用于鉴定分子种类的元素组成的方法技术

提供了鉴定样品中所含和/或通过至少一种电离方法从样品中产生的至少一个分子种类的至少一种最可能元素组成的方法。所述方法包括测量所述样品的质谱且可以包括将所述实测质谱换算为中性质谱。所述方法进一步包括针对所关注峰确定具有预期峰的候选分子种类的集合，所述预期峰的峰位置处于对应的实测质谱或中性质谱的峰位置容许范围内。鉴定每个候选种类的鉴定质谱且测定所述鉴定质谱中的所有峰的峰位置范围。通过比较所述鉴定谱与所述实测或中性质谱来测定候选种类的两个子分数且利用所述子分数计算出最终分数。测定所计算最终分数达到最高值的所述候选种类的元素组成。

Method for identifying element composition of molecular species

A method is provided for identifying at least one most likely element composition of at least one molecule species contained in a sample and/or produced from the sample by at least one ionization method. The method includes measuring the mass spectrum of the sample and may include converting the measured mass spectrum into a neutral spectrum. The method further includes determining a set of candidate molecular species with expected peaks for the peaks of interest that are within the permissible range of the corresponding peak positions of the measured mass spectra or neutral spectra. Identification mass spectra of each candidate species are identified and the peak position ranges of all peaks in the identification mass spectra are determined. The two sub-fractions of the candidate species are determined by comparing the identification spectrum with the measured or neutral spectrum and the final fraction is calculated using the sub-fractions. The element composition of the candidate species determined by the calculated final fraction reaches the highest value.

【技术实现步骤摘要】
用于鉴定分子种类的元素组成的方法
本专利技术提供鉴定分子M的至少一个种类的一种或多种最可能元素组成的方法，具体地说，分子M的至少一个种类的唯一最可能元素组成的方法。所述方法包括使用质谱仪测量样品的质谱。利用所述方法能够鉴定通过质谱仪所研究的样品中所含或通过至少一种电离方法从质谱仪所研究的样品产生的分子种类M的一种或多种最可能元素组成。
技术介绍
鉴定分子的一个种类(大部分是分子的多个种类)的一种或多种最可能元素组成的方法通常可获得。这些方法优选用于鉴定分子种类的最可能元素组成，如除草剂、杀昆虫剂、其它杀虫剂、脂质、沥出液中的可溶性或悬浮固体、代谢物、药物、麻醉剂、典型地具有高达400u、优选高达500u并且尤其优选高达600u质量的萃取物中的分子。这些方法用于研究样品。利用这些方法鉴定所研究样品中所含分子种类的元素组成。分子种类定义为具有相同分子式的分子类别(例如水具有分子式H2O且苯具有分子式C6H6)。分子种类的分子式描述分子种类的元素组成。分子式是根据IUPAC化学元素周期表通过指出元素符号来列出分子中所含的所有元素，且在元素符号的右侧用下标列出组成分子的元素的原子数目。为此举一个例子，具有分子式C6H6的苯分子是由6个碳原子(符号C)及6个氢原子(符号H)组成。具有相同分子式的分子因存在不同的异构形式而可以具有不同的结构式，所述异构形式可以具有不同的对映异构体结构，从而产生不同的物理、化学及生物学特性。分子式越大，分子越复杂得多，例如在有机物中。举例来说，除草剂甲磺草胺(sulfentrazone)具有分子式：C11H10Cl2F2N4O3S。许多国家不允许使用如甲磺草胺杀虫剂。甲磺草胺可能例如给水生物种及蜜蜂带来较大风险。有时，根据通过至少一种电离方法从样品产生的离子及所述离子的元素组成能够更好地了解所研究的样品。所述离子可以优选通过电喷雾电离(ESI)、基质辅助激光解吸电离(MALDI)、等离子体电离、电子电离(EI)、化学电离(CI)及大气压化学电离(APCI)产生。所产生的离子是大部分具有分子几何形状和相应分子式的带电粒子。在本专利申请的上下文中，术语“通过至少一种电离方法从样品产生的分子的种类”应理解为提及通过至少一种电离方法从样品产生的离子的分子式。因此，能够根据通过至少一种电离方法从样品产生的离子来推导出样品中所含分子种类的元素组成，所述电离方法通过寻找所述离子的元素组成来使分子种类电离且然后将所述离子的电荷减少到零且根据如下文所述的电离方法改变元素组成。因此，也能够利用鉴定一个分子种类的最可能元素组成的方法来鉴定通过至少一种电离方法从样品产生的离子的元素组成。在分子种类中，所有分子根据分子式具有相同的原子组成。但分子中的大部分原子可以作为不同同位素存在。举例来说，有机化学的基本元素碳原子以两种稳定同位素形式存在：天然存在概率为98.9％且同位素质量为12u的12C同位素和天然存在概率为1.1％且同位素质量为13.003355u的13C同位素(其原子核中具有一个以上中子)。由于同位素的这些存在概率，因此由许多原子组成的较高质量的特别复杂分子具有许多种同位素，其中分子中的原子作为不同同位素存在。在本专利申请的全文中，分子种类的这些同位素称为「分子种类的同位素」。这些同位素的不同质量引起分子种类的同位素的质量分布，在本专利申请的内容中称为分子种类的同位素分布(简称：ID)。分子的每个种类因此可以具有不同的质量，但为了更好地了解和鉴定分子种类，向各种分子指配单一同位素质量。这是当分子中的每个原子作为最丰裕的、天然存在的稳定同位素存在时的分子质量。举例来说，甲烷分子具有分子式CH4且氢具有同位素1H，其核中具有天然存在概率为99.985％且同位素质量为1.007825u的一个质子；和2H(氘)，其核中具有天然存在概率为0.015％且同位素质量为2.014102u的另一个中子。因此，碳的最丰裕的、天然存在的稳定同位素是12C且氢的最丰裕的、天然存在的稳定同位素是1H。因此，甲烷的单一同位素质量是16.031300u，这是由一个12C同位素和四个1H同位素组成的甲烷同位素的质量。但具有质量17.034655u(包含13C同位素)和17.037577u(包含一个2H同位素)、18.040932u(包含13C同位素和一个2H同位素)和18.043854u(包含两个2H同位素)、19.047209u(包含13C同位素和两个2H同位素)和19.050131u(包含三个2H同位素)、20.053486u(包含13C同位素和三个2H同位素)和20.056408u(包含四个2H同位素)和21.059763u(由13C同位素和四个2H同位素组成)的其它甲烷同位素的概率较小。所有这些其它同位素均属于甲烷的同位素分布且在质谱仪的甲烷质谱中可以是可见的。尤其可以通过用质谱仪测量所研究样品的质谱来鉴定分子的至少一个种类的最可能元素组成。一般来说，可以使用所属领域的技术人员已知测量样品质谱的每种质谱仪。具体地说，优选使用高分辨率质谱仪，如具有质量分析器或其它静电离子阱作为质量分析器的质谱仪、傅里叶变换(Fouriertransform，FT)质谱仪、离子回旋(ICR)质谱仪或多重反射飞行时间(MR-TOF)质谱仪。本专利技术方法可以应用的其它质谱仪具体地说是飞行时间(TOF)质谱仪、扇形磁场质谱仪和具有高分辨率(HR)四极杆质量分析器的质谱仪。已经存在于样品中的分子设定为游离的，例如通过蒸发和喷雾和带电荷，或仅通过电离方法带电荷。分子可以例如通过接受及/或发射电子或接受离子而形成加合离子而带电荷。由于在中质谱仪的质谱检测到其离子，因此本专利技术的方法能够向样品中所含分子的这些种类指配其最可能的元素组成。电离方法能够改变样品中所含的分子，这是通过碎裂成更小的带电粒子来实现，所述粒子是由于所述方法而带电荷。电离方法还能够将样品基质分裂成带电分子。因此，所有这些离子均通过所述电离方法从样品中产生。因此就这些离子而言，其在来源于样品的分子中的种类均须通过用于鉴定分子种类的元素组成的方法研究。超高分辨率质谱，如能使用傅里叶变换离子回旋共振质谱仪(FT-ICR-MS)或OrbitrapTM质谱仪获得的质谱，允许鉴定有机物中的数千种不同分子式。与液相色谱(LC)联合，能够在常规基础上对复杂混合物的组分进行精确的质量测定。应用尤其包括筛选组合性化学文库和鉴定与药物发现相关的代谢物、筛选非法鸡尾酒中的合成代谢类固醇和培养萃取物中的真菌代谢物，以及阐明环境水中的未知化合物。质谱仪的输出必须在样品能表征之前解释，且这带来技术问题。依据质量数据的分子式指配是最关键的且耗时的。根据质谱进行的精确质量测量是测定元素组成的常用技术，超高分辨率质谱仪有助于测定元素组成。尽管技术进步和质量精确度改进，但单独的质量精确度不能提供不容置疑的鉴定。在许多情况下，根据相同分子量可以鉴定若干种不同结构式。候选式的数目随着质量以指数方式增加，致使高质量分子测定特别具有挑战性。因此，当表征样品时，需要自动化程序来高效发掘质谱所产生的广泛数据集。元素组成待鉴定的分子种类典型地由一组具体的元素组成。对于各种元素来说，确定所述元素有多少个原子可能包含于分子种类中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鉴定样品中所含和/或通过至少一种电离方法从样品中产生分子M的至少一个种类的一种或多种最可能元素组成的方法，包含以下步骤：(i)使用质谱仪测量所述样品的质谱Imeas(p)，或使用质谱仪测量所述样品的质谱Imeas(p)且将所述实测质谱Imeas(p)换算为中性质谱Ineut(p)；(ii)针对所述实测质谱Imeas(p)或中性质谱Ineut(p)中的所关注峰Cint，从分子种类Minv的集合Sinv中确定候选分子种类Mcand的集合Scand，所述候选分子种类Mcand在对应于所述实测质谱Imeas(p)或所述中性质谱Ineut(p)的质谱中具有预期峰Cex,inv，其峰位置pex,inv处于指配给对应的所述实测质谱Imeas(p)或中性质谱Ineut(p)中的所述所关注峰Cint的峰位置容许范围Δptol内；(iii)针对所述候选分子种类Mcand集合Scand中的每个候选种类Mcand，测定对应于所述实测质谱Imeas(p)或所述中性质谱Ineut(p)的鉴定质谱Iid,M_cand(p)且测定峰位置范围Δp，所述峰位置范围Δp包含与所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所有候选种类Mcand的所述实测质谱Imeas(p)或所述中性质谱Ineut(p)对应的所述鉴定质谱Iid,M_cand(p)的所有峰Cid,M_cand,i的峰位置pid,M_cand,i；(iv)利用测定每个候选种类Mcand的第一子分数s1,M_cand的第一方法，且利用测定每个候选种类Mcand的第二子分数s2,M_cand的第二方法，在所测定的所述峰位置范围Δp内对所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所述候选种类Mcand的所述实测质谱Imeas(p)或所述中性质谱Ineut(p)与对应于所述实测质谱Imeas(p)或所述中性质谱Ineut(p)的每个鉴定质谱Iid,M_cand(p)进行比较，其中所述第一子分数s1,M_cand为所述候选种类Mcand的所述鉴定质谱Iid,M_cand(p)中的在所述实测质谱Imeas(p)或中性质谱Ineut(p)未得到鉴定的所有峰Cid,M_cand,i定址，且其中所述第二子分数s2,M_cand为所述实测质谱Imeas(p)中的所有峰Cmeas,i或所述中性质谱Ineut(p)中的所有峰Cneut,I定址，所述峰Cmeas,i和Cneut,i在所述候选种类Mcand的所述鉴定质谱Iid,M_cand(p)中未得到鉴定；且依据所述子分数si,M_cand计算所述候选分子种类Mcand集合Scand中的每个候选种类Mcand的最终分数fsM_cand或依据所述子分数si,M_cand计算所述候选分子种类Mcand集合Scand中的每个候选种类Mcand的最终分数fsM_cand，所述第一方法的所述子分数s1,M_cand和所述第二方法的所述子分数s2,M_cand中的一个或两个高于所指配的阈值si,th,fs以便计算最终分数fsM_cand；i；(v)测定具有最高值的一个或多个所计算最终分数fs高,k；(vi)测定所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所述候选种类Mcand,高_k的元素组成，所述候选种类Mcand,高_k具有所述一个或多个有最高值的所计算最终分数fs高,k。...

【技术特征摘要】
2017.02.23 US 15/441,0661.一种鉴定样品中所含和/或通过至少一种电离方法从样品中产生分子M的至少一个种类的一种或多种最可能元素组成的方法，包含以下步骤：(i)使用质谱仪测量所述样品的质谱Imeas(p)，或使用质谱仪测量所述样品的质谱Imeas(p)且将所述实测质谱Imeas(p)换算为中性质谱Ineut(p)；(ii)针对所述实测质谱Imeas(p)或中性质谱Ineut(p)中的所关注峰Cint，从分子种类Minv的集合Sinv中确定候选分子种类Mcand的集合Scand，所述候选分子种类Mcand在对应于所述实测质谱Imeas(p)或所述中性质谱Ineut(p)的质谱中具有预期峰Cex,inv，其峰位置pex,inv处于指配给对应的所述实测质谱Imeas(p)或中性质谱Ineut(p)中的所述所关注峰Cint的峰位置容许范围Δptol内；(iii)针对所述候选分子种类Mcand集合Scand中的每个候选种类Mcand，测定对应于所述实测质谱Imeas(p)或所述中性质谱Ineut(p)的鉴定质谱Iid,M_cand(p)且测定峰位置范围Δp，所述峰位置范围Δp包含与所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所有候选种类Mcand的所述实测质谱Imeas(p)或所述中性质谱Ineut(p)对应的所述鉴定质谱Iid,M_cand(p)的所有峰Cid,M_cand,i的峰位置pid,M_cand,i；(iv)利用测定每个候选种类Mcand的第一子分数s1,M_cand的第一方法，且利用测定每个候选种类Mcand的第二子分数s2,M_cand的第二方法，在所测定的所述峰位置范围Δp内对所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所述候选种类Mcand的所述实测质谱Imeas(p)或所述中性质谱Ineut(p)与对应于所述实测质谱Imeas(p)或所述中性质谱Ineut(p)的每个鉴定质谱Iid,M_cand(p)进行比较，其中所述第一子分数s1,M_cand为所述候选种类Mcand的所述鉴定质谱Iid,M_cand(p)中的在所述实测质谱Imeas(p)或中性质谱Ineut(p)未得到鉴定的所有峰Cid,M_cand,i定址，且其中所述第二子分数s2,M_cand为所述实测质谱Imeas(p)中的所有峰Cmeas,i或所述中性质谱Ineut(p)中的所有峰Cneut,I定址，所述峰Cmeas,i和Cneut,i在所述候选种类Mcand的所述鉴定质谱Iid,M_cand(p)中未得到鉴定；且依据所述子分数si,M_cand计算所述候选分子种类Mcand集合Scand中的每个候选种类Mcand的最终分数fsM_cand或依据所述子分数si,M_cand计算所述候选分子种类Mcand集合Scand中的每个候选种类Mcand的最终分数fsM_cand，所述第一方法的所述子分数s1,M_cand和所述第二方法的所述子分数s2,M_cand中的一个或两个高于所指配的阈值si,th,fs以便计算最终分数fsM_cand；i；(v)测定具有最高值的一个或多个所计算最终分数fs高,k；(vi)测定所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所述候选种类Mcand,高_k的元素组成，所述候选种类Mcand,高_k具有所述一个或多个有最高值的所计算最终分数fs高,k。2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(i)中，用质谱仪测量所述样品的质谱Imeas(p)，其中在步骤(ii)中，针对所述实测质谱Imeas(p)的所关注峰Cint，从分子种类Minv的集合Sinv中确定候选分子种类Mcand的集合Scand，所述候选分子种类Mcand在对应于所述实测质谱Imeas(p)的质谱中具有预期峰ex,inv，其峰位置pex,inv处于所述实测质谱Imeas(p)中的所述所关注峰Cint的峰位置容许范围Δptol内；其中在步骤(iii)中，针对所述候选分子种类Mcand集合Scand中的每个候选种类Mcand，计算对应于所述实测质谱Imeas(p)的理论质谱Ith,M_cand(p)且测定峰位置范围Δp，所述峰位置范围Δp包含与所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所有候选种类Mcand的所述实测质谱Imeas(p)对应的所述完整理论质谱Ith,M_cand(p)中的所有峰Cth,M_cand,i的峰位置pth,i，且其中在步骤(iv)中，利用测定每个候选种类Mcand的第一子分数s1,M_cand的第一方法以及利用测定每个候选种类Mcand的第二子分数s2,M_cand的第二方法，在所测定的所述峰位置范围Δp内，对所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所述候选种类Mcand的所述实测质谱Imeas(p)与对应于所述实测质谱Imeas(p)的每个理论质谱Ith,M_cand(p)进行比较，其中所述第一子分数s1为所述候选种类Mcand的所述理论质谱Ith,M_cand(p)中的在所述实测质谱Imeas(p)中未得到鉴定的所有峰Cth,M_cand,i定址，且其中所述第二子分数s2为所述候选种类Mcand的所述实测质谱Imeas(p)中的在所述理论质谱Ith,M_cand(p)中未得到鉴定的所有峰Cmeas,i定址。3.根据权利要求2所述的方法，其中鉴定通过至少一种电离方法从所述样品中产生的至少一个分子种类M的最可能元素组成且然后根据所述至少一种电离方法，依据通过所述至少一种电离方法从所述样品中产生的所述至少一个分子种类M中的每一个的所述经鉴定的最可能元素组成获得样品中所含的分子种类Ms的最可能元素组成。4.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(i)中，用质谱仪测量所述样品的质谱Imeas(p)且然后将所述实测质谱Imeas(p)换算为中性质谱Ineut(p)；其中在步骤(ii)中，针对所述中性质谱Ineut(p)的所关注峰Cint，从分子种类Minv的集合Sinv中确定候选分子种类Mcand的集合Scand，所述候选分子种类Mcand在对应于所述中性质谱Ineut(p)的质谱中具有预期峰Cex,inv，其峰位置pex,inv处于所述中性质谱Ineut(p)中的所述所关注峰Cint的峰位置容许范围Δptol内；其中在步骤(iii)中，针对所述候选分子种类Mcand集合Scand中的每个候选种类Mcand，计算对应于所述中性质谱Ineut(p)的完整理论质谱Ith,M_cand(p)且测定峰位置范围Δp，所述峰位置范围包含与所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所有候选种类Mcand的所述中性质谱Ineut(p)对应的所述完整理论质谱Ith,M_cand(p)中的所有峰Cth,M_cand,i的峰位置pth,i；且其中在步骤(iv)中，利用测定每个候选种类Mcand的第一子分数s1,M_cand的第一方法，以及利用测定每个候选种类Mcand的第二子分数s2,M_cand的第二方法，在所测定的所述峰位置范围Δp内，对所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所述候选种类Mcand的所述中性质谱Ineut(p)与对应于所述中性质谱Ineut(p)的每个理论质谱Ith,M_cand(p)进行比较，其中所述第一子分数为所述候选种类Mcand的所述理论质谱Ith,M_cand(p)中的在所述中性质谱Ineut(p)中未得到鉴定的所有峰Cth,M_cand,i定址，且其中所述第二子分数为所述候选种类Mcand的所述中性质谱Ineut(p)中的在所述理论质谱Ith,M_cand(p)中未得到鉴定的所有峰Cneut,i定址。5.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(i)中，用质谱仪测量所述样品的质谱Imeas(p)；其中在步骤(ii)中，针对所述实测质谱Imeas(p)的所关注峰Cint，从分子种类Minv的集合Sinv中确定候选分子种类Mcand的集合Scand，所述候选分子种类Mcand在与通过换算所述实测质谱Imeas(p)而获得的中性质谱Ineut(p)对应的质谱中具有预期峰Cex,inv，其峰位置pex,inv处于指配给通过换算所述实测质谱Imeas(p)而获得的所述中性质谱Ineut(p)中的所述所关注峰Cint的峰位置容许范围Δptol内；其中在步骤(iii)中，针对所述候选分子种类Mcand集合Scand中的每个候选种类Mcand，计算对应于所述实测质谱Imeas(p)的完整理论质谱Ith,M_cand(p)且测定峰位置范围Δp，所述峰位置范围包含与所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所有候选种类Mcand的所述实测质谱Imeas(p)对应的所述完整理论质谱Ith,M_cand(p)中的所有峰Cth,M_cand,i的峰位置pth,i；且其中在步骤(iv)中，利用测定每个候选种类Mcand的第一子分数s1,M_cand的第一方法，以及利用测定每个候选种类Mcand的第二子分数s2,M_cand的第二方法，在所测定的所述峰位置范围Δp内，对所述候选分子种类Mcand集合Scand中的所述候选种类Mcand的所述实测质谱Imeas(p)与对应于所述实测质谱Imeas(p)的每个理论质谱Ith,M_cand(p)进行比较，其中所述第一子分数s1为所述候选种类Mcand的所述理论质谱Ith,M_cand(p)中的在所述实测质谱Imeas(p)中未得到鉴定的所有峰Cth,M_cand,i定址，且其中所述第二子分数s2为所述候选种类Mcand的所述实测质谱Imeas(p)中的在所述理论质谱Ith,M_cand(p)中未得到鉴定的所有峰Cmeas,i定址。6.根据权利要求5所述的方法，其中在步骤(ii)中，将所述实测质谱中的所述所关注峰Cint的位置pmeas,int换算为其在所述中性质谱Ineut(p)中的位置p中性,int，所述中性质谱Ine...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·斯特罗哈尔姆，H·普法夫，E·拉祖莫夫斯基，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE