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解密AMDIS解卷积软件初步应用(9))- 大峰里面包含极小峰的分析(定性和定量问题)

气质联用(GCMS)

  • AMDIS自动化质谱图解卷积和鉴定软件在GC/MS数据处理的初步应用
    (9))- 大峰里面包含极小峰的分析(定性和定量问题)
    ( 本文只是一种探讨交流,可能有不足不妥之处,欢迎批评指正。未经同意,请勿转载。多谢合作!)
    先回顾一下AMDIS的基本概念
    对于AMDIS有的网友可能比较熟悉,特别是农残,环境,有害物,香精香料等领域的朋友可能属于高级使用者。本人以初学者的身份初步介绍一下AMDIS。如有不妥,请批评指正。未经许可,不得转载,请谅解。
    一般来说,目标化合物的分析要求检测目标离子和确认离子的比例。然而,对于高基体
    背景的样品,大峰后面的痕量组分或流出时间很接近的成分,离子比例会受到基体的影响很难符合要求。为了确保分析结果可靠,一般采用背景扣除及手动积分。因此,对于复杂基体的样品数据处理,需要耗费大量的时间。为了提高分析效率,谱图可以利用一种称为“解卷积”的数学计算来将目标化合物从背景中分离出来。美国国家标准和技术院(NIST)开发了功能强大的解卷积软件,即自动质谱解卷积和鉴定系统(AMDIS)。
    下面简单介绍一下AMDIS:
    AMDIS
    软件由美国国家标准技术研究院(NIST)(National Institute ofStandards and Technology)提供。
    The Automatic Mass Spectral Deconvolutionand Identification System (AMDIS)
    自动质谱图解卷积和鉴定系统软件(AMDIS)让您从GC/MS数据文件自动找到目标化合物。软件先对GC/MS数据文件解卷积寻找所有分离组分。每一组分与目标化合物的谱库进行对比。如果以上的用户设定值,然后报告出目标图谱和解卷了组分的图谱的匹配因子。
    什么是解卷积(Deconvolution)?
    NIST AMDIS的定义:“这里所用的术语在广义上是指从一个复杂的混合物中提取信号。 解卷积的过程包括处理噪音、校正漂移、从紧密相邻的共洗脱峰中提取出单个峰等。” (简单讲就是去复杂化)
    用下面的简图可以解释解卷积过程:

    在GC/MS 中,Deconvolution是一种数学技术,它可以将重叠的质谱图“分开”成为“清晰”的单个组分的谱图。图1 是这个过程的简单示意图。这里分别是总离子流色谱图(TIC)和质谱图。与常见的情况一样,这个色谱峰包含了多个重叠在一起的组分,而最高点质谱图实际上也是这些组分的组合图。质谱谱库检索只可能给出一个较差的匹配,而且不能识别所有构成这种组合谱图的单个化合物组分。
    (回顾:在GCMS分离分析时,虽然现代的毛细管色谱柱的分离效率已经非常高,但是还没有一种色谱柱能够能分离开所有化合物,特别是对于香精这类复杂的混合物。虽然可以考虑配有不同极性的柱子来解决不同样品分离问题,但需更换柱子或配备多台仪器,既是这样有些成分复杂的样品仍有部分物质无法分离。另外对于溶剂大峰或其它大面积峰后面或里面的少量组分,或由于基质干扰或掩盖的小峰,也属于不能分离的峰。虽然可以使用多维色谱(MGC-MS或GC/GC-MS)来帮助解决复杂分离一些问题,但许多人并无此仪器。所以有时候不免还会遇到未分离组分的鉴定和定量的情况。)
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  • symmacros

    第1楼2017/03/27

    应助达人

    9. 溶剂大峰或其它大面积峰后面或里面的少量痕量组分的检出
    下面是一花生香精直接进样的部分TIC图

    图 花生香精TIC图
    ****************************************************************************************************************
    大家看看,上图的大峰是香精常用的溶剂丙二醇(PG),下面是放大后丙二醇TIC。

    图丙二醇PG放大后的TIC
    **********************************************************************************************************
    看起来是一个峰,这个是很难判断里面是否有其它痕量组分。例如,用直接观察分析,即先仔细观察总离子色谱图(TIC),对在检索时,看看色谱峰是否有小的拐点分叉等,峰型有无变化,点击峰不同的地方看看离子有无变化。关注除匹配的化合物的离子以外的离子。利用经验知识,对某种柱子上的不易分离的物质对进行仔细分析。了解在这个保留时间附近可能重叠的组分等预判。但有时候可能会很难。
    用amdis自动化质谱图解卷积和鉴定软件试试进行处理,可能是比较快捷的一种方法。但任何更好的检索出来里面夹杂的及痕量组分呢?更好的估算含量呢?是值得探讨的问题。如果设置参数不合理,就可能漏检或出现杂乱的结果,不易分辨,也增加工作量。另外就是怎样估算才能接近实际情况呢?
    例如,在resolution ----medium;sensitivity----low;shaperequirements----medium下,检索结果如下:
    23.843min, PG (丙二醇)0.0178%
    24.121min,2-acetylpyridine 0.0107%
    24.307min,PG 1.82%
    24.3172min,PG 2.91%
    这里PG总量为0.0178+1.82+2.91=4.747%,但从全图看PG明显是最大的主峰,显然不对,参考下面这个样品的总离子TIC图。
    如果PG和2-乙酰基吡啶的比例按这个量来计算显然不对的,为4.747:0.0107,和实际相差甚远。
    如果灵敏度设置提高,会出现的点更多,但amdis的表面总量能增加,但仍原低于100%。

    图 样品的总离子TIC图
    **********************************************************************************************************************
    另外这个样品的gc-FID图也是相同的情况。

    gc-FID色谱图
    ***************************************************************************************************************************
    Shanghai gcMS lab. Area Percent Report
    Data Path : D:\X_Driver_Backup\CN1\1101 Data File : CN11115A14.D
    AcqOn : 22 Jul 2014 11:02 (#1); 22 Jul 2014 10:58 (#2)
    Operator : jim zhu
    Sample : 11115Peanut Flavor dl
    Misc :
    ALS Vial : 55 Sample Multiplier: XXX Samp. Amt.: 11105.7
    Integration Parameters: events.e
    Integrator: ChemStation 6890 Scale Mode: Large solvent peaks clipped
    Method : C:\msdchem\2\methods\default.m
    Title :
    Signal : TIC: CN11115A14.D\data.ms
    peak R.T. first max last PK peak corr. corr. % of
    # min scan scan scan TY height area % max. total
    --- ----- ----- ---- ---- --- ------- ------- ------ -------
    1 3.992 19 28 47 PV 113969 1420136 0.07% 0.066%
    2 6.354 633 647 659 VV 3 15236 270391 0.01% 0.012%
    3 8.715 1256 1266 1281 VV 16022 347963 0.02% 0.016%
    4 12.809 2326 2340 2350 PV 4 5283 143174 0.01% 0.007%
    5 15.388 2998 3017 3030 PV 10 8533 243882 0.01% 0.011%
    6 16.613 3319 3338 3370 PV 2 105286 3233679 0.16% 0.149%
    7 20.975 4444 4482 4508 PV 2331759 89742386 4.35% 4.143%
    8 21.080 4508 4509 4526 VV 5 10259 233377 0.01% 0.011%
    9 21.147 4526 4527 4533 VV 6 2594 19640 0.00% 0.001%
    10 24.295 5117 5353 5675 PV 26012820 2061313157 100.00% 95.164% PG
    11 25.546 5675 5681 5765 VB 9 3149 313648 0.02% 0.014%
    12 26.594 5943 5956 5969 VV 9 5806 180456 0.01% 0.008%
    13 26.859 6010 6025 6028 VV 7 4511 83668 0.00% 0.004%
    14 26.917 6035 6040 6042 VV 4 6213 84208 0.00% 0.004%
    15 26.931 6042 6044 6061 VV 7 6498 125062 0.01% 0.006%
    16 27.787 6255 6269 6271 PV 8 6388 152975 0.01% 0.007%
    17 27.827 6271 6279 6295 VV 8 6589 226623 0.01% 0.010%
    18 29.310 6654 6668 6670 VV 8 6155 139331 0.01% 0.006%
    19 29.321 6670 6671 6685 VV 6 6613 124845 0.01% 0.006%
    20 29.577 6725 6738 6752 PV 9 4690 124365 0.01% 0.006%
    21 32.419 7461 7483 7490 PV 6 40417 1351453 0.07% 0.062%
    22 32.465 7490 7496 7513 VV 5 38524 1069858 0.05% 0.049%
    23 33.879 7847 7866 7889 PV 3 77199 2572269 0.12% 0.119%
    24 36.887 8639 8655 8674 PV 3 17343 613084 0.03% 0.028%
    25 46.582 11182 11198 11210 PV3 5446 186150 0.01% 0.009%
    26 54.622 13284 13307 13320 PV9 10242 309582 0.02% 0.014%
    27 58.173 14223 14238 14240 PV9 24184 476829 0.02% 0.022%
    28 58.187 14240 14242 14261 VV9 25543 606624 0.03% 0.028%
    29 60.252 14770 14784 14785 PV 8 9029 97669 0.00% 0.005%
    30 60.265 14785 14787 14788 VV2 9549 60259 0.00% 0.003%
    31 60.278 14788 14790 14801 VV2 10838 167528 0.01% 0.008%
    32 68.297 16892 16894 16896 VV3 8930 38802 0.00% 0.002%
    Sum of correctedareas: 2166073073
    Signal : CN11115A14.D\FID1A.CH
    peak R.T. Start End PK peak corr. corr. % of
    # min min min TY height area % max. total
    --- ----- ----- ----- --- ------- ------- ------ ------
    1 4.002 3.969 4.099 PV 72812 896859 0.05% 0.047%
    2 4.694 4.650 4.776 PV 1100 19310 0.00% 0.001%
    3 6.364 6.302 6.422 BV 5223 94927 0.01% 0.005%
    4 6.646 6.610 6.696 VV 850 18067 0.00% 0.001%
    5 8.724 8.675 8.809 PV 5263 117694 0.01% 0.006%
    6 9.250 9.177 9.293 PV 867 22847 0.00% 0.001%
    7 12.814 12.759 12.917 BV 1841 59796 0.00% 0.003%
    8 15.397 15.304 15.502 BV 2494 80637 0.00% 0.004%
    9 16.081 15.957 16.147 PV 997 46760 0.00% 0.002%
    10 16.621 16.524 16.766 PV 40376 1285103 0.07% 0.067%
    11 20.981 20.794 21.357 BV 1139024 42520155 2.29% 2.228%
    12 21.365 21.357 21.399 VB 341 5305 0.00% 0.000%
    13 24.301 23.381 26.103 BV 6955472 1858978310 100.00% 97.399% PG
    14 26.159 26.103 26.205 VV 937 33725 0.00% 0.002%
    15 26.214 26.205 26.245 VV 223 3457 0.00% 0.000%
    16 26.604 26.524 26.686 BV 1683 55055 0.00% 0.003%
    17 26.864 26.796 26.892 BV 1037 30919 0.00% 0.002%
    18 26.929 26.892 27.011 VV 1905 64106 0.00% 0.003%
    19 27.796 27.711 27.811 VV 1879 54940 0.00% 0.003%
    20 27.830 27.811 27.906 VV 1998 57653 0.00% 0.003%
    21 29.318 29.254 29.391 PV 2058 81796 0.00% 0.004%
    22 29.577 29.526 29.637 PV 1364 40074 0.00% 0.002%
    23 32.418 32.349 32.444 VV 13012 396409 0.02% 0.021%
    24 32.466 32.444 32.647 VB 12913 452642 0.02% 0.024%
    25 33.885 33.791 34.084 BB 35603 1245774 0.07% 0.065%
    26 34.183 34.087 34.282 BB 1643 64624 0.00% 0.003%
    27 36.387 36.314 36.462 BV 1745 55320 0.00% 0.003%
    28 36.891 36.742 37.059 BB 7245 306802 0.02% 0.016%
    29 46.582 46.374 46.709 BB 3327 157854 0.01% 0.008%
    30 54.626 54.541 54.722 BB 3136 127027 0.01% 0.007%
    31 58.179 58.084 58.336 BB 11391 561004 0.03% 0.029%
    3260.289 60.127 60.352 BB 2596 86403 0.00% 0.005%
    33 68.365 68.111 68.559 BB 5170 591536 0.03% 0.031%
    Sum of correctedareas: 1908612888
    default.m Fri Mar 2415:45:08 2017
    从上面的积分结果看到TIC的PG面积百分含量为95.164%,FID的PG面积百分含量为97.399%。
    导出amdis的报告的结果如下。

    结果发现amdis的总的amount相加仅为8.934%,并非100%。这种情况我也没有很仔细的注意到的。Amdis在主峰处理时候仅仅显示了部分主峰的分数,而不是全部的面积分数。只是显示tagart的组分的amount,解卷积后的面积和含量。
    在amdis的Help里面3.3.3.1 Component Mode Detail有下面一段话:
    Amount The area of the deconvoluted component (Area) relative tothe total ion count for the entire chromatogram, expressed as a percentage.
    PG的分数应该为100%-8.9344%+4.7478%=95.81339%,和TIC的PG面积百分含量95.164%差不多。
    再看看2-乙酰基吡啶的情况,通过提取离子离子可以看到含量非常小。

    图 2-乙酰基吡啶提取离子离子和PG的比较(小图)
    *************************************************************************************************************

    图 2-乙酰基吡啶提取离子离子和PG的比较

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  • symmacros

    第2楼2017/03/27

    应助达人

    再看一个网友zwq1973(amdis定量问题http://bbs.instrument.com.cn/topic/6409974)例子

    附件是我分析的一个数据文件,其中夹杂在丙二醇中有异丁酸乙酯,丁酸乙酯,乳酸乙酯,我通过amdis检索后丙二醇只抓到7.447的那段,含量只占整个配方的1.2%,而丁酸乙酯这么小含量为0.2%,丙二醇的含量明显不对啊,或者说amdis上读出来的丙二醇的面积不对了。我理解是没将所有丙二醇的面积算进去,那么丙二醇具体的量是多少怎么确定呢?或者丙二醇的总面积是多少怎么定呢?
    先看看网友02066样品的总离子色谱图TIC:

    图 网友02066样品的总离子色谱图TIC
    ************************************************************************************************************************
    运行amdis后结果(初步参数)是ethyl butyrate 0.18%, PG 1.26%.。总的amount相加仅为14.8%。
    PG的分数应该为100%-14.8%+1.26%=86.46%,和TIC的PG面积百分含量85.564%差不多。
    附TIC百分面积%报告:
    Area Percent Report
    Data Path : C:\msdchem\1\DATA\other\
    Data File : 02066.D
    Acq On : 23 Feb 2017 17:25 (#1); 23 Feb17 5125 p (#2)
    Operator :
    Sample :
    Misc :
    ALS Vial : 1 Sample Multiplier: 1
    Integration Parameters: events.e
    Integrator: ChemStation
    Method : C:\msdchem\1\METHODS\default.m
    Title :
    Signal : TIC: 02066.D\data.ms
    peak R.T. first max last PK peak corr. corr. % of
    # min scan scan scan TY height area % max. total
    --- ----- ----- ---- ---- --- ------- ------- ------ -------
    1 3.175 211 223 280 BV 14489576 492406185 3.69% 3.158%
    2 6.195 576 842 1268 BV 4 10057428 13342930920 100.00% 85.564% PGinclude ethylbutyrate
    3 8.397 1268 1293 1417 VB 1299899 56095934 0.42% 0.360%
    4 14.115 2446 2465 2496 BB 2 116416 4094192 0.03% 0.026%
    5 14.814 2573 2608 2620 BV 4 56359 1629991 0.01% 0.010%
    6 15.362 2703 2721 2741 BB 2 88010 3170866 0.02% 0.020%
    7 15.611 2750 2772 2802 BB 2 715521 25324049 0.19% 0.162%
    8 16.044 2833 2860 2904 VB 2 396288 23720936 0.18% 0.152%
    9 17.278 3097 3113 3135 BB 2 158243 5753441 0.04% 0.037%
    10 18.930 3433 3452 3471 BV 3 112675 4259602 0.03% 0.027%
    11 19.873 3616 3645 3677 BB 1846745 73845649 0.55% 0.474%
    12 26.741 4883 5053 5122 BV 26679583 1300687468 9.75% 8.341%
    13 28.874 5467 5490 5527 BB 3 394899 17360792 0.13% 0.111%
    14 30.816 5861 5888 5929 BB 607172 26724145 0.20% 0.171%
    15 31.791 6074 6088 6114 VB 80581 3593041 0.03% 0.023%
    16 35.639 6858 6876 6901 BB 59869 2421198 0.02% 0.016%
    17 36.916 7114 7138 7170 BB 101028 4825159 0.04% 0.031%
    18 37.863 7302 7332 7356 BB 2 66233 3147504 0.02% 0.020%
    19 39.272 7590 7621 7690 BB 2 662514 35540895 0.27% 0.228%
    20 42.168 8194 8214 8246 BB 4 133133 5790679 0.04% 0.037%
    21 42.622 8286 8308 8334 BV 6 88952 3882519 0.03% 0.025%
    22 42.857 8334 8356 8400 PB 2 176786 9509640 0.07% 0.061%
    23 44.143 8584 8619 8655 BB 3 249955 11171061 0.08% 0.072%
    24 44.621 8682 8717 8752 BB 3 200258 9787748 0.07% 0.063%
    25 53.334 10492 10503 10522 BV3 190808 4960113 0.04% 0.032%
    26 53.472 10522 10531 10545 VV2 142753 3347295 0.03% 0.021%
    27 53.958 10622 10631 10648 BV 108457 2524751 0.02% 0.016%
    28 54.402 10713 10722 10736 BV3 65761 1426716 0.01% 0.009%
    29 55.086 10853 10862 10898 BV 446343 9310515 0.07% 0.060%
    30 60.617 11965 11996 12003 PV 51510 1562574 0.01% 0.010%
    31 60.848 12008 12043 12065 VV 3852280 95721538 0.72% 0.614%
    32 60.962 12065 12066 12069 VV3 185069 2239423 0.02% 0.014%
    33 60.989 12069 12072 12099 VV 5 183402 5255097 0.04% 0.034%
    Sum of corrected areas:15594021636
    Signal : 02066.D\FID1A.ch
    peak R.T. Start End PK peak corr. corr. % of
    # min min min TY height area % max. total
    --- ----- ----- ----- --- ------- ------- ------ ------
    No peaks were detected using the methodintegration parameters!
    default.m Sun Mar 2623:00:07 2017
    可以看出amdis在搜索检索小的组分的效果不错,但定量只是大概。如果需要准确定量,可以考虑使用提取离子或SIM等方法来定量。

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  • zwq1973

    第3楼2017/03/27

    应助达人

    朱老师,这种计算的方式是不是只适用整个香精中除了一个东西,其他的物质都全部抓到都是全部积分的情况下。如果同时出现几个物质没有全部积分,那就不能用这样方法计算了吧。

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  • symmacros

    第4楼2017/03/27

    应助达人

    上面的方法适用于有单个溶剂大峰的情况,多个大峰未积分的情况后面再讨论。

    zwq1973(zwq1973) 发表:朱老师,这种计算的方式是不是只适用整个香精中除了一个东西,其他的物质都全部抓到都是全部积分的情况下。如果同时出现几个物质没有全部积分,那就不能用这样方法计算了吧。

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  • 花开见我

    第5楼2017/03/27

    朱老师,使用AMDIS,丙二醇可以100%减去总的amount,再加上amount中丙二醇的量,那其他小组分,amount是否准确呢。

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  • 百万个为什么

    第6楼2017/03/27

    感谢朱老师分享经验,这个问题也是迷惑很久了

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  • 風痕

    第7楼2017/03/27

    应助达人

    有点高深,小白先学习一下。

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  • symmacros

    第8楼2017/03/27

    应助达人

    小组分一般设置合理的参数条件,量还比较准,对于复杂的大峰直接积分量就不准确。

    花开见我(cai008) 发表:朱老师,使用AMDIS,丙二醇可以100%减去总的amount,再加上amount中丙二醇的量,那其他小组分,amount是否准确呢。

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  • symmacros

    第9楼2017/03/27

    应助达人

    我以前主要关注一般成分和小成分,对于大峰不规则峰峰型不好的峰也没有更多关注。

    百万个为什么(everlastingz) 发表:感谢朱老师分享经验,这个问题也是迷惑很久了

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  • symmacros

    第10楼2017/03/27

    应助达人

    客气了,我以前是用自己的软件来计算,也没有这样到这个问题。

    風痕(yiwang520) 发表:有点高深,小白先学习一下。

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