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AMDIS初步应用 (19) –如何利用Nist Search的结果弥补数据库局限性

  • symmacros
    2021/11/30
    Science
  • 私聊

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 (19)

    –如何利用Nist Search的结果弥补数据库局限性



    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。

    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GCMS数据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 of Standards and Technology)提供。

    The Automatic Mass Spectral Deconvolution and 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。



    图1 解卷积过程的简单示意图



    (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,特别是对于香精及香气香味样品这类复杂的混合物。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。)

    (19) –如何利用Nist Search检索结果



    AMDIS自动化质谱图解卷积和鉴定软件是一款非常优秀的解卷积,共流峰拆分数据处理软件。使用非常方便快速高效。但是必须有相应的数据库来支持才能较好完成自动化解卷积拆分处理数据这项工作。所以有没有相应的数据库就无法进行自动数据处理。建立数据库也是一件非常麻烦费时的工作。如果不使用数据库,借用别的方式进行检索,也是一种不错的选择。本文介绍利用NIST Search软件检索的结果进行amdis解卷积处理GCMS数据。弥补有限的化合物数量的AMDIS库的问题。

    1. 最简单的单个峰(组分)NIST Search检索

    在Amdis界面下面部分任意地方鼠标右键点击,选NIST Library----Go to NIST MS Program,如下图。



    图 2 单个化合物Amdis到NIST Search



    这样就进入NIST Search,可以看在Amdis的检索结果和NIST Search检索结果都是一样的,是Acetone。



    图3 NIST Search检索结果




    2. 多个峰(组分)NIST Search检索

    在Amdis界面下面部分任意地方鼠标右键点击,选NIST Library----Add Component/Scan to Search List (0或n),如下图。这样当前这个化合物(峰)就进入NIST Search了。继续添加需要检索的化合物。



    图 4 多个化合物Amdis到NIST Search



    然后Go NIST Search就在NIST Search里面看到已经选择的化合物了,然后可以查看它们的检索结果了。



    图5 多个化合物NIST Search检索结果

    可以看到在NIST Search有3个传送过来的质谱数据。其中第三个(2.581min)检索结果是Ethyl acetate,而在Amdis的结果里面是??n-Propyl acetate,匹配度不高,Weighed仅为60。这是因为Amdis所选的谱库(Amdis本身所带的NISTFF.MSL)不够好而引起的。而NIST Search的结果更为准确,可以补充弥补数据库有限化合物的不足之处。


    3. 在Amdis检索结果里面直接得到所以峰/化合物的NIST Search结果

    在Amdis的Analysis菜单点击Search NIST Library…

    图6 Amdis到NIST Search

    看到Search NIST Library的参数对话框,如下图。

    图7 Search NIST Library参数和NIST Search检索库选择

    Hit reported per search下面Max # hits可以选择最多的匹配数;Min match factor可以选择最低的匹配度;probability选匹配概率。

    Use instrument m/z limits打勾;Build combined result打勾。

    Select from下面选All components(n)。

    Number of components searched:Largest components:选最多需要检索的化合物个数;或者选All above threshold选择过滤的阈值。

    NIST MS directory选择NIST Search的文件路径。

    Libraries:选择使用的NIST Search检索的数据库,可以单个或多个数据库。

    然后Select回到上一级对话框,点击Analyze运行NIST Search程序。

    图8 运行NIST Search程序

    重新对话框,选择Keep,保留Amdis结果。

    图9 Amdis结果保留


    这样在Amdis检索结果里面就有NIST Search检索的结果了。

    图10 显示不同检索结果

    在Amdis的View菜单下面可以选择Show NIST Search(NIST Search检索结果)或Show Amdis Search(Amdis检索结果)或Show Merged Result(两者合并结果)。

    图11 合并结果

    上图为Amdis检索和NIST Search检索的合并结果,可以看到2.5814有两个结果,??n-Propyl acetate和>Ethyl Acetate。这样可以通过对比匹配度和谱图对比来选用合适的结果。例如Ethyl Acetate的weighted是95,而??n-Propyl acetate的weighted仅为60,就不对了。


    这样就可以在AMDIS上面利用NIST Search全检索结果了,弥补AMDIS库谱不够的问题了。对于没有AMDIS数据库或者数据库化合物条目有限的朋友是一个参考。


    AMDIS结果和NIST Search结果内容有所区别,前者内容多一些,后者少一些(化合物名称前面<)。这是因为两者来自不同的检索方式和不同的结果表达,并不影响结果。

    图12 AMDIS结果


    图13 NIST Search结果

    全文完

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  • symmacros

    第1楼2021/11/30

    应助达人

    欢迎批评指正!

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  • fjj1989

    第2楼2021/12/01

    应助达人

    Nist Search 有时候挺好用的 可以帮忙确定检索的结果是否正确。
    在AMDIS里面直接得到Nist Search结果倒是没有想到有这个操作,只会用到一些基本常用的功能,又学习到了。

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  • symmacros

    第3楼2021/12/01

    应助达人

    因为我Amdis库,我以前也没有注意,新版2.7才注意到,有些以前的Amdis版本可能有所不同。

    fjj1989(v3128295) 发表:Nist Search 有时候挺好用的 可以帮忙确定检索的结果是否正确。
    在AMDIS里面直接得到Nist Search结果倒是没有想到有这个操作,只会用到一些基本常用的功能,又学习到了。

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  • m3336169

    第4楼2021/12/02

    请问朱老师,如果没有AMDIS库的话,使用该软件能识别出所有的峰吗?或者在使用NIST search配合时时自动识别全部的峰吗?还是仅仅是AMDIS根据所选择的库匹配到的峰进行NIST检索?

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  • symmacros

    第5楼2021/12/02

    应助达人

    使用启动时候需要一个Amdis库,很小都行,也可以用Amdis自带的NISTFF.MSL库。是否能识别所有峰,取决于Amdis的参数设置,以及NIST Search所使用的谱库。总的结果是Amdis库+NIST Search库(本身或自己添加的库都行)。

    m3336169(m3336169) 发表:请问朱老师,如果没有AMDIS库的话,使用该软件能识别出所有的峰吗?或者在使用NIST search配合时时自动识别全部的峰吗?还是仅仅是AMDIS根据所选择的库匹配到的峰进行NIST检索?

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  • m3336169

    第6楼2021/12/02

    谢谢朱老师的回答。

    那倒是挺方便的,即便没有自己谱库也依然可以通过AMDIS来解谱并通过NIST进行检索。免去了自己手动解谱的麻烦

    symmacros(jimzhu) 发表: 使用启动时候需要一个Amdis库,很小都行,也可以用Amdis自带的NISTFF.MSL库。是否能识别所有峰,取决于Amdis的参数设置,以及NIST Search所使用的谱库。总的结果是Amdis库+NIST Search库(本身或自己添加的库都行)。

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  • symmacros

    第7楼2021/12/02

    应助达人

    自己有比较完整数量足够大的库就不用这样了。自己建库也是很麻烦费时的一件事情。这个方法是个很好的补充。如果选用的NIST search库化合物数量大,就很有优势。

    m3336169(m3336169) 发表: 谢谢朱老师的回答。

    那倒是挺方便的,即便没有自己谱库也依然可以通过AMDIS来解谱并通过NIST进行检索。免去了自己手动解谱的麻烦

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  • m3336169

    第8楼2021/12/02

    比较适合未知物感觉。

    而且还可以同时多个匹配

    symmacros(jimzhu) 发表: 自己有比较完整数量足够大的库就不用这样了。自己建库也是很麻烦费时的一件事情。这个方法是个很好的补充。如果选用的NIST search库化合物数量大,就很有优势。

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  • tulipylm0499

    第9楼2021/12/02

    好像记得nist可已转成amdis的库格式,很久没有用了 不知掉对不对

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  • symmacros

    第10楼2021/12/02

    应助达人

    可以的,小型库比较好转,但大型库就不能完全来转换,只能部分。

    tulipylm0499(tulipylm0499) 发表:好像记得nist可已转成amdis的库格式,很久没有用了 不知掉对不对

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