自适应搜索质谱仪光谱分析的制作方法

本技术涉及质谱和相关联的光谱分析，更一般地，涉及用于样品匹配和标识未知物质的光谱数据分析。应用包括但不限于用于包括气相色谱-质谱联用(gc-ms)和液相色谱-质谱联用(lc-ms)系统的质谱系统的光谱分析，以及其他或更广义的光谱数据分析。

背景技术：

1、光谱分析是样品匹配和物质标识的强大工具，包括标识特定样品中未知物质的化学成分。在气相色谱-质谱联用(gc-ms)系统中，气相色谱仪利用毛细管柱基于物理和化学性质(例如，大小、重量、长度、直径、膜厚度和其他相特征)来分离分子或分子的片段(成分)。与流动相相反，这些性质的差异决定了不同分子对柱内固定相的相对亲和性，从而促进在样品沿柱长移动时基于滞留时间的分离。

2、目标类似于液相色谱-质谱联用(lc-ms)系统，即液体混合物的不同分子片段或成分分布在固定相和流动相之间，然后沿柱长或基于在柱中的滞留时间进行分离。在实践中，基于样品的液体成分，可能存在额外的技术挑战，为此已经开发了不同的技术。这些技术包括吸附色谱法、分配色谱法、离子交换色谱法、大小排阻色谱法和亲和色谱法，或利用非极性(例如，疏水性)固定相和极性流动相(例如，水和其他极性溶剂的混合物)的反相(分配)色谱法。

3、基于滞留时间，不同的分子在不同的时间在gc或lc阶段洗脱，这又取决于它们的不同分子(化学和物理)性质。下游质谱仪(ms)系统从上游gc或lc系统捕获分子或其片段，并将它们置于电子束下，选择该电子束的能量和强度来电离不同的分子，或(更常见地)将分子分解为电离片段。电离片段被电磁加速，然后在质量分析仪中受到强磁场影响，基于分子(如有)和片段的不同质荷比，沿不同路径弯曲分子和片段的行进路径。

4、磁场通过质量分离行进的电离片段，从而产生要在检测器处标识的样品的光谱特性。检测器通过质量标识所分离的片段，并提供数据以计算每个片段的相对数量或丰度。通常，不同的分子倾向于分解成不同的成分，从而使得能够匹配不同的光谱，以标识未知样品中的未知分子或其片段。然而，对于许多物质，可能存在许多不同的有机和/或无机片段，每个片段可以具有相同或不同质量的多个共同构型和变化。因此，基于在光谱中可以观察到的许多可能的变化，标识未知样品(或样品的重要片段)的原始分子组成可能会带来重大技术挑战。

5、解决该问题的一种方法涉及对一系列“已知”物质执行光谱分析，以便产生参考光谱数据库。在每个参考光谱中，质量峰的分布代表不同片段的相对测量数量，该光谱可以从参考分子获得。然后，可以将从未知样品获得的光谱数据与参考光谱库进行比较，以便基于质量峰中的相似性找到匹配。多个此类参考光谱数据库可用于比较；例如，来自wileyscience solutions(john wiley&sons,inc.，新泽西州霍博肯市)和其他来源。

6、遗憾的是，可能存在广泛的不同参考光谱以便从中选择合适的“匹配”，尤其是对于分裂成多个有机或无机成分的分子，这些成分可能具有相似的质量，也可能不具有相似的质量。不同的片段也可能具有相似的质量，与它们的化学成分无关。也可能存在基线移位和其他系统效应，并且当样品和参考光谱不是在相同仪器上获得时，它们可能在质量峰分布上显示出系统变化。因此，单个质谱光谱可能无法明确标识要进行光谱分析的样品分子(或多个样品分子)以及所有相关联的片段。因此，需要改进的质谱分析技术，这些技术不受与现有技术相同的所有限制。

技术实现思路

1、一种用于质谱仪分析的自适应搜索方法包括：标识以其他方式确定样品光谱中的一组样品峰，其中所述样品峰与样品的分子片段(或成分)相关联；以及选择参考光谱，所述参考光谱具有与参考物的分子片段相关联的一组参考峰。所述样品的所述分子片段中的每个分子片段具有样品片段质量，并且所述参考物的所述分子片段中的每个分子片段具有参考片段质量。可以使用所述样品光谱和所述参考光谱的比较来提供用于计算一个或多个拟合值或相似性度量的基础，以帮助标识具有所述参考物的所述样品。直观的比较以及计算的相似性度量也可能是有用的。可以为参考光谱的库或数据库中的多个可用参考物提供相似计算结果或拟合值的列表，例如通过根据所述相似性度量对所述结果进行排序，或者以其他方式标识具有相对较高相似性度量(例如，相似性分数)的参考光谱。

2、根据应用，所述方法还可以包括：确定所述样品光谱中一组所选择的样品峰和所述参考光谱中所选择的参考峰相比的质量差；以及基于所述质量差来选择基团(group)交换。所述基团交换表示与所述一组所选择的样品峰中的一个或多个所选择的样品峰相关联的所述样品片段质量和与所述一组所选择的参考峰中的片段相关联的所述参考片段质量相比的变化。还可以执行多次交换。这些候选基团交换使得能够基于相应相似性度量来调整和适配候选参考光谱的经排序的“命中列表”(即，经排序的列表)。

3、与所述参考分子相比，可以将所述参考光谱中的一个或多个峰移位与候选基团交换相关联的所述质量差，所述候选基团交换被确定为在未知样品中是很可能的或可能的。响应于所述基团交换，可以通过相对于所述移位的参考光谱重新计算所述样品光谱的所述相似性度量来确定更新或调整的拟合值，其中所述拟合值表征相应多组样品峰和移位的参考峰之间的相似性。

4、还包括基于计算机的系统，所述系统包括存储器和处理器组件，所述存储器和处理器组件被配置用于：执行这些方法；以及在用户界面上显示样品光谱、原始和移位的参考光谱以及相应的拟合值和相关联的数据。还包括具有存储在非瞬时性介质上的机器可读代码的计算机产品，其中所述代码可由计算机处理器执行以执行所述方法或操作所述系统。

5、在这些示例中的任何一个示例中，所述样品光谱可以从气相色谱-质谱联用(gc-ms)系统或液相色谱-质谱联用(lc-ms)系统等质谱仪系统获得。所述参考光谱可以从相似系统获得，并存储在库或数据库中。可以向图形用户界面(gui)等用户界面(ui)输出所述样品光谱和所述参考光谱中的一个或两个以及一个或多个建议的(系统标识的)或用户选择的基团交换和系统计算的拟合值。还可以在所述用户界面处接收输入，其中所述输入可以确定所述选择的基团交换。还可以向所述用户界面输出一组建议的基团交换；例如，其中使用所述输入来从所述一组建议的基团交换中确定所选择的基团交换。

6、在这些示例中的任何一个示例中，可以在所述用户界面处提供表示样品的分子离子质量的总质量值；例如，其中所述总质量值基于作为搜索输入提供的所述样品光谱中的所述样品峰。所述总质量值可以用于选择所述参考光谱、确定所述质量差或选择所述基团交换。用户还可以在所述用户界面处提供输入，例如以更新或改变所述总质量值。在这些应用中的一些应用中，可以向所述用户界面输出、在所述用户界面上显示或以其他方式在所述用户界面处提供空或零总质量值和其他参数，并且可以使用在所述用户界面处接收的输入来确定所述总质量值。

7、在这些示例中的任何一个示例中，所述基团交换可以表示与所述选择的样品峰相关联的所述分子片段中的一组原子和与所述选择的参考峰相关联的所述分子片段中的一组不同原子的交换。所述基团交换还可以表示与所选择的样品峰相关联的整个分子片段和与所选择的参考峰相关联的整个分子片段的交换。

8、在这些示例中的任何一个示例中，可以选择一个或多个附加基团交换，所述一个或多个附加基团交换表示与所述样品峰相关联的所述样品片段质量和与所述参考峰相关联的所述参考片段质量之间的一个或多个附加质量差。响应于所述一个或多个附加基团交换，可以将一个或多个附加样品峰或参考峰移位所述相应一个或多个附加质量差，例如，其中所述拟合值表征所述相应样品光谱和参考光谱(包括所述附加的所移位的样品峰或参考峰)之间的相似性。

9、在这些示例和实施例中的任何一个中，所述样品光谱和所述参考光谱可以从更广义的分子或原子光谱数据分析系统获得，例如可见或紫外(uv)光谱系统、红外(ir)光谱系统、拉曼光谱系统或核磁共振(nmr)光谱系统。在这些应用中，所述样品片段质量和所述参考片段质量可以与所述样品片段和所述参考片段相关联，例如用于ir、可见或uv光谱的发光片段的质量；具有响应于拉曼光谱的振动或旋转状态的分子片段的质量；或者具有用于nmr光谱的不同核自旋响应的其他核或分子片段的质量。