色谱指纹图谱保留时间校准方法的研究

摘要

色谱技术是实验室用于复杂体系分离和分析的常规方法，在有机化学、分析化学、蛋白组学和基因组学等领域得到了广泛应用，特别是联用色谱仪器结合了色谱对复杂体系的高分离能力与质谱独特的分子结构信息于一体，是现代实验室必备的一项重要分析手段。理想的色谱图谱应该拥有完全分离的谱峰、足够的信噪比、没有背景干扰;并且对物质的浓度呈线性反应。当样品是混合物时，理想的色谱图谱峰应该要有稳定的保留时间和完美的高斯峰。但是在实验中由于柱老化、程序升温等原因，导致不同样本的色谱谱图存在着保留时间漂移。保留时间漂移会严重地影响应用化学计量学进行色谱特征提取的结果可靠性。笔者从解决实际问题需要出发提出了两种色谱保留时间校准的算法。
　　第一种方法采用快速傅立叶交叉相关和质谱信息进行色谱保留时间的校准。该方法通过使用连续小波变换准确得到色谱峰的位置和峰宽，并利用快速傅立叶变换交叉相关准确地计算每一段色谱峰的候选移动点数，然后通过与参考峰相对应的质谱进行匹配，确定每一段候选峰的最佳移动点数，最后对无信号区间进行线性插值和谱峰移动得到最终校准的色谱。该方法可用于联用色谱数据的快速、准确保留时间校准，其最大的优点是校准结果可靠、并且不会改变峰的形状。
　　第二种方法利用色谱组份逐步流出的特性以及保留时间漂移的局部相似性进行色谱保留时间的校准。该方法在色谱保留时间上设定一定的窗口大小，通过移动窗口和计算每个移动窗口交叉相关来估计待校准信号须移动的点数。该方法在校准过程中不会引入瑕疵点和删除色谱峰点，同时采用快速傅立叶交叉相关使得算法的时间复杂度从O(N2)降到了O(NlogN)，保证了色谱的校准速度，可用来快速地处理高通量色谱数据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 色谱法原理及其相关技术

1．1．1 色谱法的发展与现状

1．1．2 色谱基本理论

1．1．3 色谱法的分类与应用

1．2 色谱数据存在的问题

1．3 国内外最新研究进展

1．4 本论文的研究内容

第2章 利用快速傅立叶交叉相关和质谱信息进行色谱谱峰校准

2．1 引言

2．2 理论与方法

2．2．1 谱峰检测

2．2．2 利用快速傅立叶变换交叉相关色谱候选峰移动点数

2．2．3 利用质谱信息确定色谱谱峰最佳的漂移点数

2．2．4 谱峰移动

2．2．5 算法实现

2．3 模拟与实验数据

2．3．1 模拟数据

2．3．2 GC-MS色谱数据

2．3．3 LC-MS色谱数据

2．4 结果与讨论

2．4．1 精确的校准结果

2．4．2 色谱窗口大小对质谱相似度的影响

2．4．3 比较

2．5 结论

第3章 利用移动窗口快速傅立叶变换交叉相关进行色谱谱峰校准

3．1 引言

3．2 理论与方法

3．2．1 交叉相关

3．2．2 基于快速傅立叶的快速交叉相关

3．2．3 移动窗口快速傅立叶变换交叉相关

3．2．4 白芷高效液相色谱实验

3．2．5 烟叶烟气GC／oa-TOF-MS实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 两组色谱数据校准结果

3．3．2 校准质量的评价

3．3．3 图解MWFFT优点

3．3．4 进一步优化MWFFT速度

3．4 结论

第4章 结论与展望

参考文献

附录1 ChemoSolv分子光谱化学计量学软件

附录2 SmartUV光谱采集系统

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢