质谱数据分析2014
质谱数据分析资源
质谱数据分析资源在当今科学研究和医学诊断领域，质谱数据分析资源在发现新药物、研究蛋白质结构以及诊断疾病等方面起着重要作用。
质谱是一种广泛应用的分析技术，能够对样品中的分子进行鉴定和定量。
为了有效地进行质谱数据分析，研究人员和实验室需要合适的资源和工具。
1. 质谱数据库质谱数据库是质谱数据分析的宝贵资源之一。
这些数据库包含了大量的质谱数据和相关信息，可以帮助研究人员对未知样品进行鉴定和定量分析。
一些知名的质谱数据库包括PubChem、MassBank、METLIN等。
这些数据库提供了广泛的化合物信息，包括质谱图、碎片图谱、化合物标识等。
研究人员可以通过比对实验数据和数据库中的信息来确定样品中的化合物。
2. 质谱数据处理软件质谱数据处理软件是质谱数据分析的核心工具。
这些软件能够对原始质谱数据进行预处理、去噪、峰识别和峰归一化等操作，提取有用的信息。
同时，它们还能对质谱图谱进行解析、比对和分析，帮助研究人员对化合物进行鉴定和定量分析。
一些常用的质谱数据处理软件包括MassHunter、XCMS、MzMine等。
3. 质谱仪器和设备质谱仪器和设备是进行质谱数据分析的必备工具。
质谱仪器通过将样品离子化，然后通过电场或磁场进行分离和测定。
不同类型的质谱仪器包括质谱质谱仪（MS/MS）、液相色谱质谱仪（LC-MS）、气相色谱质谱仪（GC-MS）等。
这些仪器能够提供高灵敏度的质谱数据，并可以进行多种分析技术，包括质谱成像、蛋白质组学和代谢组学等。
4. 质谱数据分析方法质谱数据分析方法是进行质谱数据分析的基础。
这些方法包括质谱谱库搜索、化合物标识、定量分析、统计分析等。
研究人员需要了解和掌握这些方法，才能有效地进行质谱数据分析。
此外，还有一些新的质谱数据分析方法在不断地发展和改进，如基于机器学习的质谱数据分析和质谱成像技术等。
5. 数据共享和交流平台为了促进质谱数据分析的发展和研究成果的共享，建立数据共享和交流平台非常重要。
14质谱分析法
1 单聚焦分析器（single focusing mass analyzቤተ መጻሕፍቲ ባይዱr） 单聚焦分析器（ ）
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结论： 结论： 1 离子的 离子的m/z大，偏转半径也大，通过磁场 大 偏转半径也大， 可以把不同离子分开 2 在一定加速电压U，改变磁场强度B下，或在一 在一定加速电压U 改变磁场强度B 定磁场强度B 连续改变加速电压U 定磁场强度B下，连续改变加速电压U，可以使 不同离子先后通过检测器，实现质量扫描， 不同离子先后通过检测器，实现质量扫描，得到 质谱。 质谱。
离子运动的轨道半径
mυ = BZυ R
2
磁场强度
由上两式得 m B2R2 = z 2U
1 2 ( mυ = zU ) 2
离子在磁场中的轨道半径R取 离子在磁场中的轨道半径 取 决于： 决于： m/z、 B 、 U 、
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1 m R= 2U B z
若B和U固定不变， 固定不变， 则离子的m /z越大 越大， 则离子的m /z越大， 运动半径越大； 运动半径越大；m /z 不同，运动半 不同， 径不同， 径不同，各种离 子按m 子按m /z 的大小 顺序分开
1 2 mυ = zU 2
离子质量 离子速度
加速电压 离子所带 电荷
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加速后的离子进入磁场中，由于受到磁场的影响， 加速后的离子进入磁场中，由于受到磁场的影响， 离子作圆周运动（弧形运动）， ），离子的向心力 离子作圆周运动（弧形运动），离子的向心力 磁场力）BZυ和运动的离心力m /R相等 （磁场力）BZυ和运动的离心力m υ2/R相等
m/z
9
离子源 分子分离器 质量分析器
10
试样在离子源内被气化、电离， 试样在离子源内被气化、电离，有机物在 高速电子流的轰击下常常被击出一个电子， 高速电子流的轰击下常常被击出一个电子， 形成带一个正电荷的正离子， 形成带一个正电荷的正离子，称为分子离 + 子 •
质谱数据解析
质谱数据解析
质谱数据解析是质谱分析中的一个重要步骤，它把得到的质谱数据转化为有用的信息，帮助分析师确定样品中存在的物质成分，鉴定分子结构和确定化合物的数量。
总的来说，质谱数据解析主要包括以下几个方面：
1. 分离峰的提取：在质谱图中，通常会出现多个峰，表示样品中可能存在多种物质。
分离峰的提取是把这些峰分开，以便分别进行分析。
2. 确定化合物的分子式：分离出的质谱图上的峰通常可以通过测定分子离子峰、裂解峰等特征峰来确定化合物的基本分子式。
3. 确定化合物的结构：分析样品的质谱数据，根据裂解片段、离子对和其他特征峰等信息确定化合物的分子结构和功能基团。
4. 确定化合物的浓度：质谱分析通常可以确定化合物的浓度，这对于定量分析非常重要。
上述过程中，质谱仪是不可或缺的工具。
质谱仪通过对物质分子进行电离、加速、分离和检测等过程，得到物质在质谱上的分布情况。
不同质谱仪的检测灵敏度、分辨率和分析速度都有差别，因此，合理选择、使用质谱仪是确保数据解析准确的关键。
质谱分析(MS)
“开裂”——表示C—C键的断裂。 “开裂”——表示C—C键的断裂。 （3）用钩状箭头表示一个电子的转移，用普
通箭头表示一对电子的转移。
均裂——键断裂时，两个成键电子被两个碎 片各保留一个。
异裂——键断裂时，两个成键电子都归属于 某一个碎片。
R > 10000时，称高分辨率。
• 一般质谱图是由低分辨率质谱仪得到的，给出的 m/Z数据一般为整数。
• 高分辨率质谱仪给出的m/Z数据可精确到小数点 后四位数字。
质谱分析(MS)
质谱仪1质0谱分%析峰(MS谷) 分辨率
质谱分析(MS)
三、质谱图中主要离子峰的类型 1、分子离子峰 • 分子离子——试样分子受到高速电子轰击
（4）麦氏重排
条件：
a：C=X（X：O、N、S、C等）基团的键上有三个以 上的C原子；
b： C上有H原子。 质谱分析(MS)
后，失去一个电子所生成的游离基型正离 子（ M•+ ）。
M+e（高速）M•+（分子离子）+2e（低速）
• 分子离子峰——分子离子对应的离子峰。 其对应的质荷比（m/Z）为该化合物的相对 分子质量（分子量）。
质谱分析(MS)
分子离子峰的强度与结构的关系有如下规律： a 碳链越长，分子离子峰越弱； b 存在支链有利于分子离子裂解，故分子离子峰很 弱； c 饱和醇类及胺类化合物的分子离子弱； d 有共振系统的分子离子稳定，分子离子峰强； e 环状分子一般有较强的分子离子峰
• 30
CH2NH2
• 43
CH3CO
•
C3H7
• 29、43、57、71 等 C2H5、C3H7
质谱的图谱分析
精选可编辑ppt
3
离子流强度有两种不同的表示方法:
（1）绝对强度
是将所有离子峰的离子流强度相加作为 总离子流，用各离子峰的离子强度除以总 离子流，得出各离子流占总离子流的百分 数
（2）相对强度
以质谱峰中最强峰作为100％，称为基 峰（该离子的丰度最大、最稳定），然后 用各种峰的离子流强度除以基峰的离子流 强度，所得的百分数就是相对强度。
度的同位素。 亚稳峰 m*
离子在质谱仪的无场漂移区中分解而形成的峰。 母离子 在任一反应中发生分解的离子。 子离子 离子碎裂反应产生的离子。
精选可编辑ppt
8
基峰 谱图中表现为最高峰度离子的峰。
负离子
通过电子捕获及电离时形成离子对等机理产生的。含电负 性原子 F、Cl、O、N等的化合物产生负离子的产率较高。
谱图中有较多的碎片离子，能提供丰富的结构信息。 灵敏度高，能检测纳克级样品。 重复性好。相对于其他电离技术，EI的重复性最好。
EI法的缺点：
70eV的轰击电子能量较高，使某些化合物的分子离子检测 不到，造成分子量测定的困难。
EI法要求样品先气化然后才能电离，受热易分解，或者是 不能气化的物质都不适宜用电子轰击法电离。
精选可编辑ppt
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2．离子特征丢失与化合物的类型
质谱高质量端离子峰是由分子离子失去碎片形成的。从分 子离子失去的碎片，可以确定化合物中含有哪些取代基
M-1 -H 醛类（一些醚类和胺类）
M-15 -CH3 甲基取代
M-18 -H2O 醇类
M-28 -C2H4, CO, N2 失C2H4(McLafferty重排)，失CO （从酯环酮脱下）
若分子中含C9，则其余元素的原子量总和为13212×9=24。由N、O、H原子量推导出可能的分子 式1. C9H24 2.C9H10N 3. C9H8O
质谱数据分析2014
• Usually, only a fraction of the proteins synthesized can be detected in a proteomics experiment, whereas the expression of ALL genes can be monitored in a whole-genome
• 最后一个R的质量多加了18，这是因为我们写在下面的是残基的分子量。
肽和肽键
质量排列
• 把所有多肽的分子量排序。
质量纹
• 如此，质谱图上的质量就可以与多肽上的质量相匹配。
http://www.absoluteastronom /topics/Peptide_mass_fi ngerprinting
质量纹
• 这就是多肽质量纹（PMF）的最基础的思路。质量纹算法成立的基础，在于酶切的特异性以及多肽离子质 量的精确测定
• 问题？
PMF中的问题
• 第一个问题：质量相近的多肽怎么处理？
• 在现实的蛋白数据库中，多肽的数量是很庞大的。这里面难保不会有质量非常相近的多肽。这样，就造成 了质谱图上的一个峰可能匹配不止一个多肽，于是我们就难以知晓这张质谱图究竟代表哪个蛋白。
From Yogita Mantri & Arvind Gopu’s presentation in 2003
array experiment.
蛋白质组学研究的目标
• 蛋白质鉴定 • 蛋白质特性-如翻译后修饰 • 蛋白质定量-相对定量、绝对定量 • 样品间比较
• 定性-不同样品间含有的蛋白类型的差异 • 定量-不同样品间含有的蛋白浓度/含量的差异 • 翻译后修饰-不同样品间是否存在不同的翻译后修饰形式
质谱的数据处理及分析
质谱的数据处理及分析
质谱的数据处理及分析是一项繁琐而又艰苦的工作。
针对质谱数据，有许多数
据处理及分析方法可以被应用，比较常见的有以下几种：
一是基于最小更新的数据处理。
这是基于上一次更新所做的数据处理。
要求仅
更新发生变化的数据项，以节省空间。
二是采用正交正则化方法处理数据。
正交正则化是一种分析质谱数据的数学方法，定义在一个特定的常数变量上，能够把复杂的数据结构拆分成不同的切片，便于读者更加清楚的理解和分析数据。
三是基于最邻近算法（K-means）进行数据聚类并分析。
最邻近算法实际上就
是确定受调查对象之间关系，以及如何将这些项目中具有相似性质的对象划分为若干聚类组，这些聚类组能够有效地揭示关键信息。
四是利用统计学方法来确定质谱数据中突出成分之间的相关关系。
统计方法有
前排法（Principal Component Analysis）、主成分回归分析（Partial Least Squares），实质上是一种显示特殊的质谱谱图，以便我们能轻松对质谱数据中的
特征群进行识别，以便进行后续的分析。
在运用数据处理及分析的时候，除了这几种常用的处理方法，我们还可以利用
多维统计和回归分析等技术为质谱分析数据提供更准确的分析支持。
此外，由于质谱数据较复杂，可以借助计算机数学方法进行繁琐的数据处理工作，提高工作效率。
总之，质谱数据处理及分析是一项繁重而又精细的工作，其中涉及到多种处理
方法，每种方法都是为了更好地完成分析任务而采用不同的数据处理方法；这也体现了质谱数据处理及分析的多样性和复杂性。
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。
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Collects and store ions in order to perform MS-MS analyses on them.
Separates the mass analy in time (using a single mass analyzer)
蛋白质组学研究的目标
► 蛋白质鉴定 ► 蛋白质特性-如翻译后修饰 ► 蛋白质定量-相对定量、绝对定量 ► 样品间比较
定性-不同样品间含有的蛋白类型的差异 定量-不同样品间含有的蛋白浓度/含量的差异 翻译后修饰-不同样品间是否存在不同的翻译后修
饰形式 ► 蛋白质功能
把单个蛋白/多 肽从复杂样品中 分离出来非常困 难，在“组学” 实验中一般达不 到这个效果
► Key limitation of proteomics
Usually, only a fraction of the proteins synthesized can be detected in a proteomics experiment, whereas the expression of ALL genes can be monitored in a wholegenome array experiment.
To monitor the ions coming from the source, the trap continuoulsy repeats a cylcle of filling the trap with ions and scanning the ions according to their m/z values.
Ionization methods
► Electrospray mass spectrometry (ESI-MS) Liquid containing analyte is forced through a steel capillary at high voltage to electrostatically disperse analyte. Charge imparted from rapidly evaporating liquid.
蛋白质组学的数据分析
邵晨
复习
►蛋白质组的定义，蛋白质组学和基因组学的 区别？
►由一个基因组，或一个细胞、组织表达的所 有蛋白质。蛋白质组的概念与基因组的概念有 许多差别，它随着组织、甚至环境状态的不同 而改变。 在转录时，一个基因可以多种mRNA 形式剪接，一个蛋白质组不是一个基因组的直 接产物，蛋白质组中蛋白质的数目有时可以超 过基因组的数目。
► Matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) Analyte (protein) is mixed with large excess of matrix (small organic molecule) Irradiated with short pulse of laser light. Wavelength of laser is the same as absorbance max of matrix.
This allows selection of a particular ion, or scanning by varying the voltages.
Voltage
Filters out all m/z values except the ones it is set to pass
Obtains a mass spectrum by sweeping across the entire mass range
Ion Trap Mass Analyzer
Ions in
Trapped ions
Ions out
The trap consists of a top and a bottom electrode and a ring electrode around the middle.
Ions are ejected on the basis of their m/z values.
Only ions of a certain m/q will reach the detector for a given ratio of voltages: other ions have unstable trajectories and will collide with the rods.
► Key advantage of proteomics
Researchers work on the level of gene products and deal with genes that are really expressed to give a detectable PRODUCT and are not just "expressed“ which only says they produce a detectable mRNA but it is not clear whether there is a gene product or not.
MALDI m/z spectrum of a peptide mixture
The Quadrupole
source
The quadrupole consists of four parallel metal rods. Ions travel down the quadropole in between the rods.
► Key prerequisite of proteomics
A genome sequence for the investigated organism or at least a collection of many cDNA sequences is required.
From Yogita Mantri & Arvind Gopu’s presentation in 2003