代谢组学小常识
代谢组学课堂知识总结
代谢组学课堂知识总结吴江13级生科三班130903030028代谢组学概念1.代谢组学用高通量，高敏度，高精确度的现代分析仪器跟踪有机物。
代谢组学主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物（MW<1000）。
在食品安全领域，利用代谢组学工具发现农兽药等在动植物体内的相关生物标志物也是一个热点领域。
其样品主要是动植物的细胞和组织的提取液。
主要技术手段是核磁共振（NMR），质谱（MS），色谱（HPLC，GC）及色谱质谱联用技术。
通过检测一系列样品的NMR 谱图，再结合模式识别方法，可以判断出生物体的病理生理状态，并有可能找出与之相关的生物标志物（biomarker）。
2.代谢组学研究方法代谢组学的研究方法与蛋白质组学的方法类似，通常有两种方法。
一种方法称作代谢物指纹分析（metabolomic fingerprinting），采用液相色谱-质谱联用（LC-MS）的方法，比较不同血样中各自的代谢产物以确定其中所有的代谢产物。
从本质上来说，代谢指纹分析涉及比较不同个体中代谢产物的质谱峰，最终了解不同化合物的结构，建立一套完备的识别这些不同化合物特征的分析方法。
另一种方法是代谢轮廓分析（metabolomic profiling）,研究人员假定了一条特定的代谢途径，并对此进行更深入的研究。
3.HPLC:高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography \ HPLC）又称“高压液相色谱”、“高速液相色谱”、“高分离度液相色谱”、“近代柱色谱”等。
高效液相色谱是色谱法的一个重要分支，以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内各成分被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析。
4.GC: 在这类仪器中，由于质谱仪工作原理不同，又有气相色谱-四极质谱仪，气相色谱-飞行时间质谱仪，气相色谱-离子阱质谱仪等。
代谢组学技术
代谢组学技术代谢组学是一种新兴的研究领域，它将分子生物学、生物化学和生物信息学等多学科知识相结合，利用高通量技术对生物体内代谢产物的组成和变化进行研究。
代谢组学技术的应用范围非常广泛，包括药物研发、临床诊断、食品安全、环境监测等领域。
本文将从代谢组学技术的原理、方法、应用等方面进行介绍。
一、代谢组学技术的原理代谢组学技术的原理是通过对生物体内代谢产物的组成和变化进行分析，从而揭示生物体内代谢通路的变化和代谢物之间的相互作用。
代谢产物可以是小分子化合物、蛋白质、核酸等，其中以小分子化合物的研究应用最广泛。
代谢产物的组成和变化与生物体的生理状态密切相关，因此代谢组学技术可以用来研究生物体在不同生理状态下的代谢变化，例如疾病状态、药物作用、环境污染等。
代谢组学技术的研究对象主要包括代谢物组成分析、代谢物变化分析、代谢通路分析和代谢物作用机制分析等。
代谢物组成分析是指对生物体内代谢产物的种类和数量进行分析，例如利用质谱、核磁共振等技术对生物体内代谢产物进行定性和定量分析。
代谢物变化分析是指对生物体内代谢产物的变化进行分析，例如在不同生理状态下对代谢产物的变化进行比较分析。
代谢通路分析是指对生物体内代谢通路的结构和功能进行分析，例如通过代谢产物的组成和变化分析来揭示代谢通路的变化。
代谢物作用机制分析是指对代谢产物的作用机制进行分析，例如通过代谢产物的作用机制来研究药物的作用机制等。
二、代谢组学技术的方法代谢组学技术的方法包括样品处理、代谢产物分析和数据分析等步骤。
样品处理是代谢组学研究的关键步骤，它涉及到生物样品的采集、处理和保存等方面。
代谢产物分析是代谢组学研究的核心步骤，它涉及到代谢产物的分离、检测和定量等方面。
数据分析是代谢组学研究的重要步骤，它涉及到数据的预处理、质量控制和统计分析等方面。
下面将具体介绍代谢组学技术的方法。
1. 样品处理样品处理是代谢组学研究的关键步骤，它涉及到生物样品的采集、处理和保存等方面。
带你正确认识代谢组学
我们知道细胞内的生命活动由众多基因、蛋白质、以及小分子代谢产物来共同承担，而上游的（核酸、蛋白质等）大分子的功能性变化最终会体现于代谢层面，如神经递质的变化、激素调控、受体作用效应、细胞信号释放、能量传递和细胞间通讯等，所以代谢组处于基因调控网络和蛋白质作用网络的下游，所提供的是生物学的终端信息。
如同我们在长江的上游建大坝或对江水改道，这些项目的生态影响会在下游的河道和地域体现出来一样，我们经常说，基因组学和蛋白组学告诉你可能发生什么，而代谢组学则告诉你已经发生了什么。
什么是代谢组学？代谢组学是用来解决什么问题的？代谢组学（Metabonomics/Metabolomics）是20世纪90年代末期发展起来的一门新兴学科，是研究关于生物体被扰动后（如基因的改变或环境变化后）其代谢产物（内源性代谢物质）种类、数量及其变化规律的科学。
代谢组学着重研究的是生物整体、器官或组织的内源性代谢物质的代谢途径及其所受内在或者外在因素的影响及随时间变化的规律。
代谢组学通过揭示内在和外在因素影响下代谢整体的变化轨迹来反映某种病理生理过程中所发生的一系列生物事件。
代谢组学的研究对象与层次有哪些？一般来说，代谢组学关注的对象是分子量在1000以下的小分子化合物。
根据研究的对象和目的不同，科学家将生物体系的代谢产物分析分为4个层次：代谢物靶标分析：某一个或几个特定组分的定性和定量分析，如某一类结构、性质相关的化合物（氨基酸、有机酸、顺二醇类）或者某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标志性组分。
代谢物指纹分析：同时对多个代谢物进行分析，不分离鉴定具体单一组分。
代谢轮廓分析：限定条件下对生物体内特定组织内的代谢产物的快速定性和半定量分析。
代谢组分析：对生物体或体内某一特定组织所包含的所有代谢物的定量分析，并研究该代谢物组在外界干预或病理生理条件下的动态变化规律。
代谢组学可以检测的样品种类有哪些？代谢组学主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物（分子量<1000）。
代谢组学
缺点：
灵敏度较低，分辨率不高，检测动态范围有限， 难以检测到丰度较低的化合物，难以同时对同一样 品中含量相差很大的物质进行检测，对于能检测到 的但含量较低的化合物物信号较弱。
同一个代谢物可能会有多个信号，而有些信号 则是不同代谢物的信号叠加的结果，将NMR所给出的 为结构片段信息进行归属比较困难。
代谢组学的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
代谢物组学这一技术自提出后 , 发展迅速 , 目前已经在 植物学、毒理学、临床诊断、药物研发、营养科学等研究领 域都得到了广泛的应用。
代谢组学在自身免疫性疾病中的研究应用：
如 Giera 等应用毛细管液相色谱 - 串联四极杆质谱系 统, 分析了类风湿关节炎患者滑液 (SF) 中的近 70 种溶血性磷 脂酰胆碱和脂酰胆碱成分。进一步采用基于 LC-MS 的代谢靶 标分析方法定性和定量分析RA患者SF中的maresin 1,UpoxinA4和resolvinD5，鉴别出脂氧合酶途径相互作用的 主要物质5S，12S-diHETE可能是RA的生物标志物。
仪器价格及维护费用昂贵，难以普及。
基于色谱质谱联用技术的代谢组学研究
利用色谱的分离作用和质谱的鉴定作用，对代 谢物进行快速的定性分析和准确的定量。 色谱质谱联用技术兼具色谱的高分离度、高通 量和质谱的高灵敏度、特异性等优点，能够获得更 加丰富的代谢物信息，弥补了 NMR灵敏度低、信号 重叠及代谢物谱窄的不足，逐渐成为代谢组学研究 中的常用手段。
尿液为研究对象有其独特优势: 首先，尿样采集没有侵入性，使用代谢笼装置 即可实现连续采样，而且可实现自身对照，进而最 大限度地降低了个体差异对研究结果的影响； 其次，尿液经过肾小球的过滤,可以使氨基酸、 小分子有机酸等成分得到浓缩，方便检测；
结构化学 代谢组学
结构化学代谢组学代谢组学是以化学组分为研究对象，通过高通量测量分析和统计学方法，研究生物体内所有小分子代谢物的组成及其变化规律，以探寻生物体内代谢过程的规律和机制。
结构化学则是研究化合物的化学结构以及与其性质、反应及代谢等之间的关系。
一、代谢组学与结构化学的联系代谢组学和结构化学在研究化学物质在生物体内的变化过程和作用机制时有着密切的联系。
代谢组学依赖于高通量技术，通过测定大量代谢产物的含量及其变化，发现与生物体健康状态、疾病发生等之间的关联。
而结构化学则通过对化合物的结构进行研究，探索其与生物体内发生的化学反应之间的关系，从而阐明其对生物体代谢的影响。
二、代谢组学在药物研发中的应用代谢组学在药物研发中发挥着重要的作用。
通过代谢组学分析，可以了解药物在体内的代谢途径、代谢物的生成及排泄情况，为药物的安全性评价和剂量制定提供依据。
同时，代谢组学还可以通过比较药物对代谢物的影响，筛选出具有治疗潜力的药物靶点，加速新药的研发进程。
三、结构化学在药物研发中的应用结构化学在药物研发中的应用主要体现在药物设计和优化中。
通过对分子结构进行合理设计和优化，可以提高药物的选择性和亲和力，降低不良反应的发生概率。
结构化学还可以通过对药物分子与靶点的相互作用进行研究，预测药物的活性和亲和力，为药物的发现和开发提供指导。
四、代谢组学结合结构化学在药物研发中的应用代谢组学和结构化学的结合在药物研发中具有广阔的应用前景。
通过综合分析代谢组学和结构化学的数据，可以建立代谢关联网络，揭示代谢物之间的相互关系以及与生物体的相互作用。
这种综合分析可以更加全面地了解药物与生物体之间的相互作用机制，为药物研发和优化提供更为精准的指导。
五、未来发展方向随着科技的进步和研究方法的不断创新，代谢组学和结构化学在药物研发中的应用将得到进一步的拓展。
借助人工智能和机器学习等技术手段，可以更加高效地分析和挖掘大规模代谢组学和结构化学的数据，加速新药的研发进程。
科普一文读懂代谢组学
科普一文读懂代谢组学代谢组学的研究范畴聚焦于代谢产物所经历的化学过程。
采用高精尖的分析仪器，对细胞内的代谢物进行定性和定量分析。
与基因组学、转录组学、蛋白质组学一样，代谢组学也是以“组学”为后缀的新兴的研究领域，并且有助于对有机体的生物学过程及其与环境的相互作用的理解和应用。
1、代谢物、代谢组和代谢组学代谢物是一类小分子化合物，常参与到细胞信号转导等过程。
代谢物种类和含量会受到机体基因组成、环境条件改变的影响。
他们是细胞代谢活动的终产物。
代谢组是指细胞、组织或机体中全部代谢化合物的总称。
由于代谢产物对细胞周期和功能的重要性，代谢组学的研究可以深入了解生物体的生理状态，包括其遗传图谱和当前的环境影响。
2、代谢组学涉及的检测技术目前，多种分析技术可对不同有机体、组织或体液中的代谢物进行定性定量分析，如：•质谱•电子电离•两性压力化学电离（APCI）•电喷雾电离（ESI）•高效液相色谱（HPLC）•毛细管电泳•气相色谱•核磁共振(NMR)联用以上的技术，可同时定性、定量分析多种代谢物。
当然，这些技术也有需要改进的地方。
由于代谢物的化学结构和数量的巨大差异，定性定量分析均存在挑战。
因此，现阶段对于代谢组的整体分析，采用单一设备是很难完成的。
目前，通常使用联用法来提取和分析代谢组数据。
3、代谢组学数据的分析代谢组学的数据分析主要涉及多种统计模型的构建和多变量数据分析，包括：•聚类分析•代谢通路分析•比较性覆盖分析•热图然而，现阶段，代谢组学数据的提取和解释仍存在难点。
由于高通量技术产生了海量数据，研究者往往会被大量的信息所困扰，并且很难得到有意义的结论。
好消息是，目前的观念已发生了转变，并且也有了能够从海量数据中挖掘有用信息的改进方法。
4、代谢组学的过去、现在和将来1998年，代谢组的概念首次提出，代谢组学是新的研究领域。
然而，近数十年，代谢组学发展迅速，现已作为一种研究功能基因组的有力方法，进一步加深我们对分子生物的理解。
您需要了解的有关代谢组学研究的所有信息
您需要了解的有关代谢组学研究的所有信息代谢组学研究复杂多样，代谢组学分析获得的数据量也相当惊人。
对于初学者来说，找出代谢组学研究的线索并不容易。
本概述将为代谢组学研究人员介绍一些常见过程。
一般来说，代谢组学分析过程包括两个步骤。
首先对代谢成分进行预处理，预处理方法由测量分析方法确定。
如果使用质谱法，则需要提前分离和电离代谢成分。
然后，对预处理的组分进行定性和定量分析。
在预处理过程中，常用的分离方法有气相色谱（GC）和高效液相色谱（HPLC）。
GC具有较高的分辨率，但需要对代谢组分进行气化，并且对组分的分子量有一定的限制。
HPLC也广泛用于代谢组学分析。
由于它在液相中分离代谢成分，因此无需气化这些成分。
它还具有更宽的测量范围，并且比GC更灵敏。
除了GC和HPLC，毛细管电泳也可以分离代谢成分。
虽然其应用较少，但理论上其分离效率高于HPLC。
在预处理过程中，通常会添加内标，以方便后续对样品质量进行监测和比较。
由于不同的实验批次和样品序列对后续测量有一定的影响，因此还增加了空白对照和混合样品对照进行质量控制。
不同代谢成分定性和定量分析的方法包括质谱（MS）和核磁共振成像（NMR）。
其中，质谱具有灵敏度高、特异性强的优点，广泛用于检测代谢成分，可用于表征和定量分离和电离后的代谢成分。
电离方法包括大气压化学电离（APCI）、电子电离（EI）和电喷雾电离（ESI），根据不同的分离方法进行选择。
例如，电喷雾电离通常用于通过液相色谱分离的组分。
然而，由于质谱不能直接检测生物溶液或组织，因此其应用受到了限制。
为了提高原有质谱的灵敏度，简化样品制备和降低背景效应，开发了一些新的质谱相关技术。
这些技术包括二次离子质谱（SIMS）和纳米结构启动质谱（NIMS），两者都是解吸/电离方法，不依赖于基质。
SIMS使用高能离子束解吸样品接触面，具有空间分辨率高的优点。
它是一种与质谱串联进行器官/组织对比的强大技术。
而NIMS可用于检测小分子。
代谢组学小常识
代谢组学小常识Prepared on 21 November 2021代谢组学小常识概念：代谢组：指一个细胞、组织或器官中所有代谢物的集合, 包含一系列不同类型的小分子（通常分子量<1000）, 比如肽、碳水化合物、脂类、核酸等。
代谢组学：通过考察生物体系（细胞、组织或生物体）受刺激或扰动后，其代谢产物的变化或其随时间的变化，来研究生物体系的一门科学。
实验流程：（以液质联用为基础的代谢组学为例）样本前处理：在保证小分子代谢物完整的前提下，处理的步骤越简单越好，以保证操作容易重复，也为大批量样本的处理节约时间。
数据采集：依据实验目的有所不同。
o非目标代谢组学：选用高分辨质谱仪（TOF，Orbitrap等），有助于检测到尽可能多的化合物，另外高分辨的质核比数据也有助于数据库检索以及化合物的鉴定。
o目标代谢组学：通常使用三重四极其杆质谱，提高检测的灵敏度以及定量的准确性。
数据预处理：峰提取，排列，归一化。
o多数质谱商家都提供了配套的预处理软件，例如安捷伦公司的MassHunter，热电的Sieve，沃特世的MarkerLynx以及Progenisis QI。
o同时也有一些基于网络的可以免费获取的软件。
建议使用配套的软件，因为不需要额外的数据转换，不需要上传数据，节省时间。
数据分析：多元统计分析包括主成份分析（PCA）,偏最小二乘判别分析（PLS-DA），正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA），聚类分析（HCA）等。
各个厂商也提供了相应的统计分析软件，比如安捷伦的MPP，热电的Sieve，沃特世的Ezinfor。
目前常用的第三方软件是Simca-p，同时也有一些网络的开源软件可以使用。
化合物鉴定：数据库检索，标准品对比，二级质谱对比。
代谢组学文章中常见的统计图（一）主成分分析（PCA）PCA得分图（score plot），用来看样本天然的分组情况，在分析时不加任何分组信息。
图中每一个点代表一个样本，样本在空间中所处的位置由其中所含有的代谢物的差异决定。
代谢组学概念
代谢组学概念代谢组学概念一、引言代谢组学是一门新兴的交叉学科，它结合了代谢物分析和系统生物学的原则，致力于研究生物体内代谢过程中产生的所有小分子代谢产物，从而揭示这些分子之间的相互作用和调节机制。
随着技术的不断发展，代谢组学在医学、农业、环境保护等领域中得到了广泛应用。
二、代谢组学的基本原理1. 代谢物分析代谢物分析是指对生物体内所有小分子化合物进行定量和定性检测，并通过比较不同样本之间的差异来揭示其相互作用和调节机制。
常用的技术包括质谱法、核磁共振法和色谱法等。
2. 系统生物学系统生物学是指将生命现象看作一个整体，并通过建立数学模型来描述其复杂性。
在代谢组学中，系统生物学可以用于预测代谢途径、鉴定关键酶以及优化治疗方案等方面。
三、代谢组学在医学领域中的应用1. 诊断疾病代谢组学可以通过检测血液、尿液等样本中的代谢产物，来诊断各种疾病。
例如，肝癌患者的尿液中会出现较高浓度的甲酸和乳酸，而胰腺癌患者的血液中则会出现较高浓度的L-赖氨酸。
2. 评估药效代谢组学可以帮助评估药物的有效性和安全性。
例如，在治疗乳腺癌时，代谢组学可以帮助选择最佳药物，并监测患者对药物的反应情况。
3. 预测预后代谢组学可以通过检测患者体内代谢产物的含量和比例，来预测其对治疗的反应以及生存期。
例如，在肺癌治疗中，代谢组学可以预测肿瘤复发率和患者生存期。
四、代谢组学在农业领域中的应用1. 品种鉴定通过分析不同品种作物体内代谢产物的差异，可以实现快速准确地进行品种鉴定。
2. 营养评估代谢组学可以帮助评估植物的营养状况，从而为农业生产提供科学依据。
例如，在玉米生产中，代谢组学可以帮助评估土壤中的氮磷钾含量，从而确定最佳的施肥方案。
3. 品质控制代谢组学可以通过检测作物体内代谢产物的含量和比例，来评估其品质。
例如，在葡萄酒生产中，代谢组学可以帮助判断葡萄的成熟度和酿造质量。
五、代谢组学在环境保护领域中的应用1. 污染监测通过分析环境样品中的有机污染物，可以实现对环境污染情况进行监测和评估。
代谢组学入门知识
代谢组学入门知识代谢组学入门知识代谢组学(Metabonomics or Metabolomics) 是继基因组学和蛋白质组学之后发展起来的新兴的组学技术，是系统生物学的重要组成部分，据统计，近些年来代谢组学的研究越来越活跃，美国国家健康研究所(NIH)将代谢组学的发展规划纳入了国家生物技术发展的路线图计划中，许多国家的科研单位也先后开展了代谢组学的研究工作。
然鹅，代谢组学毕竟兴起的时间短，老师们对其还不甚了解，小编就收到了许多老师的关于代谢组学方面的疑问，小编在这里将这些问题进行了整理，希望能对各位老师有所帮助。
话不多说，让我们进入正题吧！一、什么情况下选择代谢组学？首先代谢组学是通过考察生物体系在一特定生理时期内受到刺激或扰动前后所有小分子代谢物的组成及其含量变化，从而表征生物体系的整体代谢特征。
其研究对象是分子量1000Da以下的小分子物质，如糖、有机酸、脂质、维生素、氨基酸、芳香烃之类的化合物。
如果老师关注的是小分子物质，可以采用代谢组学的方法对样品内检测到的小分子物质进行定性和定量分析。
其次，研究代谢物的表达量变化，代谢物与生理病理变化的关系，能够帮助寻找新的生物标记物，发现新的代谢途径，以及更进一步深入了解目前已知的代谢途径，应用于疾病的早期诊断、药物靶点的发现、疾病的机理研究及疾病诊断等方面。
二、代谢组学我该选择什么平台？代谢组学的技术平台主要分为NMR、GC-MS、LC-MS。
1、NRM核磁共振技术，是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。
优点：（1）无损的多参数和动态监测技术；（2）样品需求量小，前处理比较简单，对于复杂的生物样本比较合适；（3）检测时间短，保证样品在检测时间内维持原有性质；（4）丰富的分子结构和动力学信息；（5）同时完成定性定量分析，数据后处理简单灵活；（6）检测物质没有偏向性。
缺点：（1）灵敏度低，500HZ的检测限理论为10uM；（2）检测动态范围有限，很难同时检测一个样品中含量相差很大的物质。
c13代谢组学
c13代谢组学【原创版】目录1.代谢组学简介2.代谢组学的应用领域3.代谢组学的研究方法和技术4.代谢组学的发展前景正文代谢组学是研究生物体内所有小分子代谢物的组成、变化和调控的科学。
它是系统生物学的一个重要分支，与基因组学、蛋白质组学等一起构成了生物组学领域的重要组成部分。
代谢组学为我们提供了研究生物体代谢状态的重要手段，有助于我们深入理解生命过程中的基因与代谢物之间的相互作用。
代谢组学的应用领域广泛，涉及生物医学、药物研发、农业、环境等多个方面。
在生物医学领域，代谢组学可以用于疾病诊断、疗效监测和疾病机制研究。
在药物研发领域，代谢组学有助于发现新的药物靶点，优化药物结构和提高药物安全性。
在农业领域，代谢组学可以用于研究植物抗逆性和养分利用效率。
在环境领域，代谢组学有助于监测和水平评估环境污染。
代谢组学的研究方法和技术主要包括样品处理、数据采集和数据分析三个环节。
样品处理环节包括样品的提取、净化和浓缩等步骤，目的是获得准确的代谢物信息。
数据采集环节采用质谱或核磁共振等技术，对代谢物进行定性和定量分析。
数据分析环节主要通过生物信息学方法对代谢物数据进行处理和解析，以揭示代谢物的生物学意义。
随着技术的不断发展和研究的深入，代谢组学在未来有着广阔的发展前景。
首先，代谢组学将与基因组学、蛋白质组学等其他组学领域更加紧密地结合，形成一个完整的生物系统研究体系。
其次，代谢组学将在精准医疗、新药研发等领域发挥更大的作用，为人类健康事业做出更大贡献。
最后，代谢组学在农业、环境等领域的应用将得到加强，有助于解决我国资源和环境问题。
总之，代谢组学作为生物科学领域的一个重要分支，具有广泛的应用前景和发展潜力。
代谢组学专业知识讲解
spectroscopy of biofluids
1989
Haselden, et al.: First independent Pharma publication of Metabonomics
Holmes and Antti Explanation of statistics in Metabonomics
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代谢组学利用高通量、高敏捷度与高精确度旳当代 分析技术，动态跟踪细胞、有机体分泌出来旳体液中旳 代谢物旳整体构成，借助多变量统计措施，来辩识和解 析被研究对象旳生理、病理状态及其与环境因子、基因 构成等旳关系。
“代谢组学”是一种整体性旳研究策略，其研究策 略有点类似于经过分析发动机旳尾气成份，来研究发动 机旳运营规律和故障诊疗等旳“反向工程学”旳技术思 绪。因为代谢组学着眼于把研究对象作为一种整体来观 察和分析，也被称为“整体旳系统生物学”。
代谢组学专业知识讲 解
“基因组学反应了什么是能够发生旳，转录 组学反应旳是将要发生旳，蛋白质组学指出了 赖以发生旳，只有代谢组学才真正反应业已发 生旳。”
——许国旺
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第一章 代谢组学旳简介 第二章 代谢组学旳研究措施 第四章 代谢组学旳应用 第五章 代谢组学旳发展前景
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组课时代4种最主要旳组学
从而使检测更轻易 2. 代谢组学旳研究不需要建立全基因测序及大量序列标
签（EST）旳数据库 3. 代谢物旳研究种类远不大于蛋白质旳数目 4. 研究中采用旳技术更通用
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The Need for Metabonomic Information
♦ Genomics and Proteomics are not sufficient to describe reasons for toxicity or disease state 基因组学和蛋白组学对于毒性或疾病状态旳描述是不足旳
代谢组学介绍
代谢组学介绍代谢组学是一门研究生物体内代谢物的综合分析学科，通过对代谢产物的定性和定量分析，旨在揭示生物体内代谢网络的变化，并探索代谢与疾病之间的关联。
代谢组学的研究方法主要包括质谱和核磁共振等技术，以及生物信息学和统计学等分析方法。
通过代谢组学分析，可以获得关于生物体内代谢物的全面信息。
代谢物是生物体内代谢过程的产物，包括小分子有机物、无机物和生物大分子。
这些代谢物可以反映生物体内的代谢状态、疾病发展过程以及环境因素对生物体的影响。
通过对代谢物的定性和定量分析，可以获得丰富的信息，例如代谢物的种类、含量、相互关系等。
代谢组学在疾病的早期诊断和治疗方面具有重要的应用价值。
由于许多疾病会导致代谢的异常变化，通过对代谢物的分析，可以发现这些异常变化并与疾病进行关联。
例如，某些代谢物的浓度增加或减少可能与某种疾病的发生和发展有关。
通过对这些代谢物的分析，可以为疾病的早期诊断提供参考依据，并为制定个体化的治疗方案提供指导。
代谢组学还可以用于药物研发和药效评价。
药物的作用机制通常与代谢有关，通过对药物与代谢物的相互作用进行分析，可以揭示药物在生物体内的代谢途径、代谢产物的形成过程以及代谢物与药物的关系。
这些信息对于药物研发和药效评价具有重要的指导意义。
代谢组学还可以应用于食品安全和环境监测等领域。
食品中的代谢物可以反映食品的质量和安全性，通过对食品中代谢物的分析，可以检测食品中的有害物质和添加剂，保障食品的安全性。
环境中的代谢物可以反映环境的质量和污染程度，通过对环境中代谢物的分析，可以监测环境中的污染物和毒性物质，保护环境的健康和可持续发展。
代谢组学是一门研究生物体内代谢物的分析学科，通过对代谢物的定性和定量分析，揭示生物体内代谢网络的变化，并探索代谢与疾病、药物、食品以及环境之间的关联。
代谢组学在疾病的早期诊断和治疗、药物研发和药效评价、食品安全和环境监测等领域具有重要的应用价值。
随着技术的不断发展和应用的推广，代谢组学将为人类健康和生物科学的发展做出更大的贡献。
c13代谢组学
c13代谢组学（原创实用版）目录1.代谢组学简介2.代谢组学的应用3.代谢组学的发展前景正文1.代谢组学简介代谢组学是研究生物体内所有小分子代谢物的组成、变化和调控的一种系统生物学方法。
它主要关注低分子量化合物的代谢途径、变化规律以及与生物体健康、疾病相关的代谢物。
代谢组学作为基因组学、转录组学和蛋白质组学等研究领域的有力补充，为我们深入了解生物体的代谢状态和代谢机制提供了重要手段。
2.代谢组学的应用代谢组学在多个领域具有广泛的应用价值，包括：(1) 生物医学研究：代谢组学有助于研究生物体内的代谢途径、代谢物的生物学功能以及代谢异常与疾病的关系。
(2) 药物研发：代谢组学可用于药物筛选、药效评估、药物代谢动力学研究以及药物安全性评价等方面。
(3) 营养与健康：代谢组学有助于了解个体的营养状况、代谢状态，为个性化营养干预、疾病预防和治疗提供依据。
(4) 农业与环境：代谢组学可应用于植物抗逆性研究、植物生长发育调控、土壤污染监测等方面。
3.代谢组学的发展前景随着技术的不断发展和创新，代谢组学在许多领域取得了显著的研究成果。
未来代谢组学的发展趋势主要体现在以下几个方面：(1) 技术的不断完善和创新：例如质谱技术的发展使得代谢组学分析更加快速、准确和高通量。
(2) 数据处理与分析方法的优化：通过发展更先进的数据挖掘和机器学习方法，提高代谢组学数据的解析能力。
(3) 多组学整合研究：实现代谢组学与其他组学数据相结合，以期更全面地揭示生物体的代谢机制。
(4) 临床应用的推广：代谢组学在疾病诊断、治疗和预后评估等方面的应用将得到更广泛的推广。
总之，代谢组学作为一种系统生物学方法，具有广泛的研究价值和应用前景。
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代谢组学入门十问！
代谢组学入门十问！问：代谢组能够检测到的代谢物含量最低是多少？答：不同检测平台的灵敏度不一样，LC-MS灵敏度最高，可达到fM级。
另外，相同含量的不同物质，由于自身化学性质不同，质谱的离子化效率、信号响应强度会差异很大。
物质的检测灵敏度跟自身的化学性质有关，化学性质的影响主要表现在离子化效率和质谱碎裂行为两方面。
因此，相同含量的不同物质，可能一个能检测出来，另一个检测不出来。
问：质谱时如何选择正离子模式还是负离子模式？答：选择正负离子模式主要是根据化合物的性质，也就是看结构；而流动相环境影响分析的灵敏度。
有的物质容易带正电荷，有的物质容易带负电荷。
比如碱性化合物易带正电荷，加合质子或其他正电荷离子；酸性化合物易带负电荷，失去质子或加合其他负电荷离子。
比如含羧基、磺酸基的物质，一般肯定可以使用负离子模式，因为在一般情况下可以电离为R-COO-和R-SO3-；在酸性的流动相中，如pH3以下，羧酸根可能就不好电离成负离子了，这时负离子监测的灵敏度下降，而磺酸根酸性较大，仍然可以电离。
目前一般是正离子模式应用更多，一方面由于色谱柱的性质流动相一般偏向酸性（pH2-8）；另一方面，普遍采用的ESI离子源是一种超软电离的离子源，在酸性条件下大部分极性较大的化合物都可以加和氢离子，形成正电离子，如没有氮的黄酮类、脂类、糖类等。
而且负离子模式相应一般比正离子模式小一个数量级。
因此，在实际操作时需要根据实际情况条件来选择，也可以两种模式都适用。
问：基峰图（BPC）和总离子流图（TIC）有什么区别？答：基峰是在质谱图中，指定质荷比范围内强度最大的离子峰。
基峰图（Base Peak Chromatogram，BPC）：是将每个时间点质谱图中最强的离子的强度连续描绘得到的图谱。
总离子流图（TIC）：在选定的质量范围内，所有离子强度的总和对时间或扫描次数所作的图。
TIC和BPC都是对于样品整体信息的反映，一般情况下BPC图比TIC图要漂亮，所以文章里面很多时候会用到BPC图。
植物代谢组学揭示植物代谢的组学研究
植物代谢组学揭示植物代谢的组学研究植物代谢组学是一门研究植物代谢的学科，它利用高通量技术和数据分析方法来分析和解释植物体内的代谢谱。
通过对大量代谢产物的检测和定量，可以得到植物在不同生长条件下的代谢状态，并揭示代谢调控网络的运作机理。
本文将介绍植物代谢组学的基本原理和应用，以及其在植物科学研究中的重要性。
一、植物代谢组学的基本原理植物代谢组学主要基于质谱分析和核磁共振技术，通过检测代谢物的质量和相对丰度，分析植物体内的代谢谱。
具体而言，植物组织经过样品制备和代谢产物提取后，再经过色谱技术进行分离，最后通过质谱或核磁共振技术进行检测和定量。
通过比对样品之间的代谢谱差异，可以了解植物在不同环境下的代谢调控差异，从而揭示代谢调控的机制。
二、植物代谢组学的应用领域1. 植物生理研究：植物代谢组学可以揭示植物在不同生长条件下的代谢途径和代谢产物的变化规律。
例如，通过对叶绿体中核酮糖磷酸糖异构酶基因的研究，可以了解该基因在植物中的代谢作用及其对植物生长发育的影响。
2. 植物逆境应答研究：植物在遭受逆境胁迫时会调整代谢产物的合成和累积，以适应环境变化。
植物代谢组学可以揭示植物在逆境胁迫下的代谢调控机制。
例如，通过对盐胁迫下水稻根系代谢谱的研究，可以发现与盐胁迫响应相关的代谢途径和代谢产物，为培育耐盐水稻提供理论基础。
3. 植物品质改良研究：植物代谢组学可以揭示植物品质形成的代谢调控机制，为植物品种的改良提供理论依据。
例如，通过对果实代谢谱的研究，可以了解与果实味道、颜色和抗氧化性能相关的代谢途径和代谢产物，为品质改良提供参考。
三、植物代谢组学的重要性植物代谢组学为植物科学研究提供了一种全新的方法和手段。
通过揭示植物代谢的动态变化和调控机制，可以更好地理解植物的生长发育和逆境应答过程。
植物代谢组学还能够为植物品质的改良和新品种的培育提供科学依据，具有重要的理论和实际价值。
总结起来，植物代谢组学是一门重要的植物科学研究工具，它借助高通量分析技术和数据分析方法，可以揭示植物在不同生长条件下的代谢状态和调控机制。
代谢组学原理
代谢组学原理代谢组学是一种新兴的生物学领域，通过利用现代分析技术对生物体内代谢产物进行系统研究，探索代谢与疾病之间的关系，从而为疾病的治疗和预防提供新的思路。
代谢组学包括代谢物组分析、代谢物标记化学、代谢物功能鉴定和代谢物组分与疾病之间的关联分析等方面。
本文将介绍代谢组学的基本原理及其在生物学研究中的应用。
1. 代谢物组分分析：代谢物组分分析是代谢组学的核心技术之一，其目的是对生物样本中的代谢产物进行检测和定量分析。
在代谢物组分分析中，通常采用高效液相色谱-质谱联用（LC-MS）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）和核磁共振（NMR）等方法，对生物样本中的蛋白质、核酸、脂类、糖类等代谢产物进行检测和鉴定。
2. 代谢物标记化学：代谢物标记化学是将特定的同位素或其它标记分子标记到目标代谢物中，通过检测标记产物来揭示代谢物的合成路径和代谢途径。
代谢物标记化学通常采用稳定同位素（13C，15N，18O等）或放射性同位素（3H，14C）等标记物对代谢物进行标记，然后利用质谱、放射性检测等技术进行检测。
3. 代谢物功能鉴定：代谢物功能鉴定是通过对代谢物的生物化学和生物学特性进行分析来揭示代谢物的作用和生理功能。
代谢物功能鉴定技术主要包括代谢物分离、纯化和结构鉴定、代谢物作用机理研究等方面。
二、代谢组学在生物学研究中的应用1. 疾病的诊断和治疗代谢组学技术可以揭示代谢物组分与疾病之间的关联，从而为疾病的早期诊断和治疗提供新的思路。
利用代谢物组分分析技术可以鉴定出肿瘤细胞中的一些代谢物组分与正常细胞有明显不同，这些代谢物可以作为肿瘤的诊断标志物。
2. 药物研发代谢组学技术可以应用于药物研发过程中的药效评估、药物代谢和毒性评估等方面。
药物的代谢产物可以通过代谢物组分分析技术得到，进而了解药物的代谢途径和药效。
3. 农业生物技术代谢组学技术可以应用于农业生物技术领域，例如提高作物抗逆性等方面。
通过代谢物组分分析和代谢物功能鉴定技术等方法，可以揭示作物在各种环境和生理条件下的代谢变化规律，从而为作物抗逆性的提高提供新的思路。
代谢组学与代谢组分析
代谢组学与代谢组分析代谢组学是现代生物医学领域的一项重要研究技术，它主要关注生物体代谢产物的组成和变化。
通过对代谢产物的分析和解释，可以帮助我们了解生命活动的基本原理，以及诊断、治疗和预防疾病的方法。
代谢组学的发展为我们揭示了人体健康与疾病之间的关系，为精准医学的实现提供了重要的理论与实践基础。
一、代谢组学的基本原理代谢组学主要通过对生物体内代谢产物的分析来研究代谢过程及其与各种生物学事件之间的关系。
代谢组学的实践基础是核磁共振（NMR）、质谱（MS）和液相色谱-质谱（LC-MS）等技术。
通过这些技术，可以测量生物体内代谢产物的种类和数量，并通过对这些数据的分析来获取与代谢相关的信息。
代谢组学的目标是通过代谢物的变化来了解生物体的状态，如健康、疾病、药物反应等。
二、代谢组分析的应用领域代谢组学的应用领域非常广泛，几乎涵盖了所有生物医学领域。
以下是一些代谢组分析的常见应用领域：1. 疾病诊断与治疗代谢组学在疾病诊断与治疗中具有重要的应用价值。
通过对代谢产物的分析，可以获取与疾病相关的代谢指标，帮助医生进行早期诊断和治疗。
例如，代谢组学可以帮助发现肿瘤标志物，提高肿瘤的早期诊断率；同时，代谢组学还可以帮助选择个体化治疗方案，提高治疗的准确性和疗效。
2. 药物研发与安全性评估代谢组学在药物研发与安全性评估方面发挥着重要作用。
通过对药物代谢产物的分析，可以评估药物的药代动力学和药效学特性，提高药物的研发效率和成功率。
同时，代谢组学也可以用于药物的安全性评估，帮助鉴定潜在的毒副作用，减少药物的不良反应。
3. 营养与代谢疾病研究代谢组学在营养与代谢疾病研究中有重要的应用价值。
通过对代谢产物的分析，可以了解不同营养状况下人体的代谢变化，并深入研究代谢疾病的发生机制。
代谢组学还可以帮助推动个体化营养调整，提高对营养干预的效果。
4. 环境污染与毒理学研究代谢组学可以应用于环境污染与毒理学研究。
通过对生物体代谢产物的分析，可以了解化学物质对生物体的毒性影响，并评估环境污染对人体健康的威胁。
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代谢组学小常识概念：代谢组：指一个细胞、组织或器官中所有代谢物的集合, 包含一系列不同类型的小分子（通常分子量<1000）, 比如肽、碳水化合物、脂类、核酸等。
代谢组学：通过考察生物体系（细胞、组织或生物体）受刺激或扰动后，其代谢产物的变化或其随时间的变化，来研究生物体系的一门科学。
实验流程：（以液质联用为基础的代谢组学为例）样本前处理：在保证小分子代谢物完整的前提下，处理的步骤越简单越好，以保证操作容易重复，也为大批量样本的处理节约时间。
数据采集：依据实验目的有所不同。
o非目标代谢组学：选用高分辨质谱仪（TOF，Orbitrap等），有助于检测到尽可能多的化合物，另外高分辨的质核比数据也有助于数据库检索以及化合物的鉴定。
o目标代谢组学：通常使用三重四极其杆质谱，提高检测的灵敏度以及定量的准确性。
数据预处理：峰提取，排列，归一化。
o多数质谱商家都提供了配套的预处理软件，例如安捷伦公司的MassHunter，热电的Sieve，沃特世的MarkerLynx以及Progenisis QI。
o同时也有一些基于网络的可以免费获取的软件。
建议使用配套的软件，因为不需要额外的数据转换，不需要上传数据，节省时间。
数据分析：多元统计分析包括主成份分析（PCA）,偏最小二乘判别分析（PLS-DA），正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA），聚类分析（HCA）等。
各个厂商也提供了相应的统计分析软件，比如安捷伦的MPP，热电的Sieve，沃特世的Ezinfor。
目前常用的第三方软件是Simca-p，同时也有一些网络的开源软件可以使用。
化合物鉴定：数据库检索，标准品对比，二级质谱对比。
代谢组学文章中常见的统计图（一）主成分分析（PCA）PCA得分图（score plot），用来看样本天然的分组情况，在分析时不加任何分组信息。
图中每一个点代表一个样本，样本在空间中所处的位置由其中所含有的代谢物的差异决定。
PCA载荷图（loading plot），用来寻找差异变量。
同种的每一个点代表样本中还有的一个代谢物物，距离原点越远的代谢物被认为对样本的分类贡献越大。
偏最小二乘判别分析（PLS-DA）得分图和载荷图的解释同PCA。
区别在于，PLS-DA在分析时提前赋予每个样本分组信息，简单说，就是在分析时扩大组间差异，减少组内差异，多用来寻找标记物。
正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）在OPLS-DA分析中，寻找标记物通常使用S-plot。
如图中所示，得分图中，两组样本分布在y轴两侧，通过S-plot可以获得标记物在两组中相对含量的变化。
也就是说，处在S-plot右上角的化合物（距离原点越远，对分类贡献越大）在处在得分图y轴右侧的样本中含量较高，反之亦然。
代谢组学文章中常见的统计图（二）图中每一行代表一个化合物，每一列代表一个样本。
上边对样本进行聚类分析，左边对化合物进行聚类分析。
绿色代表该化合物在样本中含量较低，红色代表含量较高（也有用其他颜色表示的）。
通过此图，可以直观地看出化合物在样本间的变化趋势；同时也可以找出具有相同变化趋势的代谢物。
在对化合物进行鉴定之后或选择出生物标记物之后，可将化合物名称（或对应的HMDB或者KEGG编号）输入MetaboAnalyst软件（免费）进行此分析，来观察体内哪些代谢途径受到了影响。
在图中，p值越小（-logo(p)越大），pathway impact越大，证明该条代谢通路被严重扰动。
此分析可用来寻找化合物之间的内在联系（数值上的联系），如图中红色表示负相关，黄色表示正相关。
可用来筛选与某一类或者某一个自己感兴趣的化合物产生正相关或者负相关的代谢物。
用来评价算选出的标记物的诊断能力。
AUC曲线下面积越大，诊断能力越好。
非目标代谢组学（untargeted metabolomics）中常用的方法学考察的方法QC样本的制备：混合相同体积的所有待检测样本，然后按照与待测样本相同的前处理方法来处理QC样本，之后进样进行LC-MS分析。
样本检测时，通常在检测最开始运行几次QC样本，之后根据样本量的大小在每检测几个样本之后检测一次QC样本。
方法学考察：方法一：最早使用的一种方法，从QC样本的总离子流图中选择具有代表性的离子峰（覆盖不同的保留时间，不同的强度），在对QC样本进行重复检测之后，计算这些离子的保留时间以及峰面积的相对标准偏差（RSD），用以考察分析方法的稳定性以及重复性。
方法二：所有样品检测完之后，收集所有的QC样本的原始数据进行数据预处理，包括（峰提取，排列，归一化等），经过数据过滤（80%规则）之后，计算剩下的峰的峰面积的RSD值。
通常如果在一个样本中有超过70%的化合物的RSD值小于等于30%，则证明该方法有良好的稳定性以及重复性，所得到的数据可靠（也有不同的评价标准，比如要求LC-MS数据小于20%，GC-MS数据小于30%等）。
图中柱形图表示化合物在不同RSD范围内的百分比分布，折线图表示在不同RSD范围的累计百分比。
方法三：原始数据经过数据预处理之后，将所有样本（包括QC样本）进行PCA分析，在得分图中观察QC样本的聚集程度。
由于QC样本是等量混合了所有的被检测样本，理论上QC样本包含了所有样本中的代谢物，因此QC样本理论上会分布在原点周围。
图中QC样本紧密聚集，证明方法稳定，重复性良好。
方法四：采用混合标准品作为QC，该QC通常包含不同物理化学性质的体内和体外代谢物（使所选择的化合物具有代表性）。
检测结束后，计算这些化合物的保留时间以及峰面积的RSD用以对分离分析方法进行评价。
代谢组学研究中需要了解的质谱知识（一）主要介绍以液质联用为分析工具的代谢组学研究中的常见问题：1)在分析样本时，要选用什么质谱？2)质谱仪中通常按照质量分析器以及联用方式的不同对质谱进行分类，常见的包括包括：单四级杆，三重四级杆，飞行时间（TOF），Q-TOF，离子阱，线性离子阱（LTQ），静电场轨道阱（Orbitrap），LTQ-Orbitrap等。
这么多质谱，我们应该如何选择？在靶向代谢组学中，通常使用三重四级杆质谱。
因为靶向代谢组学是针对某一些特定的化合物进行定量检测，而LC-QqQ/MS 在MRM扫描模式下对化合物进行定量分析（如药代动力学研究）已非常普遍，所以使用此方法以达到更高的灵敏度，更准确的定量。
在非靶向代谢组学研究中，需要选择高分辨质谱进行数据采集，因为高分辨质谱可以帮助我们检测到尽可能多的化合物，提供所检测化合物的精确分子量，同位素分布等信息，有助于化合物的鉴定。
何为高分辨？首先了解以下分辨率，分辨率就是指质谱仪区分两个质量相近的离子的能力。
这个区分能力也有不同的定义，如10%峰谷分离，50%峰谷分离等。
理论知识就不多解释了，举个例子说明便知。
以H为例，低分辨质谱测得的H的分子量为1，而高分辨质谱测得的H分子量为1.007825（当然，能测到多精确，取决于分辨率有多高）。
有什么用呢？有用！以C2H4，CO，N2为例，这三者在低分辨质谱中测得的分子量均为28，也就是说低分辨的质谱没有办法根据分子量将三者分离；但是高分辨质谱测得三者的分子量分别为28.0313，27.9949，28.0061，可以将三者分开。
所以在非靶向代谢组学中，由于生物样本中化合物的组成非常复杂，所以要用高分辨的质谱仪对其进行检测，以达到尽可能多的检测到化合物的目的。
常用的高分辨质质量分析器：TOF和Or比trap，以及他们与其他质量分析器的联用形式如Q-TOF，Q-Orbitrap，LTQ-Orbitrap等。
注：可以简单的认为，分辨率越高，区分离子的能力越强，即能够区分离子在很细微的分子量上的差异。
但请不要将分辨率和质量精度混淆，两者不一样。
有一个简单的类比，低分辨质谱对比高分辨质谱就类似于普通天平对比十万分之一天平，精密天平可以区分物质质量的细微差异，但是天平称出的质量准确与否，取决于天平在使用之前是否校正。
代谢组学研究中需要了解的质谱知识（二）上一篇介绍了以下质谱的分辨率，高分辨率质谱有区分分子量细微差异的能力，但是测得的分子量准确与否，则要看质谱的质量精度了。
分辨率和质量精度不一样，高分辨质谱也会有质量偏差很大的情况，那今天就来谈一谈质量精度。
什么是质量精度？质量精度指的是质谱测得值和理论值之间的误差。
常以mDa或者ppm表示。
举个例子：C6H12O6理论精确分子量为180.0634，如果测得分子量为180.0631，则误差为180.0631-180.0634=-0.0003Da=-0.3mDa或者(180.0631-180.0634)/180.0634=1.67e-6即1.67ppm~~~~~~~~~~~~~~~~~~在液质联用中，化合物通常是以加合离子的形式出现，如[M+H]+，[M+Na]+等，以上只是举例说明。
那么，如何保持较高的质量精度呢？所有的高分辨质谱在使用之前都需要对质谱仪进行校正，这个校正其实就是校正质谱的质量轴。
就像我们使用十万分之一天平时用一个200克的砝码对天平进行校正一样，质谱的校正也是使用一系列已知分子量的物质（覆盖了从低到高的质量范围）对其进行校正。
可以接受的偏差通常为2ppm，校正的频率依实际情况而定，Q-TOF质谱大多数一周校正一次，Orbitrap质谱校正的频率稍少一些。
各大仪器厂商常用的校正液如下：此外，几乎所有的Q-TOF质谱除了在检测之前进行质量轴校正外，在质谱运行过程中还需要对质谱进行实时校正。
在非目标代谢组学中，代谢物的鉴定通常依赖精确分子量，同位素分布等信息，仪器的数据处理软件通常可以根据采集到的质谱图对其元素组成进行推测，方便化合物的鉴定，推测的前提就是质量精度要高，在进行推测时通常需要输入一个可以接受的误差范围（如±5ppm），所以在质谱使用之前一定要对其进行校正，或者一定保证质谱的质量轴是准确的。
在代谢组学文章投稿时，都需要列出已鉴定化合物的检测分子量的误差，这个通常需要自己计算，计算方法如上述例子。
这里介绍一个计算精确分子量的网站：/此外，高分辨质谱的数据处理软件如MassHunter，MassLynx，Xcalibur等，都有类似的功能。
但是记得读取正确的数值，Monoisotopic mass才是精确分子量。