[发明专利]基于UPLC-QTOF快速表征样品中化学成分的方法

说明书

一种基于UPLC‑QTOF快速表征样品中化学成分的方法，针对样品UPLC‑QTOF非靶标代谢轮廓解析获得样品中化学成分的信息，具体步骤包括色谱峰提取、高精度质谱表征、属于同一个物质的离子碎片的聚类；首先将UPLC‑QTOF中的高分辨质谱数据转化为低分辨质谱，提取各m/z下的色谱信号；利用局部极小值迭代优化校正色谱信号中的基线漂移问题；待基线校正后，利用高斯平滑脊线寻优获得各色谱信号中的色谱峰位置；根据色谱峰位置，提取对应的高精度质谱表征该色谱峰，每一个色谱峰均可能对应于一个化合物在质谱离子源内的碎片离子信号；最后将对应于同一个物质的源内裂解碎片进行聚类，最终实现样品中化学成分的快速表征。

技术领域

本发明涉及一种分析样品中所含有的化学成分的方法，尤其涉及一种基于UPLC-QTOF快速表征样品中化学成分的方法。

背景技术

近年来，非靶标代谢轮廓分析技术因强调从全成分的角度表征研究对象，在植物研究领域受到了广泛的关注。样品中化学成分复杂的特点恰能充分发挥基于UPLC-QTOF(超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱仪)非靶标代谢轮廓技术的优势，对其中的化学成分能够较为全面地予以分析。然而，UPLC-QTOF非靶标技术分析每一个样本，都能获得包含上千种的化学成分的数据信息，如何能够将这些成分信息快速提取出来，进而用于样品中化学成分的快速表征，是一个具有挑战性的难题。

在世界范围内，UPLC-QTOF非靶标代谢轮廓数据中化学物质信息提取法方法发展严重滞后。当前最为著名的信息一些物质信息提取方法包括XCMS、各仪器厂商自带的数据分析工具包。虽然这些工具所采用的物质信息提取、分析原理不同，但这些方法本身存在着诸多问题，其中较为典型的是假阳性和假阴性色谱峰问题。假阳性色谱峰会导致出现大量的错误物质信息，增加额外的工作量，假阴性问题则是物质信息提取不全，导致丢失重要的化学物质信息，为了尽量避免假阳性和假阴性问题，分析人员需要进行人为干预，增加了大量的工作量，降低了分析效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于UPLC-QTOF快速表征样品中化学成分的方法。针对当前UPLC-QTOF非靶标代谢轮廓解析方法中存在的问题和困难，提出了一种新的能够快速解析样品UPLC-QTOF非靶标代谢轮廓数据中化学物质方法，能够有效解决假阳性和假阴性的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于UPLC-QTOF快速表征样品中化学成分的方法，包括以下步骤：

获得低分辨质谱数据：将UPLC-QTOF中得到的高分辨质谱数据转化为低分辨质谱数据；即每一个样本获得一个Time×m/z的色谱信号矩阵，一个m/z下收集一个色谱信号；

一个m/z下色谱信号中基线的校正：将一个m/z色谱信号中的局部极小值设定为该m/z色谱信号的初始背景噪声的极小值，使用迭代优化算法剔除该初始背景噪声中属于色谱信号中色谱峰的部分，得到该色谱信号真正的背景噪声的极小值，根据该色谱信号真正的背景噪声的极小值在色谱信号中的原始位置，利用线性插值估算出基线漂移，扣除基线漂移后，获得一个m/z下基线校正后色谱信号；

每个样本中所有m/z下色谱信号基线校正：将每一个m/z下的色谱信号都做上述一个m/z色谱信号中基线的校正的处理，得到基线校正后的m/z色谱信号；

色谱信号中有效色谱峰的提取：使用不同尺度高斯平滑卷积运算进行色谱信号平滑，提取每一次平滑后色谱信号中所有的局部极大值，且将所有的局部极大值的位置标记，通过脊线寻优的方法，分别获得每个色谱峰在色谱信号中的原始位置，接着使用色谱信号中非色谱峰部分的仪器噪声波动，计算出仪器噪声水平，剔除色谱信号与仪器噪声之比小于3的色谱峰，剩下的色谱峰为能够准确定量的有效色谱峰，即完成色谱信号中有效色谱峰的提取；