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化学分析和质谱谱图的定量分析
化学分析和质谱谱图的定量分析
目录
质谱谱图的基本原理
化学分析方法
质谱谱图的定量分析方法
质谱谱图定量分析的误差来源及控制方法
质谱谱图定量分析的应用实例
质谱谱图的基本原理
离子源：将待测物质转化为带电粒子
质量分析器：将带电粒子按照质量分离
检测器：检测分离后的带电粒子，输出信号
加速电场：将带电粒子加速，使其获得能量
应用范围：适用于多种物质的分析，如金属离子、有机物等
优点：操作简便、准确度高、灵敏度高
原理：不同物质对光的吸收不同，通过测量物质对光的吸收程度，可以确定物质的含量
质谱谱图的定量分析方法
定义：在样品中加入已知浓度的内标物，通过比较样品和内标物的峰强进行定量分析的方法。
缺点：需要准确测定内标物的峰强和浓度，且操作复杂，需要专业人员操作。
应用范围：广泛应用于化学分析、药物分析、环境监测等领域。
优点：不受样品基质的影响，准确度高，可对多种化合物进行定量分析。
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定义：通过绘制校正曲线，将质谱谱图的信号强度与待测组分的浓度建立对应关系的方法。
原理：利用已知浓度的标准样品，在相同的实验条件下绘制校正曲线，通过比较标准样品与待测样品的信号强度，计算待测样品的浓度。
在基因组学研究中，质谱谱图定量分析可用于基因表达分析和单核苷酸多态性研究，了解基因表达与疾病的关系。
汇报人：XX
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亚稳离子峰：表示亚稳态离子的质量数
化学分析方法
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应用范围：金属元素和部分非金属元素的定量分析
质谱数据定量分析方法
3,4 5,6
K1Ti2 K2Ti4 i
, i 7,8
K T2 i4 i
,i 9,10
10
2
f i
f K1
10
2 i
i 1
i K1
0
f
特点 K2
i 110
2 i
i 1
i K 2
0
f C
10
王腾蛟 硕士生---马海滨
谢谢大家！
RT对齐
LC-MS策略：寻找共同的肽段信号，建立非线性 模型
LC-MS/MS策略：利用共同鉴定肽段的RT建立对 齐模型
对齐模型：3次样条，局部回归，小波，分段线 性，偏移向量等
作用：对LC-MS/MS策略，可以弥补鉴定信息的 不足，提高MS图谱信号利用率
信号归一化和差异显著性检验
图 谱 水 平
去噪方法 谱峰定量信息
同位素峰
X 不去噪
Xcalibur默认 小波去噪
最大值 平滑积分 函数拟合 信号加和
X
单一 最高
全部
X
肽 段 水 平
X XIC处理 小波去噪 平滑去噪 连续性截断
XIC定量
平滑积分 函数拟合
误差分析
信号加和
共3*4*3*4*3=432种计算流程
比较原则：重复实验的CV值最小
定量精度和参数优化
到定量完成的全流程 自动化，有GUI界面
速度：1 s可以定量1000
个肽段
支持pepXML，protXML， mzXML，mzData， mzML
蛋白质组装和未鉴定肽 段搜索
RT对齐、信号归一化
LC-MS策略支持软件XICFinder
质谱分析法--定性与定量
CI-GC-MS、GC-MSn、LCMS、LC-MSn（相对） ±20% ±25% ±30% ±50%
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二、定性（确证）方法
2002/657/EC规定：
要确证指令 96/23/EC 附录I-A 组所列的物质，最少需要4 个识别 点，包括具有促合成作用和其他未允许的化合物，如二苯乙烯类 化合物及其衍生物、盐、酯等、抗甲状腺剂、甾醇、 二羟基苯甲
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1-Br
2-Br
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3-Br
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二、定性（确证）方法
关于保留时间的讨论
GBT 16631-2008 高效液相色谱法通则：同样条件下重复试验 的保留数据的分散性，RSD≤3%
JJG705-2002 液相色谱仪检定规程：定性测量重复性（6次测 量）RSD≤1.5%
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一、质谱基础及相关术语
术语
质谱峰类型 分子离子
• 必须是化合物谱图中质量最高的离子 • 必须是奇电子离子、符合氮规则 • 必须能通过丢失合理的中性离子，产生谱图中高质量区的重要离子
(完整版)质谱的定量分析
(完整版)质谱的定量分析1. 引言质谱是一种广泛应用于化学、生物学和医学领域的分析技术。
它利用对化学物质中离子的质量和相对丰度进行测量，从而得出化合物的分子结构、相对分子量以及定量分析结果。
本文将介绍质谱的定量分析原理、方法和应用。
2. 原理质谱的定量分析主要依赖于质谱仪器。
质谱仪器通常由采样系统、离子化系统、质量分析仪和检测系统组成。
在样品进入质谱仪器后，被离子化产生离子，然后通过加速器加速。
离子在磁场中运动，其轨迹受到磁场的影响，不同质量的离子会呈现不同的轨迹，从而实现质量分析。
最后，离子会通过检测系统进行检测和计数，计算得出定量分析结果。
3. 方法质谱的定量分析方法多种多样，主要包括质谱定标法、内标法和外标法等。
3.1 质谱定标法质谱定标法基于已知浓度的标准样品与待测样品的质谱峰面积之间的线性关系进行定量分析。
首先，通过一系列稀释标准样品得到不同浓度的标准曲线，然后测定待测样品对应质谱峰的面积，并利用标准曲线进行定量计算。
3.2 内标法内标法是在待测样品和标准样品中添加一个已知浓度的内标化合物，利用内标化合物的信号进行校正。
内标化合物应与待测化合物在质谱上具有相似的性质，且不会干扰待测化合物的质谱信号。
通过测量待测样品和内标样品中内标化合物的信号强度比值，可以得出待测化合物的浓度。
3.3 外标法外标法是将测定物质与已知浓度的外标化合物进行混合，通过外标化合物的峰面积与其浓度之间的关系进行定量分析。
外标化合物应与待测化合物在质谱上具有明显的差异，以便进行准确的定量。
4. 应用质谱的定量分析在许多领域中具有广泛的应用。
例如，在药物研发中，质谱可用于测定药物的含量、纯度和杂质等。
在环境监测中，质谱可用于测定水、空气等中微量有机污染物的浓度。
在食品安全领域，质谱可用于检测食品中的残留农药和添加剂。
此外，质谱的定量分析还在病理学研究、生物医学和法医领域有重要应用。
5. 结论质谱的定量分析是一种准确、灵敏和可靠的分析方法。
质谱数据定量分析方法
考虑了XIC截断，同位素峰叠加，母离子误差校 正等问题
提供了信噪比、同位素分布拟合优度等过滤 测试：发现采用严格过滤规则，则鉴定肽段也
可能不能定量，说明和LC-MS/MS策略可以相互 补充
第三部分：进一步的思考
预分离和信号归一化
SDS分离 蛋白质多条带分布 条带切割的不均匀性 不同实验之间信号不可比
标记定量：比值，定量指标 无标定量：定量指标
肽段定量指标计算
可选步骤
去噪处理：小波，平 滑滤波
XIC峰形拟合：复杂的 类高斯函数
XIC边界确定：信噪比， 连续性，局部最小 值
母离子匹配误差分布： 提高精度？
标记定量：比值计算，MaxQuant采用了最小二乘拟合法 问题：不同试剂标记的肽段XIC平移，差异越大，表现越明显 无标记定量：定量指标计算
定量软件-Mascot
支持的定量类型
多种标记定量， MS/MS图谱 定量， emPAI， 重复实验 Label free， 选择信号最强的3 个肽段
数据处理算法特色
基于m/z和RT的对齐，多种XIC积分方法，多参数鉴定结果过滤，outliers排 除，归一化处理（利用均值）
使用方法
在搜库前定义修饰和定量的参数（通过修改XML文件实现），搜库，然后 使用Distiller定量
差异显著性检验 从肽段到蛋白质的信息综合：平均？筛选？ 异方差问题：信号越弱，误差分布越宽
一个例子
XIC
定量信息:TGVIVGEDVHNLFTYAK
图谱计数SC 126 70 3 4
XIC面积SA(对数) 8.54 7.56 5.15 5.89
保留时间RT 53.661617 58.135022 59.199630 57.643797
质谱数据定量分析方法概要
质谱数据定量分析方法概要质谱数据定量分析是一种使用质谱仪获取样品中特定化合物或元素含量的方法。
它能够在短时间内实现对多种目标化合物的分析，具有高灵敏度、准确度和选择性等优点。
下面将概述几种常用的质谱数据定量分析方法，包括标准曲线法、内标法、同位素稀释法和定量结构活性关系分析方法。
1.标准曲线法标准曲线法是质谱数据定量分析中最常用的方法之一、在这种方法中，首先准备一系列已知浓度的标准溶液，并对这些标准溶液进行质谱分析，得到样品中目标化合物的质谱峰面积或峰高度。
然后，根据标准曲线绘制出目标化合物浓度与质谱峰面积或峰高度之间的关系曲线，通过对待测样品的质谱峰进行测定，可以根据标准曲线计算出目标化合物在样品中的浓度。
2.内标法内标法是一种相对比较准确的质谱定量分析方法。
在这种方法中，选择一个与目标化合物具有相似物理化学性质的化合物作为内标物，并将内标物溶液加入待测样品中。
然后，对待测样品进行质谱分析，测定目标化合物和内标物的质谱峰面积或峰高度。
通过计算目标化合物和内标物的峰面积或峰高度比例，并与已知浓度的标准溶液进行比较，可以计算出目标化合物在样品中的浓度。
3.同位素稀释法同位素稀释法是一种用于分析样品中特定元素或化合物含量的高精确度和高灵敏度的质谱定量方法。
在这种方法中，已知浓度的同位素标准物质加入样品中作为内标物，并进行质谱分析。
通过测定目标化合物和同位素标准物质的质谱峰面积或峰高度比例，并与已知浓度的同位素标准物质进行比较，可以计算出目标化合物在样品中的浓度。
同位素稀释法有很高的精确度和准确度，广泛应用于环境分析、食品检测和生命科学研究等领域。
4.定量结构活性关系分析方法定量结构活性关系分析方法是一种基于质谱数据分析化合物结构与活性之间关系的定量分析方法。
在这种方法中，首先通过质谱技术获取样品中一系列化合物的质谱数据，然后将这些质谱数据与已知的化合物结构信息进行比对和分析，建立起化合物结构与特定活性之间的关系模型。
最全面的质谱定性与定量分析方法基础知识讲解！
最全面的质谱定性与定量分析方法基础知识讲解！质谱基础及相关术语基础1.质谱仪的基本结构2.各种离子化方法的使用范围Molecular Weight3.质谱仪的主要性能指标相关术语质谱峰类型♫分子离子·必须是化合物谱图中质量最高的离子·必须是奇电子离子、符合氮规则·必须能通过丢失合理的中性离子，产生谱图中高质量区的重要离子♫准分子离子♫碎片离子♫同位素离子·由于天然同位素的存在，因此在质谱图上出现M+1，M+2等峰，由这些同位素所形成的峰称之为同位素峰。
定性（确证）方法基本原则质谱法只有在与色谱分离在线或脱机联用时才能作为确证方法。
在分析仪器上的进样顺序是：空白溶剂、阴性控制样品、要确证的样品、阳性控制样品再进样，最后是阴性控制样品。
色谱分离1.保留时间测试部分中分析物的保留时间（或相对保留时间），应在一个特定的保留时间窗口范围内与校正标准的保留时间相符。
保留时间窗口与该色谱系统的分辨能力相当。
分析物和内标的保留时间之比，应与校正溶液的相对保留时间一致，GC偏差为±0.5%，LC偏差为±2.5%。
2.关于保留时间的讨论√ GBT16631-2008高效液相色谱法通则：同样条件下重复试验的保留数据的分散性，RSD≤3%；√ JJG705-2002液相色谱仪检定规程：定性测量重复性（6次测量）RSD≤1.5%；√ JJF（闽）1032-2010液相色谱-质谱联用仪校准规范：定性重复性RSD≤2%；√ JY/T021-1996分析型气相色谱方法通则：整机重复性保留时间RSD≤5％；√ GB/T22260-2008饲料中甲基睾丸酮的测定高效液相色谱串联质谱法：试样保留时间与标准品的相对偏差不大于15%；√ GB/T22147-2008饲料中沙丁胺醇、莱克多巴胺和盐酸克仑特罗的测定液相色谱质谱联用法：样品与标准品保留时间的相对偏差不大于0.5%；3.质谱检测（1）全扫描scan用记录全扫描质谱图进行质谱测定时，在标准品参考图谱中所有相对丰度>10%（分子离子、分子离子的特征加成物、特征碎片离子、同位素离子等）的特征离子都必须检测。
最新质谱分析法精品文档
电喷雾电离源
（Electrospray Ionization，ESI）
它的主要部件是一个多层套管组成的电喷雾喷咀。电场作用下 使喷出的液体易分散成微滴。另外，在喷嘴的斜前方还有一个补 助气喷咀，补助气的作用是使微滴的溶剂快速蒸发。在微滴蒸发 过程中表面电荷密度逐渐增大，当增大到某个临界值时，离子就 可以从表面蒸发出来。
定义为：两个相等强度的相邻峰(质量分别 为m1和m2)间的峰谷不大于峰高的10%时，则可 认为两峰已分开，其分辨率R为：
其中m1、m2为质量数(m1＜m2)
R
m1
m2 m1
m1 m
两峰质量数较小时，要求仪器分辨率越 大。可见在质量数小时，分辨率亦较小。
实际工作中，很难找到相邻的峰高相等、 峰谷又为峰高的10％的两个峰。可任选一单 峰，测其峰高50％处的峰宽FWHM当作Δm， 此时 R = m/ Δm
化学电离源(Chemical Ionization , CI )
化合物稳定性差， 用EI方式不易得到分子 离子,因而也就得不到 分子量。为了得到分子 量可以采用CI电离方式。
用高能电子 （100~240eV）轰击 离子室内的反应气（甲 烷；10~100Pa） ，电 离产生CH5+和C2H5+， 后者再与样品分子碰撞， 产生准分子离子。
2. 发展简史
• 1910年：Thomson使用MS报道了Ne是由20Ne和22Ne两种 同位素组成，同位素分析测定开始发展；
• 40年代：出现了第一台商品质谱仪，质谱进入了工农业生产 领域，用于石油工业中烃的分析、人造橡胶生产过程控制；
• 50年代：质谱技术飞速发展，并广泛用于复杂有机混合物的 结构分析，与NMR、IR等方法结合成为分子结构分析最有效 的手段。
质谱数据定量分析方法
肽段定量指标计算---比值计算，XIC处理，母离子误差校正
方法：信号归一化后，求平均值、中值或者最大值
600
不同实验之间信号不可比
靶标挑选（MRM）肽段分析效率预测（绝对定量）生物样本蛋白质表达的随机变化影响
问题：同位素峰分布测量误差
定量信息提取：标记定量
400
XIC边界确定：信噪比，连续性，局部最小值
第二部分：研究内容和结果
定量信息的提取：Label free
图 谱 水 平
去噪方法 谱峰定量信息
同位素峰
X 不去噪
Xcalibur默认 小波去噪
最大值 平滑积分 函数拟合 信号加和
X
单一 最高
全部
X
肽 段 水 平
X XIC处理 小波去噪 平滑去噪 连续性截断
XIC定量
平滑积分 函数拟合
误差分析
信号加和
极大似然估计—直接优化似然函数 初始值的选择决定成败
标记定量软件SILVER
C++语言 GUI 交互操作 批量数据处理 文件格式支持：
XML，Mascot dat和html
多线程，图谱、XIC导出，多种输出格式，算法优化
索引文件和速度提升
索引文件和数 据结构
Scan number到 MS图谱索引： Hash表
问题：从质量预测同位素分布
经验公式：从IPI.Human
3.49酶切肽段中统计（胰酶，2 个漏切，肽段长度不超过100）
f0(x)a0xeb0x fi(x)(aixbii!)ieaixbii1,2,3,4,5
ai 1.007 0.0006321 0.0005683 0.0005526 0.000568 0.0005795
质谱是如何定量的
1. 质谱信号强度与待分析物含量的关系任何定量分析方法都需要建立实验测量信号与待分析物的量的关系。
很幸运的是，在质谱中，通常也可以建立这样的关系，因此质谱信号是可以用于定量的。
从题主的说明来看，Ta的疑惑主要在这里。
既然问题是“质谱是怎样做到定量的？”，我们不妨把质谱信号的产生按时间顺序粗略分为三个步骤，即离子的产生，传输与检测。
•产生离子时，不同样品分子的电离通常是相互独立的。
因此样品量越多，其产生的离子也就越多。
目前常用的各种离子化方法（EI、ICP、ESI、MALDI等）在实验中（严格来说仅在一定浓度范围内——术语是动态范围，dynamic range）都至少满足样品量与产生离子量的正相关，一般情况下也可以进一步近似成线性相关。
•传输离子时，简单来说可以认为传输效率与被传输离子的量无关；（严格地说，被传输的离子太多时，相同电荷的互相排斥会造成离子束的“体积”变大，导致传输效率下降。
这种影响在空间有限的离子阱中表现得更加明显，因此在离子阱质谱中一个重要的技术就是适当控制进入仪器的离子数量，使其既不太少也不太多。
）•检测离子时，不论是使用光电倍增管的检测器，还是检测镜像电流的检测器（ICR/Oribtrap），其信号强度（在一定范围内）均与离子数量大致线性相关。
废话几句，可能会使题主感觉质谱不能定量的原因之一是，我们看到的质谱图常用相对强度作为纵坐标，即0-100%最强峰，而不展示信号的绝对强度。
但在做质谱的时候，仪器记录的当然是绝对强度（相对强度也是通过绝对强度换算出来的）。
我们需要用绝对强度来定量时，就需要这部分平时不常看的信息了。
另外，在谈到色谱-质谱联用方法时，待分析物与实验测量信号的关系之中又多了一层色谱，即待分析物含量->色谱流出物中样品含量->质谱信号。
与EI 谱图分析以相对强度为主不同，在色谱-质谱联用时，信号的绝对强度就成了我们天天都要关心的内容，因为质谱信号强度随时间的变化就是实验的色谱图，通常以总离子强度或者某一特定质荷比离子的强度作图。