代谢组学：基于质谱的研究方法-张富昌课件
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代谢组学的应用ppt课件
二、代谢组学的特点
A 放大基因和蛋白 表达的微小变化, 从而使检测更容 易 B 对机体损伤小，其 检测的体液主要是 尿液与血清代谢产 物具有通用性；
特点
C 无需特征化的数据 库，且代谢产物的 种类要远小于基因 和蛋白的数目
D
信息量大，代谢组 学能够提供整个机 体功能统一性的信 息;能够反映生理病 理状态。
（四）数据分析与表征
①主成分分析技术（PCA） ②偏最小二乘法-判别分析技术（PLS-DA）
一、代谢组学概况
(五)代谢通路分析
代谢组学通过代谢产物的量化表达来追踪机体 固有代谢通路的变化，以通过代谢通路的调节表 达规律来阐明机体生理病理变化的实质和规律。
(六)代谢组学涵盖以下几个层次：
①代谢物靶标分析； ②代谢产物谱分析； ③代谢指纹图谱分析； ④代谢组学分析； ⑤代谢表型分析；
三、代谢组学在中药领域的应用
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代谢组学与中药单味药和方剂的研究
目前，代谢组学在中药单味药研究中应用比较广泛，应用代谢组 学的方法可以推测发生改变的内源性代谢物和发生异常的代谢通路， 从而阐明药物的作用机制。 中药方剂通过多途径、多靶点的协同、将药效进行整合，从而在 一些 复杂疾病的治疗中体现出优于单成分、单靶点药物的疗效优势， 但其作用机制不明，这也是制约其发展的瓶颈。利用代谢组学的整 体综合信息来研究方药的作用机制具有优势。
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筛选中药种质资源
生物的个体特征除决定于先天遗传因素外，还受其存环境的诸多影 响，这些内外因素决定了生物个体的总体特征 ——代谢表型。应用代 谢组学技术研究中药种质资源代谢表型，将为中药资源的可持续发展 和利用提供科学根据和保障。
展望：
进入后基因组时代后，代谢组学作为一门新技术在 中医药方面的重要性越来越明显。同时代谢组学在方 法学上具有融整体、动态、综合、分析于一体的特点， 符合中药整体性原则。可以预见，代谢组学将成为中 药现代研究的一种重要的技术手段。
《代谢组学许国旺》课件
许国旺教授的学术贡献
许国旺教授的生平简介
出生地与出生日期
工作经历
许国旺教授出生于中国浙江省，具体 的出生日期为XXXX年XX月XX日。
许国旺教授在XXXX年开始其教学生 涯，先后在XXXX大学和XXXX大学任 教。
教育背景
许国旺教授在XXXX年毕业于XXXX大 学，获得学士学位。之后，他前往 XXXX留学，获得博士学位。
代谢组学在生物医学领域的应用
代谢组学在疾病诊断中的应用
代谢组学在疾病诊断中具有重要作用， 通过对生物体代谢产物的检测和分析， 可以发现异常代谢标志物，为疾病的早 期诊断提供依据。
代谢组学技术可以检测血液、尿液等生物样 本中的代谢产物，通过比对正常与异常代谢 产物的差异，有助于发现潜在的疾病风险和 早期预警指标。
体外研究方法包括代谢组学高通量筛 选、代谢组学生物信息学分析、代谢 组学单细胞分析等。这些方法可以帮 助研究者从更宏观的角度了解生物体 的代谢变化，从而为药物研发、疾病 诊断和治疗提供有力支持。
代谢组学的研究技术
代谢组学的研究技术主要包括色谱法、质谱法、核磁 共振波谱法、毛细管电泳法等。这些技术可以帮助研 究者分离和鉴定生物体内的代谢产物，从而了解生物 体的代谢机制和调控规律。
代谢组学的研究内容
01
代谢产物的检测与 分析
研究生物体在不同生理或病理状 态下代谢产物的种类、含量及其 变化规律。
02
代谢调控机制
探讨基因、酶、激素等对代谢过 程的调控作用，以及代谢产物之 间的相互作用。
03
生物标记物的发现 与应用
寻找与疾病发生、发展相关的代 谢标记物，为疾病的早期诊断、 治疗和预后评估提供依据。
代谢组学研究的伦理和社会问题
随着代谢组学的广泛应用，涉及的伦理和社会问题也逐渐凸显，需 要加强相关法规和伦理规范的建设。
许国旺教授的生平简介
出生地与出生日期
工作经历
许国旺教授出生于中国浙江省，具体 的出生日期为XXXX年XX月XX日。
许国旺教授在XXXX年开始其教学生 涯，先后在XXXX大学和XXXX大学任 教。
教育背景
许国旺教授在XXXX年毕业于XXXX大 学，获得学士学位。之后，他前往 XXXX留学，获得博士学位。
代谢组学在生物医学领域的应用
代谢组学在疾病诊断中的应用
代谢组学在疾病诊断中具有重要作用， 通过对生物体代谢产物的检测和分析， 可以发现异常代谢标志物，为疾病的早 期诊断提供依据。
代谢组学技术可以检测血液、尿液等生物样 本中的代谢产物，通过比对正常与异常代谢 产物的差异，有助于发现潜在的疾病风险和 早期预警指标。
体外研究方法包括代谢组学高通量筛 选、代谢组学生物信息学分析、代谢 组学单细胞分析等。这些方法可以帮 助研究者从更宏观的角度了解生物体 的代谢变化，从而为药物研发、疾病 诊断和治疗提供有力支持。
代谢组学的研究技术
代谢组学的研究技术主要包括色谱法、质谱法、核磁 共振波谱法、毛细管电泳法等。这些技术可以帮助研 究者分离和鉴定生物体内的代谢产物，从而了解生物 体的代谢机制和调控规律。
代谢组学的研究内容
01
代谢产物的检测与 分析
研究生物体在不同生理或病理状 态下代谢产物的种类、含量及其 变化规律。
02
代谢调控机制
探讨基因、酶、激素等对代谢过 程的调控作用，以及代谢产物之 间的相互作用。
03
生物标记物的发现 与应用
寻找与疾病发生、发展相关的代 谢标记物，为疾病的早期诊断、 治疗和预后评估提供依据。
代谢组学研究的伦理和社会问题
随着代谢组学的广泛应用，涉及的伦理和社会问题也逐渐凸显，需 要加强相关法规和伦理规范的建设。
十七章-质谱法PPT课件(2024版)
（一）分子离子（molecularion）
1．分子离子峰定义的表示方法 分子受电子流冲击后，失去一个电子形成的离
子即为分子离子,所产生的峰称为分子离子峰或母峰， 用M、M+、 表示 .
M + e → +2e
M -e M·+
①奇数个电子 ②谱图最右端 ③确定分子量
（一）分子离子（molecularion）
➢ 易获得有关化合物官能团的信息
➢ 谱图简单；
缺点：
+
➢ 重现性较差；
+
➢ 样品需要加热气化后进行 离子化，故不适合于难挥发、 热不稳定化合物的分析。
气体分子
试样分子
+ 准分子离子
电子
(M+1)+;(M+17) +;(M+29) +;
场致电离源（FI）
• 阳极和阴极之间，施加 高电压（10~20kv）时， 阳极的尖端附近产生强 电场，利用这个强电场 可将接近尖端的气态样 品分子中的电子拉走， 形成正离子。
1.分子离子峰定义的表示方法
失去电子的顺序：杂原子上n电子﹥π电子 ﹥ C-C键上的σ电子﹥ C-H键上的σ电子
杂原子＞C=C＞C-C＞C-H（难）
如：R-C=O-R‘失去n电子（9.8ev）；失去π电 子（10.6ev）；失去σ电子（11.5ev指C-Cσ电子）
•
表示一对电子失去了一个电子，形成具有
(三) 离子源
离子源也叫离子化室。
1.离子源的作用有两个方面： 将被分析的样品电离成离子； 把正离子引出，加速和聚焦。 2.对有机物最常用的电离方法有：
电子轰击源（EI） 化学电离源（CI） 场致电离源（FD） 快速原子轰击离子源（FAB） 光电离源（PI）等
基于质谱的代谢组学研究方法
基于质谱的代谢组学研究方法在当今生命科学领域，代谢组学作为一门新兴学科正迅速发展，它旨在研究生物体内代谢物的整体变化，为理解生命活动的机制、疾病的发生发展以及药物的作用机制等提供重要的线索。
质谱技术因其高灵敏度、高分辨率和高通量等特点，已成为代谢组学研究中不可或缺的重要工具。
质谱技术的基本原理是将样品中的分子转化为带电离子，然后根据离子的质荷比（m/z）进行分离和检测。
在代谢组学研究中，常用的质谱类型包括气相色谱质谱联用（GCMS）、液相色谱质谱联用（LCMS）和毛细管电泳质谱联用（CEMS）等。
GCMS 常用于分析挥发性和半挥发性代谢物。
其优势在于分离效率高、重现性好，并且有丰富的质谱图库可供比对，能够对代谢物进行准确的鉴定。
然而，GCMS 也存在一定的局限性，例如需要对样品进行衍生化处理，这可能会引入误差，并且一些不易挥发的代谢物无法直接检测。
LCMS 则是代谢组学研究中应用最为广泛的技术之一。
根据色谱分离原理的不同，又可分为反相液相色谱质谱（RPLCMS）、正相液相色谱质谱（NPLCMS）和亲水相互作用液相色谱质谱（HILICMS）等。
RPLCMS 适用于分析中等极性到非极性的代谢物，而 NPLCMS 和HILICMS 则更适合分析极性代谢物。
LCMS 具有较高的灵敏度和较宽的动态范围，能够检测到低丰度的代谢物，但其色谱分离条件的优化相对复杂，且质谱数据的解析也具有一定的挑战性。
CEMS 结合了毛细管电泳的高效分离能力和质谱的高灵敏度检测优势，特别适用于分析离子型和极性代谢物。
与 GCMS 和 LCMS 相比，CEMS 的样品消耗量少，但由于其进样量有限，检测的灵敏度相对较低。
在基于质谱的代谢组学研究中，样品的制备是至关重要的环节。
样品的来源可以包括生物体液（如血液、尿液、脑脊液等）、组织、细胞等。
对于不同的样品类型，需要采用合适的预处理方法，以去除杂质、富集代谢物并保证代谢物的结构和性质不受影响。
第六章 代谢组学和代谢通量组学概论
第六章代谢组学和
代谢通量组学概论
代谢组学的含义及其科学意义
代谢组学发展史
代谢组学关键概念和解析层次
代谢组学研究的策略和方法
代谢组学实验数据的处理及整合
代谢组学的应用
我国在代谢组学研究中的挑战和发展机遇
近年来代谢组学领域研究发展迅猛,并开始成为全球性关注的新热点。
系统论观点的代谢组学新领域研究已引起国际企业界和科学界的高度重视。
2001-2003年包括辉瑞(Pfizer)等六大药厂联合英国帝国理工学院专门组织了组学的方法来评价药物毒性，取得了令人鼓舞的成果。
也在2003年发布通向生命科学未来的中长期发展规划“路线图”中专门设立了代谢组学专题。
代谢组学的一些关键概念
同位素（如13C）示踪结合质谱分析在发酵上的应用。
代谢组学：基于质谱的研究方法PPT课件
2021
25
三、发现代谢组学
4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 解释 方面：
安捷伦Mass Prof iler 专业软件的通路分析功能，可以利用 已知的或独特的、用户基于已有数据设定的通路进行解释，大 大简化了这一过程
2021
26
三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
3、代谢组学的挑战
1、典型的代谢组学实验需大量样品才能得到精确统计的结果
2、代谢组学研究通常需要多种技术；某种类型的样品往往比其 他样品更适合采用某种特定的分析技术
3、需要高度灵敏和精确的仪器
4、强大的软件工具对处理实验所产生的大量数据非常重要 处理GC/MS 和LC/MS 数据的色谱解卷积程序、寻找有意义
2021
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三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 解释 方面：
安捷伦Mass Prof iler 专业软件的通路分析功能，可以利用已 知的或独特的、用户基于已有数据设定的通路进行解释，大大 简化了生物通路过程
2021
30
2021
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三、发现代谢组学
2、代谢谱分析，寻找有统计学意义的代谢物
分析重现性对表达谱分析至关重要------分析变异越小， 所需的重复数就越少
代谢谱分析是经过复杂的特征提取，对已知代谢物进行 靶向代谢谱分析，以寻找意外的代谢物------代谢物以其分子 特征为标志表示，包括保留时间、质量或质谱图及丰度
2021
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二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
EI源的缺点 EI 电离经常会导致分子离子的丢失------找不到匹配
的EI谱------缺少的分子离子的质量信息将使可能的化合物的数 量变得非常庞大
代谢组学的研究进展课件PPT
查找导致代谢不同的原因√
➢ 基因表达差异
➢ 差异基因中，有与挥发物合成相关的
找到相关的基因
潜在的运用
2021/3/10
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2.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因
对比
功能 FC ：1834克隆 比较表达丰 注释 GG：1039克隆 度高的基因
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1. 代谢组学：产生和发展
植物代谢组学相关论文近年来的发表情况：
2021/3/10
注：以 plant AND metabolomics OR metabolome OR metabolite profiling OR metabolite profile为主题收索ISI得到的文献记录情况。
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1. 代谢组学：应用
疾病诊断和发病机制研究 药物毒理学、新药筛选、药物安全评价 中药研究及中医结合 植物和农业研究 微生物与发酵研究 食品健康、食品安全和保健品研究 新能源发掘
2021/3/10
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1.代谢组学：种子萌发过程中的代谢
吸胀
萌动
2021/3/1科0 学问题：膜脂变化？质体/叶绿体的生成？ 10
比较: FC vs GG & FC1 vs FC4
2021/3/10 黄玫瑰有香气，从第四阶段开始。
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2.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因
问题的提出（生理） 代谢上的差异√
➢ 与香气有关的化合物的差异
查找导致代谢不同的原因 找到相关的基因 潜在的运用
2021/3/10
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2.经典案例解析：与玫瑰花香气有关的基因
1.代谢组学简介：分析方法
数据分析：海量数据，生物信息学方法
2021/3/10
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1.代谢组学简介：研究策略
质谱代谢组学
EI 电离经常会导致分子离子的丢失------找不到匹配
的EI谱------缺少的分子离子的质量信息将使可能的化合物的数 量变得非常庞大 因此，GC/MS最适合对已知的或预期的代谢物进行分析
5、LC/MS 分析
二、GC-MS和LC-MS
液相色谱可以分离无挥发性和未衍生化的代谢物。因此， LC/MS可以分析的化合物种类范围比GC/MS 更广
2、代谢组学的一般流程
一、代谢组学基本知识
代谢组学
发现代谢组学
靶向代谢组学
3、发现代谢组学的一般流程
一、代谢组学基本知识
代谢谱分析（也称为差异表达分析），在一组实验和对 照样品中，寻找丰度改变有统计学意义的感兴趣代谢物
鉴定，进行代谢谱分析后，测定这些代谢 物的化学结构
解释，研究流程的最后一步，解释所发现的 代谢物与生物过程或生物状态之间的关联
而且重现性好，而且不会受离子抑制的影响
简单的鉴定方法只需要扣除了背景的EI 图谱，和一个通用 EI谱库检索，如NIST 谱库。更有效的鉴定方法是采用包含了 预期的化合物保留时间和EI 图谱的特定应用数据库同时对分 析物的色谱保留时间和质谱图进行检索
4、GC/MS 分析
EI源的缺点
二、GC-MS和LC-MS
三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
3、数据标准化，对保留时间和响应的漂移给予必要的校正
三、发现代谢组学
4、统计分析，用于发现样品组别之间的统计学差异
5、鉴定，GC/MS 所得的EI 图谱非常适合进行谱库检索 6、解释，一旦代谢物被鉴定出来，就需要通过解释实验结 果，推断其在代谢的生物通路中的地位
代谢组学：基于质 谱的研究方法
汇报人：张富昌 指导教师：田中民 西安交通大学 2014年4月13日
代谢组学PPT教学课件
体内药物分析
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2019/1/15
数据采集（分析技术平台） NMR
非破坏性，无偏向性 预处理简单 灵敏度低分辨率不高
GC-MS
较高分辨率和检测灵 敏度 有可供参考、对比的 标准图谱库 需衍生化处理 不适用于热不稳定物 质
LC-MS
不需要衍生化处理 适用不稳定，不易衍 生化，不易挥发物质 费时，需纯参照物
代谢组学 转录组学 代谢组 转录组 细胞 代谢物 蛋白质 基因组 蛋白质组 基因组学 组织
个体
DNA
mRN A
蛋白质组学
体内药物分析 2019/1/15
5
2019/1/15
代谢组学研究目的
代谢组学研究的目的是定量分析一个生物系统内所有代谢物的 含量。代谢组学分析可以指示细胞、组织或器官的生化状态， 协助阐释新基因或未知功能基因的功能，并可以揭示生物各代 谢网络间的关联性，帮助人们更系统地认识生物体。(举例）
样品
质谱仪
汽化、分、 半定量
体内药物分析
16
2019/1/15
代谢组学数据采集与分析
代谢物可以通过与对照样品的比值进行相对定量。通过添加标准 参照物以及对代谢物进行同位素标记, 可以获得绝对定量的代谢 组数据集。
一旦获得代谢组的定量数据集, 可以采用多种数据分析策略进行
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2019/1/15
生物样品预处理
代谢产物的变化对分析结果有较大的影响，在 处理生物样本时要特别注意避免由于残留酶活性或 氧化还原过程降解代谢产物、产生新的代谢产物 。
1.微生物和细胞样本：迅速钝化代谢活动（淬灭），同时保持细胞 不裂解 2.动物体液（如尿、血、组织、器官、唾液）：采样后要迅速预处 理，如加入抗凝血剂、防腐剂，并立即冷冻处理。 3.植物样本：采集后迅速冷冻（液氮），冷冻保存。 4.血清样品：一定避免反复冻融。(血液收集在离心管中静置30分钟 进行凝固。离心取上清装载干净的离心管中，再离心5分钟，冷冻 保存。） 5.尿液样品：离心去沉淀，冷冻保存。
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2019/1/15
数据采集（分析技术平台） NMR
非破坏性，无偏向性 预处理简单 灵敏度低分辨率不高
GC-MS
较高分辨率和检测灵 敏度 有可供参考、对比的 标准图谱库 需衍生化处理 不适用于热不稳定物 质
LC-MS
不需要衍生化处理 适用不稳定，不易衍 生化，不易挥发物质 费时，需纯参照物
代谢组学 转录组学 代谢组 转录组 细胞 代谢物 蛋白质 基因组 蛋白质组 基因组学 组织
个体
DNA
mRN A
蛋白质组学
体内药物分析 2019/1/15
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2019/1/15
代谢组学研究目的
代谢组学研究的目的是定量分析一个生物系统内所有代谢物的 含量。代谢组学分析可以指示细胞、组织或器官的生化状态， 协助阐释新基因或未知功能基因的功能，并可以揭示生物各代 谢网络间的关联性，帮助人们更系统地认识生物体。(举例）
样品
质谱仪
汽化、分、 半定量
体内药物分析
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2019/1/15
代谢组学数据采集与分析
代谢物可以通过与对照样品的比值进行相对定量。通过添加标准 参照物以及对代谢物进行同位素标记, 可以获得绝对定量的代谢 组数据集。
一旦获得代谢组的定量数据集, 可以采用多种数据分析策略进行
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2019/1/15
生物样品预处理
代谢产物的变化对分析结果有较大的影响，在 处理生物样本时要特别注意避免由于残留酶活性或 氧化还原过程降解代谢产物、产生新的代谢产物 。
1.微生物和细胞样本：迅速钝化代谢活动（淬灭），同时保持细胞 不裂解 2.动物体液（如尿、血、组织、器官、唾液）：采样后要迅速预处 理，如加入抗凝血剂、防腐剂，并立即冷冻处理。 3.植物样本：采集后迅速冷冻（液氮），冷冻保存。 4.血清样品：一定避免反复冻融。(血液收集在离心管中静置30分钟 进行凝固。离心取上清装载干净的离心管中，再离心5分钟，冷冻 保存。） 5.尿液样品：离心去沉淀，冷冻保存。
代谢组学ppt医学课件
21世纪初
全面定量分析生物体系中的所有代谢产物.
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3 代谢组学的发展过程
代谢组学的研究可以追溯至上世纪80年代。
1970s代谢轮廓分析(Metabolic profiling) , Devaux等人于上世纪70 年代提出。 1985年,Nicholson研究小组利用核磁共振 (NMR)技术分析大鼠的尿液,意识到这可能是生 命科学研究的巨大突破.
33
(2)质谱技术
原理
首先使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同 荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成 离子束，进入质量分析器.在质量分析器中，再利用电 场和磁场使离子发生相反的速度色散，将他们分别聚 焦而得到质谱图，从而确定其质量. 色谱和电泳等分 离方法与质谱分析相结合为复杂代谢物的在线分离分 析提供有力的手段，如气相色谱一质谱联用(GC一MS)， 液相色谱一质谱联用(Lc一MS)和毛细管电泳一质谱联 用(CE一MS)等是质谱相关技术中的常见技术，在代谢 组学的各个领域有广泛的应用.
气相色谱(GC) 高效液相色谱仪(HPLC) 高效毛细管电泳(HPCE)
往往与NMR或MS技术联用,进一步增加其灵敏性。 敏感性及分辨率提高,“假阳性”率也就越大
36
后期---数据分析与模型建立
代谢组学研究的后期需借助于生物信息学 平台 借助于一定的软件,联合多种数据分析技 术,将多维、分散的数据进行总结、分类 及判别分析,发现数据间的定性、定量关 系,解读数据中蕴藏的生物学意义,阐述其 与机体代谢的关系。
13
基因组学告诉你可能发生什么 蛋白质组学告诉你如何发生什么 代谢组学告诉你已经发生了什么。
代谢组学(课堂PPT)
将准备好的生物标本直接上样检测即可。所得的 1H-NMR谱 峰与样品中各化合物的氢原子对应,根据一定的规则或与标准 氢谱比照可以直接鉴定出代谢物的化学成分,信号的相对强弱 则反映了各成分的相对含量。不同样品的代谢物图谱有其特 质性,可对这种特质性进行区分、鉴定。
.
质谱技术
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2020/6/27
色谱和电泳等分离方法与质谱分析相结合为复杂代谢物的在线分离 分析提供有力的手段，如气质联用(GC一MS)、液质联用LC一MS和毛 细管电泳一质谱联用(CE一MS)
代谢组学
代谢组 代谢物
细胞
组织
蛋白质组
蛋白质组学
基因组学
个体
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➢ 代谢组学研究目的
2020/6/27
代谢组学研究的目的是定量分析一个生物系统内所有代谢物的 含量。代谢组学分析可以指示细胞、组织或器官的生化状态， 协助阐释新基因或未知功能基因的功能，并可以揭示生物各代 谢网络间的关联性，帮助人们更系统地认识生物体。(举例）
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质谱
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2020/6/27
将预处理的体液或是组织(根据实验需要,可将组织行甲醇除蛋白、 庚烷除脂肪及冻干等处理),加至质谱仪,经历汽化,离子化、加速分离及 检测分析后即可得出相应代谢产物或是代谢组的图谱。图谱中每个峰 值对应着相应的分子量,结合进一步的检测分析可以部分鉴定出化学 成分以及半定量关系。
3.植物样本：采集后迅速冷冻（液氮），冷冻保存。
4.血清样品：一定避免反复冻融。(血液收集在离心管中静置30分钟 进行凝固。离心取上清装载干净的离心管中，再离心5分钟，冷冻保 存。）
5.尿液样品：离心去沉淀，冷冻保存。
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➢ 数据采集（分析技术平台）
质谱法-ppt分析化学优质课件PPT
2021/02/02
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第一节 质 谱 仪
Thermo Optek---VG PQ ExCell ICP-MS 卡式进样系统
2021/02/02
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第一节 质 谱 仪
卡式进样系统具有极好的抗腐蚀性和快速冲洗特 征。由惰性多聚物材料构成的喷雾室以圆锥壮撞击球 设计，以降低记忆效应。
雾化室由一个Peltier半导体制冷装置冷却和精确的 温度控制，具有极高的稳定性和最少的多原子离子形 成。带有蓝宝石、氧化铝和铂制喷射管的半可拆式管 矩。
检测系统。 为了获得离子的良好分析，避免离子损失，凡有样
品分子及离子存在和通过的地方，必须处于真空状态。 下图是单聚焦质谱仪的示意图。
2021/02/02
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第一节 质 谱 仪
通过进样系统，使微摩尔 或更少的试样蒸发，并让其 慢慢地进入电离室，电离室 内的压力约为10-3Pa。由热灯 丝流向阳极的电子流，将气 态样品的原子或分子电离成 正、负离子（但一般分析正 离子)，在狭缝A处，以微小 的负电压将正负离子分开， 此后，借助于A、B间几百至 几千伏的电压，将正离子加 速，使准直于狭缝刀的正离 子流，通过狭缝B进
具有速度 的带电粒子进入质谱分析器的电磁场中，
根据所选择的分离方式，最终实现各种离子按m/z进行分
离。
2021/02/02
2
第一节 质 谱 仪
根据质量分析器的工作原理，可以将质谱仪分为动 态仪器和静态仪器两大类。
在静态仪器中用稳定的电磁场，按空间位置将m/z不
同的离子分开，如单聚焦和双聚焦质谱仪。
第二部分 质 谱 法
质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按 质 荷比（m/z）大小 进行分离记录的分析方法。所获得结果 即为质谱图（亦称质谱）。根据质谱图提供的信息可以 进行多种有机物及无机物的定性和定量分析、复杂化合 物的结构分析、样品中各种同位素比的测定及固体表面 的结构和组成分析等。
代谢组学：基于质谱的研究方法共32页文档
40、学而不思子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
代谢组学：基于质谱的研究方法
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
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代谢物的一系列统计分析工具、帮助鉴定代谢物的代谢物数据库， 以及最终绘制分子间相互作用网络图的生物信息学软件等。
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二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
气相色谱和质谱(GC/MS)是分析挥发性化学物质的有效组合。 气相色谱使用运载气推动分析物通过涂渍的熔融石英毛细管。 基于分析物在气相和毛细管内涂层之间的不同分配实现分离。
4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 寻找特征 方面： 安捷伦提供自动化质谱解卷积和鉴定软件(AMDIS) 进行解卷 积，该软件是NIST 谱库检索软件包的一部分。AMDIS 软件 包设计用于： • 发现相关的协变离子，用单组分色谱峰表示
• 从复杂的GC/MS 数据中提取出单纯组分质谱图
• 重建用于EI 谱库检索的质谱图
5、LC/MS 分析
液相色谱可以分离无挥发性和未衍生化的代谢物。因此， LC/MS可以分析的化合物种类范围比GC/MS 更广
电喷雾(ESI) 和大气压化学电离(APCI)是LC/MS 最常用的两 种电离技术-----ESI 和APCI 都可能出现离子抑制，因此共洗脱 化合物可能被低估甚至检测不到
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一、代谢组学基本知识
2、代谢组学的一般流程
代谢组学
发现代谢组学
靶向代谢组学
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4
一、代谢组学基本知识
3、发现代谢组学的一般流程
代谢谱分析（也称为差异表达分析），在一组实验和对 照样品中，寻找丰度改变有统计学意义的感兴趣代谢物
鉴定，进行代谢谱分析后，测定这些代谢 物的化学结构
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三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
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三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
3、数据标准化，对保留时间和响应的漂移给予必要的校正
4、统计分析，用于发现样品组别之间的统计学差异
5、鉴定，GC/MS 所得的EI 图谱非常适合进行谱库检索
6、解释，一旦代谢物被鉴定出来，就需要通过解释实验结 果，推断其在代谢的生物通路中的地位
安捷伦的Mass Profiler 专业软件让您能够轻松输入、标准化、 比较并图形化显示大样本组的GC/MS 和LC/MS 数据，从而 快速发现代谢物标志物，并支持元数据分析。我们用的是 SIMCA-P
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三、发现代谢组学
4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 数据标准化和统计学分析 方面：
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二、GC-MS和LC-MS
5、LC/MS 分析
目前没有可用于LC/MS 鉴定的谱库。但由于LC/MS 分析中 通常都有分子离子，其质量可以用代谢物数据库进行检索，如 METLIN 数据库
Q-TOF可以通过分子离子计算出经验式 LC/MS 最适合作为未知代谢物研究中的探索方法，或者在多 种目标代谢物由于挥发性问题不能用GC/MS 进行分析时采用
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8
二、GC-MS和LC-MS
2、代谢组学中所用的分离技术
气相色谱(GC) GC 要求挥发性，要用化学衍生化的样品
液相色谱(LC) 不能完全解决代谢组中亲水组分的分离问题
毛细管电泳(CE) 所用的缓冲液却不能与质谱仪的离子源兼容
亲水相互作用色谱(HILIC)
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二、GC-MS和LC-MS
在代谢谱分析过程中，并不一定要知道该化合物/ 代谢 物是什么。但为了在不同次的样品分析之间跟踪这些化合物， 必需要用到其物理性质
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三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
1、 分析，包括代谢物的分离和检测，一般采用GC/MS 或 LC/MS
2、 寻找特征，包括寻找样品中的所有代谢物。一个代谢 物检测不到，就意味着丧失了一次机会；因此尽可能多地检 测出样品中的代谢物至关重要
在 寻找特征 方面：
安捷伦的MassHunt er LC/MS 工作站软件包含获得专利的分 子特征提取算法，专为精确质量LC/MS 飞行时间数据而设计， 能够识别与单一化合物相关的协变离子。此外，它还能识别和 解析常见的电喷雾干扰离子，如钠加合离子或二聚体的形成。
对这些离子鉴别和分组可以改善统计分析所用的定量估算， 并从随后的分析中除去伪数据
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三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 解释 方面：
安捷伦Mass Prof iler 专业软件的通路分析功能，可以利用已 知的或独特的、用户基于已有数据设定的通路进行解释，大大 简化了生物通路过程
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代谢组学：基于质 谱的研究方法
汇报人：张富昌 指导教师：田中民
2014年4月13日
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内容提要
一、代谢组学基本知识 二、 GC-MS和LC-MS 三、发现代谢组学
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2
一、代谢组学基本知识
1、什么是代谢组学
代谢组学是通过比较对照组和实验组的代谢组 （metabolomes，某一生物的所有代谢物组分），以寻 找其它代谢谱差异的研究方法。这些差异可能与临床 生物标志物发现中研究的某些疾病相关，也可能与药 物研发毒理研究中候选药物摄入后的代谢改变有关。
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三、发现代谢组学
4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 解释 方面：
安捷伦Mass Prof iler 专业软件的通路分析功能，可以利用 已知的或独特的、用户基于已有数据设定的通路进行解释，大 大简化了这一过程
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三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
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二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
电子轰击电离(EI)是GC/MS 最常用的电离技术，非常耐用 而且重现性好，而且不会受离子抑制的影响
简单的鉴定方法只需要扣除了背景的EI 图谱，和一个通用 EI谱库检索，如NIST 谱库。更有效的鉴定方法是采用包含了 预期的化合物保留时间和EI 图谱的特定应用数据库同时对分 析物的色谱保留时间和质谱图进行检索
解释，研究流程的最后一步，解释所发现的 代谢物与生物过程或生物状态之间的关联
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一、代谢组学基本知识
4、靶向代谢组学的一般流程
靶向代谢组学分析的重点是采用大量天然和生物变异 样本，验证预先确认的代谢物。需要用分析标准品进行 定量分析。
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一、代谢组学基本知识
5、代谢组学的一般流程
学习交流PPTຫໍສະໝຸດ 23三、发现代谢组学
4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 数据标准化和统计学分析 方面： 统计学分析软件需要具备以下功能： • 从大样本组和复杂的实验设计中，对数据（包括元数据）进 行轻松输入、标准化和对比 • 发现复杂的实验设计中数据间的联系—不局限于两两对比 • 鉴定后能够通过通路分析进行生物学解释
3、代谢组学的挑战
1、典型的代谢组学实验需大量样品才能得到精确统计的结果
2、代谢组学研究通常需要多种技术；某种类型的样品往往比其 他样品更适合采用某种特定的分析技术
3、需要高度灵敏和精确的仪器
4、强大的软件工具对处理实验所产生的大量数据非常重要 处理GC/MS 和LC/MS 数据的色谱解卷积程序、寻找有意义
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三、发现代谢组学
2、代谢谱分析，寻找有统计学意义的代谢物
分析重现性对表达谱分析至关重要------分析变异越小， 所需的重复数就越少
代谢谱分析是经过复杂的特征提取，对已知代谢物进行 靶向代谢谱分析，以寻找意外的代谢物------代谢物以其分子 特征为标志表示，包括保留时间、质量或质谱图及丰度
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二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
EI源的缺点 EI 电离经常会导致分子离子的丢失------找不到匹配
的EI谱------缺少的分子离子的质量信息将使可能的化合物的数 量变得非常庞大
因此，GC/MS最适合对已知的或预期的代谢物进行分析
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二、GC-MS和LC-MS
在 分析 方面：
以下几点对代谢谱分析非常重要： • 良好的LC 和MS 重现性，以便对大量样品进行比对和校正 • 卓越的可靠性，最大限度地延长正常运行时间，分析大量样 品 • 高灵敏度，能够检测复杂样品中的低水平代谢物，动态范围 超过5 个数量级
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三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
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三、发现代谢组学
4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 分析 方面： • 良好的重现性，以便对大量样品进行比对和校正
• 卓越的可靠性，最大限度地延长正常运行时间，分析大量样品
• 高灵敏度，能够检测复杂样品中的低水平代谢物，动态范围 超过6 个数量
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三、发现代谢组学
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二、GC-MS和LC-MS
1、质谱在代谢组学中的应用
质谱(MS)因具有广泛的动态范围、能进行可重现的定 量分析，而且能够分析非常复杂的生理体液，已被用于 代谢组学的研究中。由于这类样品的复杂性，为了尽可 能多地检测代谢物，在质谱分析之前常常还要进行分离 （气相色谱、液相色谱或毛细管电泳）
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二、GC-MS和LC-MS
6、LC/MS 、GC/MS分析化合物的范围
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三、发现代谢组学
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二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
气相色谱和质谱(GC/MS)是分析挥发性化学物质的有效组合。 气相色谱使用运载气推动分析物通过涂渍的熔融石英毛细管。 基于分析物在气相和毛细管内涂层之间的不同分配实现分离。
4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 寻找特征 方面： 安捷伦提供自动化质谱解卷积和鉴定软件(AMDIS) 进行解卷 积，该软件是NIST 谱库检索软件包的一部分。AMDIS 软件 包设计用于： • 发现相关的协变离子，用单组分色谱峰表示
• 从复杂的GC/MS 数据中提取出单纯组分质谱图
• 重建用于EI 谱库检索的质谱图
5、LC/MS 分析
液相色谱可以分离无挥发性和未衍生化的代谢物。因此， LC/MS可以分析的化合物种类范围比GC/MS 更广
电喷雾(ESI) 和大气压化学电离(APCI)是LC/MS 最常用的两 种电离技术-----ESI 和APCI 都可能出现离子抑制，因此共洗脱 化合物可能被低估甚至检测不到
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一、代谢组学基本知识
2、代谢组学的一般流程
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发现代谢组学
靶向代谢组学
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一、代谢组学基本知识
3、发现代谢组学的一般流程
代谢谱分析（也称为差异表达分析），在一组实验和对 照样品中，寻找丰度改变有统计学意义的感兴趣代谢物
鉴定，进行代谢谱分析后，测定这些代谢 物的化学结构
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3、发现代谢组学有以下六个步骤
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3、数据标准化，对保留时间和响应的漂移给予必要的校正
4、统计分析，用于发现样品组别之间的统计学差异
5、鉴定，GC/MS 所得的EI 图谱非常适合进行谱库检索
6、解释，一旦代谢物被鉴定出来，就需要通过解释实验结 果，推断其在代谢的生物通路中的地位
安捷伦的Mass Profiler 专业软件让您能够轻松输入、标准化、 比较并图形化显示大样本组的GC/MS 和LC/MS 数据，从而 快速发现代谢物标志物，并支持元数据分析。我们用的是 SIMCA-P
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4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 数据标准化和统计学分析 方面：
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二、GC-MS和LC-MS
5、LC/MS 分析
目前没有可用于LC/MS 鉴定的谱库。但由于LC/MS 分析中 通常都有分子离子，其质量可以用代谢物数据库进行检索，如 METLIN 数据库
Q-TOF可以通过分子离子计算出经验式 LC/MS 最适合作为未知代谢物研究中的探索方法，或者在多 种目标代谢物由于挥发性问题不能用GC/MS 进行分析时采用
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二、GC-MS和LC-MS
2、代谢组学中所用的分离技术
气相色谱(GC) GC 要求挥发性，要用化学衍生化的样品
液相色谱(LC) 不能完全解决代谢组中亲水组分的分离问题
毛细管电泳(CE) 所用的缓冲液却不能与质谱仪的离子源兼容
亲水相互作用色谱(HILIC)
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二、GC-MS和LC-MS
在代谢谱分析过程中，并不一定要知道该化合物/ 代谢 物是什么。但为了在不同次的样品分析之间跟踪这些化合物， 必需要用到其物理性质
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三、发现代谢组学
3、发现代谢组学有以下六个步骤
1、 分析，包括代谢物的分离和检测，一般采用GC/MS 或 LC/MS
2、 寻找特征，包括寻找样品中的所有代谢物。一个代谢 物检测不到，就意味着丧失了一次机会；因此尽可能多地检 测出样品中的代谢物至关重要
在 寻找特征 方面：
安捷伦的MassHunt er LC/MS 工作站软件包含获得专利的分 子特征提取算法，专为精确质量LC/MS 飞行时间数据而设计， 能够识别与单一化合物相关的协变离子。此外，它还能识别和 解析常见的电喷雾干扰离子，如钠加合离子或二聚体的形成。
对这些离子鉴别和分组可以改善统计分析所用的定量估算， 并从随后的分析中除去伪数据
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5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 解释 方面：
安捷伦Mass Prof iler 专业软件的通路分析功能，可以利用已 知的或独特的、用户基于已有数据设定的通路进行解释，大大 简化了生物通路过程
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一、代谢组学基本知识 二、 GC-MS和LC-MS 三、发现代谢组学
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1、什么是代谢组学
代谢组学是通过比较对照组和实验组的代谢组 （metabolomes，某一生物的所有代谢物组分），以寻 找其它代谢谱差异的研究方法。这些差异可能与临床 生物标志物发现中研究的某些疾病相关，也可能与药 物研发毒理研究中候选药物摄入后的代谢改变有关。
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4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
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安捷伦Mass Prof iler 专业软件的通路分析功能，可以利用 已知的或独特的、用户基于已有数据设定的通路进行解释，大 大简化了这一过程
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5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
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二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
电子轰击电离(EI)是GC/MS 最常用的电离技术，非常耐用 而且重现性好，而且不会受离子抑制的影响
简单的鉴定方法只需要扣除了背景的EI 图谱，和一个通用 EI谱库检索，如NIST 谱库。更有效的鉴定方法是采用包含了 预期的化合物保留时间和EI 图谱的特定应用数据库同时对分 析物的色谱保留时间和质谱图进行检索
解释，研究流程的最后一步，解释所发现的 代谢物与生物过程或生物状态之间的关联
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靶向代谢组学分析的重点是采用大量天然和生物变异 样本，验证预先确认的代谢物。需要用分析标准品进行 定量分析。
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4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 数据标准化和统计学分析 方面： 统计学分析软件需要具备以下功能： • 从大样本组和复杂的实验设计中，对数据（包括元数据）进 行轻松输入、标准化和对比 • 发现复杂的实验设计中数据间的联系—不局限于两两对比 • 鉴定后能够通过通路分析进行生物学解释
3、代谢组学的挑战
1、典型的代谢组学实验需大量样品才能得到精确统计的结果
2、代谢组学研究通常需要多种技术；某种类型的样品往往比其 他样品更适合采用某种特定的分析技术
3、需要高度灵敏和精确的仪器
4、强大的软件工具对处理实验所产生的大量数据非常重要 处理GC/MS 和LC/MS 数据的色谱解卷积程序、寻找有意义
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2、代谢谱分析，寻找有统计学意义的代谢物
分析重现性对表达谱分析至关重要------分析变异越小， 所需的重复数就越少
代谢谱分析是经过复杂的特征提取，对已知代谢物进行 靶向代谢谱分析，以寻找意外的代谢物------代谢物以其分子 特征为标志表示，包括保留时间、质量或质谱图及丰度
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二、GC-MS和LC-MS
4、GC/MS 分析
EI源的缺点 EI 电离经常会导致分子离子的丢失------找不到匹配
的EI谱------缺少的分子离子的质量信息将使可能的化合物的数 量变得非常庞大
因此，GC/MS最适合对已知的或预期的代谢物进行分析
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二、GC-MS和LC-MS
在 分析 方面：
以下几点对代谢谱分析非常重要： • 良好的LC 和MS 重现性，以便对大量样品进行比对和校正 • 卓越的可靠性，最大限度地延长正常运行时间，分析大量样 品 • 高灵敏度，能够检测复杂样品中的低水平代谢物，动态范围 超过5 个数量级
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三、发现代谢组学
5、LC/MS 在发现代谢组学中的应用
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三、发现代谢组学
4、安捷伦GC/MS 在发现代谢组学中的应用
在 分析 方面： • 良好的重现性，以便对大量样品进行比对和校正
• 卓越的可靠性，最大限度地延长正常运行时间，分析大量样品
• 高灵敏度，能够检测复杂样品中的低水平代谢物，动态范围 超过6 个数量
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二、GC-MS和LC-MS
1、质谱在代谢组学中的应用
质谱(MS)因具有广泛的动态范围、能进行可重现的定 量分析，而且能够分析非常复杂的生理体液，已被用于 代谢组学的研究中。由于这类样品的复杂性，为了尽可 能多地检测代谢物，在质谱分析之前常常还要进行分离 （气相色谱、液相色谱或毛细管电泳）
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二、GC-MS和LC-MS
6、LC/MS 、GC/MS分析化合物的范围
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