李剑超
LC-MS分析中基质效应的处理
2023-12-1 22:43
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液相色谱-质谱联用(LC-MS)是一种强大的分析技术,可以用于检测和鉴定复杂样品中的多种化合物。然而,LC-MS分析也面临着一些挑战,其中之一就是基质效应。基质效应是指样品中的非目标化合物对目标化合物的离子化或检测产生的干扰,导致目标化合物的信号强度或准确度降低。基质效应可能是正的或负的,取决于非目标化合物是增强还是抑制目标化合物的离子化。基质效应的后果是造成目标化合物的定量分析的误差,影响数据的可靠性和可比性。

 基质效应的产生原因主要有以下几个方面:

 (1) 溶剂效应:不同的溶剂或溶剂组成对离子化过程的影响不同,导致目标化合物的信号强度变化。例如,有机溶剂通常会增强电喷雾电离(ESI)的效率,而水溶剂则会降低ESI的效率。

(2)   离子抑制或增强:样品中的非目标化合物与目标化合物竞争离子化或形成加合物,影响目标化合物的信号强度。例如,样品中的盐类、表面活性剂、蛋白质等物质可能会抑制目标化合物的离子化,而样品中的有机酸、碱等物质可能会增强目标化合物的离子化。

(3)   空间效应:样品中的非目标化合物占据了电喷雾器的空间,影响目标化合物的传输和离子化。例如,样品中的高浓度或高分子量的物质可能会阻塞电喷雾器的毛细管,导致目标化合物的信号强度降低。

(4)   质谱仪效应:样品中的非目标化合物对质谱仪的工作参数或性能产生的干扰,影响目标化合物的检测。例如,样品中的非目标化合物可能会造成质谱仪的污染、内部标准的偏差、质量校准的误差等。

 为了克服基质效应,研究者们通过实践提出了一些策略,主要包括以下几个方面:

 (1) 样品前处理:通过改进样品的提取、纯化、稀释等方法,尽可能地减少样品中的非目标化合物,降低基质效应的影响。例如,使用固相萃取(SPE)、液液萃取(LLE)、蛋白质沉淀(PPT)等方法可以去除样品中的盐类、表面活性剂、蛋白质等物质。

(2) 内标法:通过添加与目标化合物结构相似的稳定同位素标记的内标物,来校正基质效应对目标化合物的信号强度的影响。例如,使用13C或15N标记的内标物可以与目标化合物形成相同的加合物或碎片,从而消除基质效应的影响。

(3) 标准加入法:通过在样品中加入已知浓度的目标化合物的标准溶液,来校正基质效应对目标化合物的信号强度的影响。例如,使用标准加入法可以消除溶剂效应或空间效应的影响,从而提高目标化合物的定量准确性。

(4) 优化分析条件:通过调整分析方法的参数,如溶剂组成、流速、离子化模式、碰撞能量等,来降低基质效应的影响。例如,使用适当的溶剂组成可以提高目标化合物的离子化效率,使用适当的离子化模式可以减少非目标化合物的干扰,使用适当的碰撞能量可以增强目标化合物的特征碎片。

 除了上述的策略,AI深度学习技术也可以用于优化LC-MS分析中的基质效应的处理:

 (1) 峰检测和积分:通过使用卷积神经网络(CNN)等深度学习模型,可以实现对LC-MS数据中的峰的精确检测和积分,从而减少噪声和假阳性的影响。例如,Peakonly是一种基于CNN的峰检测算法,可以对LC-MS数据中的感兴趣区域(ROI)进行分类和分割,从而实现高精度的峰检测和积分。此外,CNN还可以用于提取LC-MS数据中的特征,从而提高峰检测的效率和灵敏度。例如,DeepIso是一种基于CNN的特征提取算法,可以对LC-MS数据中的同位素峰进行识别和分离,从而提高峰检测的准确性和鲁棒性。

(2) 峰匹配和鉴定:通过使用自编码器(AE)等深度学习模型,可以实现对LC-MS数据中的峰的匹配和鉴定,从而提高目标化合物的识别率和可信度。例如,DeepCCS是一种基于AE的峰匹配算法,可以根据碰撞截面(CCS)和质荷比(m/z)来匹配LC-MS数据中的峰,从而提高目标化合物的鉴定准确性。另外,AE还可以用于降低LC-MS数据的维度,从而提高峰匹配的速度和效果。例如,DeepMS是一种基于AE的维度降低算法,可以对LC-MS数据进行非线性映射,从而提高峰匹配的性能和可解释性。

(3) 峰定量和校正:通过使用多层感知器(MLP)等深度学习模型,可以实现对LC-MS数据中的峰的定量和校正,从而消除基质效应对目标化合物的信号强度的影响。例如,DeepQuant是一种基于MLP的峰定量算法,可以根据内标物的信号强度来校正目标化合物的信号强度,从而消除基质效应的影响。此外,MLP还可以用于预测LC-MS数据中的峰的浓度,从而提高峰定量的精度和稳定性。例如,DeepConc是一种基于MLP的峰浓度预测算法,可以根据峰的信号强度和其他特征来预测峰的浓度,从而提高峰定量的可靠性和灵活性。


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