于它们与柱内的非流动液体或固体物质、固定相9和流动相的相互作用。
色谱系统1还包括检测器11，其在构成样品的混合物在各个时刻到达出口部分7并退出分离柱3时，检测和测量其中的每种混合物。耦合到混合腔15的注射器13位于入口部分5附近。注射器13被用于将样品引入混合腔15，混合腔15用于将样品分散到载液中，以生成流动相。当样品被分散到载液之后，载液在入口部分5被释放，并朝着出口部分7的方向移动穿过分离柱3。
色谱系统1可能包括液体控制器17，其被用于控制和调整流动相及其通过分离柱3的过程。色谱系统1还包括耦合到检测器11的处理器或计算机19，其处理检测器11的输出并控制色谱系统1的各种功能。处理器或计算机19包括可被实现为硬件、软件或硬件和软件的组合的模块21，其被用来估计保留时间的系统偏移并基于估计的偏移来调整保留时间。色谱系统1可以包括耦合到处理器或计算机19的显示设备23(例如CRT、LCD或LED监视器)，其被用来查看色谱系统1的输出，包括保留时间和其它系统功能。显示设备23一般标识根据保留时间安排其形式的分离柱3的输出。
已经论述了装置，下面将按顺序描述根据本发明实施例的方法。现在关注图3，其示出了根据本发明第一示例性实施例的关联过程的流程图。在步骤30中，第一样品第一轮次(轮次A)穿过LC-MS色谱系统。在步骤32，从LC-MS色谱系统输出针对第一样品来自轮次A的第一组保留时间。在步骤34，第二样品在第二轮次(轮次B)穿过LC-MS色谱系统。在步骤36，针对第二样品来自轮次B的第二组保留时间被测量。在步骤38，LC-MS色谱系统尝试使用相对较宽的容限窗来识别来自轮次A的每个峰值与来自轮次B的每个峰值的匹配(在存在这种匹配的程度上)。在步骤40，LC-MS色谱系统基于每个匹配的峰值从轮次A到轮次B的偏移来运行回归分析。在步骤42，LC-MS色谱系统基于回归分析的结果调整针对第二样品的来自轮次B的计算的保留时间。在步骤44，经调整的这组针对第二样品的来自轮次B的保留时间被从LC-MS色谱系统输出。在步骤46，系统、操作者或分析员基于比先前使用的容限窗更窄的容限窗使轮次A中的特征与轮次B中的特征相关，同时减小失配和错误的相关的概率。
权利要求
1.一种用于色谱系统中的特征对准的方法，包括使第一样品穿过第一分离柱；确定针对第一样品轮次的第一组特征；使第二样品穿过第二分离柱；检测针对第二样品轮次的第二组特征；估计在穿过所述第一分离柱的所述第一样品轮次和穿过所述第二分离柱的所述第二样品轮次的特征之间的系统偏移；以及基于估计出的系统偏移来调整针对穿过所述第二分离柱的所述第二样品轮次检测的所述第二组特征，以获得第三组调整后的特征。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一样品和所述第二样品分别是同一样品的一部分。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一分离柱和所述第二分离柱是同一分离柱。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一组特征、所述第二组特征和所述第三组调整后的特征是各自相关的特征。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述系统偏移是基于斜率、溶剂组成和柱老化中的至少一个来估计的。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述调整第二组特征以获得所述第三组调整后的特征是这样实现的从针对穿过所述第二分离柱的第二样品轮次检测出的所述第二组特征中减去所述估计的系统偏移。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一组特征和所述第三组调整后的特征分别以打印形式输出。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一组特征和所述第三组调整后的特征分别被输出到显示设备。
9.如权利要求1所述的方法，还包括使所述第一组特征与所述第三组调整后的特征相关。
10.如权利要求1所述的方法，还包括输出针对所述第一样品轮次的所述第一组特征和所述第三组调整后的特征。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述第一组特征、所述第二组特征和所述第三组调整后的特征中的每一个由一组保留时间代表。
12.一种用于提供特征对准的色谱系统，包括分离柱，其具有用于插入样品的入口部分和出口部分；检测器，其在所述样品到达所述出口部分时检测和测量所述样品的组分；以及耦合到所述检测器的处理器，该处理器处理所述检测器的输出并确定所述样品的组分的特征，其中所述处理器估计所述样品的组分的特征的系统偏移，并基于估计出的所述特征的系统偏移来调整所述样品的组分的特征。
13.如权利要求12所述的色谱系统，其中所述检测器检测和测量所述样品的多个组分。
14.如权利要求13所述的色谱系统，其中所述处理器确定所述样品的所述多个组分中的每个组分的特征。
15.如权利要求14所述的色谱系统，其中所述处理器估计所述样品的每个组分的特征的系统偏移，并基于估计出的所述特征的系统偏移来调整所述样品的每个组分的特征。
16.如权利要求12所述的色谱系统，其中所述处理器输出所述样品的组分的调整后的特征。
17.如权利要求13所述的色谱系统，其中所述处理器输出所述样品的每个组分的特征。
18.如权利要求12所述的色谱系统，其中所述样品包括第一样品和第二样品，其中针对所述第一样品和所述第二样品中的每一个，所述检测器在该样品到达所述出口部分时检测和测量该样品的组分，并且其中所述处理器处理所述检测器的多个输出并确定所述第一样品和所述第二样品中的每一个的组分的特征，其中对于所述第二样品的组分，所述处理器估计所述第二样品的组分的特征的系统偏移，并基于所述估计出的特征的系统偏移来调整所述第二样品的组分的特征。
19.如权利要求18所述的色谱系统，其中所述处理器使所述第一样品的组分的特征与所述第二样品的组分的调整后的特征相关。
20.如权利要求18所述的色谱系统，其中所述处理器输出所述第一样品的组分的特征和所述第二样品的组分的调整后的特征。
21.如权利要求12所述的色谱系统，其中所述特征由保留时间代表。
22.一种用于提供特征对准的色谱系统，包括分离柱，其具有用于插入第一样品和第二样品的入口部分和出口部分；检测器，其在所述第一样品到达所述出口部分时检测和测量所述第一样品的组分，并在所述第二样品到达所述出口部分时检测和测量所述第二样品的组分；以及耦合到所述检测器的处理器，该处理器处理所述检测器的输出并确定所述第一样品的组分的特征和所述第二样品的组分的特征，其中所述处理器估计所述第二样品的组分的特征的系统偏移，并基于估计出的所述特征的系统偏移来调整所述第二样品的组分的特征。
23.一种用于色谱系统的计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可用介质，其上包含有用于色谱系统中的特征对准的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码包括用于控制第一样品穿过第一分离柱的计算机可读程序代码；用于确定所述第一样品轮次的第一组特征的计算机可读程序代码；用于控制第二样品穿过第二分离柱的计算机可读程序代码；用于控制所述第二样品轮次的第二组特征的检测的计算机可读程序代码；用于估计穿过所述第一分离柱的所述第一样品轮次和穿过所述第二分离柱的所述第二样品轮次的特征之间的系统偏移的计算机可读程序代码；以及用于基于所述估计出的系统偏移来调整针对穿过所述第二分离柱的所述第二样品轮次检测出的所述第二组特征，以获得第二组调整后的特征的计算机可读程序代码。
全文摘要
在用于色谱系统的特征对准的系统和方法中，系统使第一样品穿过第一分离柱。系统确定第一样品轮次的第一组特征。系统使第二样品穿过第二分离柱，并确定第二样品轮次的第二组特征。系统估计穿过第一分离柱的第一样品轮次和穿过第二分离柱的第二样品轮次之间的特征的系统偏移。系统基于估计的系统偏移来调整针对穿过第二分离柱的第二样品轮次检测出的第二组特征，以获得第三组调整后的特征。
文档编号G01N30/86GK1920552SQ20061011150
公开日2007年2月28日 申请日期2006年8月17日 优先权日2005年8月26日
发明者李向东 申请人:安捷伦科技有限公司