免疫算法: 一种新的多组分重叠色谱信号的解析方法

色谱及其联用技术的快速发展使其成为复杂样品分析的重要手段,但在复杂样品分析中仍难以避免多组分色谱信号的重叠。化学计量学利用数学方法对复杂重叠信号进行解析,为复杂样品的色谱分析提供了新的手段。本文对免疫算法研究的近期进展进行了总结,并以具体的实例介绍了其在多组分重叠色谱信号解析方面的应用。     

一种新型交替迭代算法用于农药GC-MS信号快速分析

化学计量学算法为重叠GC-MS信号解析提供了有效手段. 免疫算法(IAs)可根据标准样品的信号(色谱或质谱)对重叠GC-MS信号进行解析并得到重叠信号中各组分的信息. 但是标样信号与实际测量信号之间的差别会造成解析结果出现偏差. 针对标样信号与测量信号不一致的问题, 作者提出了一种交替迭代算法用于重叠GC-MS测量信号的直接解析. 该方法在不提供标样信号的情况下可以解析出组分的质谱和色谱信息. 计算过程中, 采用随机产生的质谱作为初始输入, 利用最小二乘和IA算法交替计算质谱和色谱, 直到满足终止条件. 采用所建立的方法对40种组分的农药混合物进行了分析, 使用快速升温程序在10 min保留时间内得到了全部组分的色谱和质谱信息.     

免疫算法用于复杂样品的GC-MS快速分析

建立了一种基于免疫算法的复杂样品气相色谱-质谱联用(GC-MS)快速分析方法, 该方法采用快速温度程序测定复杂样品的GC-MS信号, 再通过快速解析得到各组分的信息. 计算过程中, 采用各种可能存在于混合物中的组分质谱作为算法的输入, 按照保留时间的顺序逐一对重叠的质谱信号进行解析, 得到各组分的色谱信息. 对于混合物中实际存在的组分可得到该组分的色谱流出曲线, 而对于混合物中不存在的组分所得色谱流出曲线几乎为零. 采用所建立的方法对含有16个组分的有机磷农药混合物进行了分析, 在保留时间10 min内得到了所有组分的色谱信息.     

复杂色谱信号自动解析中的化学计量学方法

色谱及其联用技术日趋完善,并向自动化、高通量和快速的方向发展。化学计量学利用"数学分离"手段,可以实现色谱信号的自动化解析,已成为现代色谱分析中非常活跃的研究领域。但以往的化学计量学方法并不能完全有效地实现复杂色谱信号自动化解析。为此,自动化色谱解析算法成为科研工作者关心的重点,众多新型的自动化解析算法被提出。针对复杂一维色谱数据以及联用仪器得到的二维和更高维数据的自动化分析,化学计量学研究主要集中在自动色谱峰识别、背景以及基线漂移校正、色谱谱峰漂移校正以及重叠色谱峰的解析。该文对近十年来发展的复杂体系色谱信号自动化解析中化学计量学方法的原理与应用进行了总结与评述,比较了各类方法的优势与不足。在此基础上,针对当前色谱自动化分析过程中的难题对未来该领域的研究方向进行了展望。     

基于高通量解析算法的复杂样品重叠气相色谱-质谱信号的快速分析

化学计量学算法为重叠气相色谱-质谱(GC-MS)信号的解析提供了有效手段,但其在计算过程中一般需要将数据进行分段处理,然后只对信号的某些区间进行解析,难以实现真正意义上的高通量分析。该文结合移动窗口目标转换因子分析(MWTTFA)和非负免疫算法(NNIA),建立了一种高通量解析方法。首先,根据所有可能存在的目标组分的标准质谱信息,利用MWTTFA检验复杂信号中存在的组分,并确定目标组分的质谱信息和洗脱时间区域。以得到的质谱信息作为后续计算的输入值,利用NNIA解析得到相应的色谱信息。采用快速升温程序对17种和42种农药混合标准样品的GC-MS信号进行分析,利用所建立的方法可在10 min内得到全部组分的色谱和质谱信息。     

HELP法在中草药分析中的应用研究 －冬虫夏草的化学成分测定

基于直观推导式演进特征投影(HELP)法,对冬虫夏草子座和虫体分别进行了多组分同时定性定量测定.结果表明,HELP法能减少样本提取分离的步骤,降低色谱分离条件的要求,提高检测准确度.联用色谱检测与化学计量学解析法相结合将为复杂中草药分析提供一种全新手段.     

一种新型的信号拟合方法--免疫算法

通过对免疫系统免疫机制的模拟,提出了一种新型的信号拟合算法。该算法根据所提供的标样信息对重叠分析化学信号进行拟合,从重叠信号中提取单一组分的信息,从而实现了多组分混合信号的解析。对模拟信号的实验信号的处理结果表明,该方法可方便地用于多组分重叠色谱信号的解析。     

色谱-质谱联用技术的应用-毛细管色谱-质谱联用部分

近年来,色谱-质谱联用(以下简称色-质谱)技术迅速发展,在有机化学、生物化学、医药学、香料化学、农药、环境化学以及地球宇宙化学等领域中已得到了广泛的应用。色-质谱克服了过去气相色谱法在缺乏纯物质校对时难于定性的缺点和质谱方法对混合物中多组分共存时分析谱图的困难。所以色谱与质谱联用后兼备了色谱分离的特长和质谱鉴定灵敏的优点。因此在分析复杂混合物时显示了极大的优越性。在有机分析化学领域中已被公认为最有效的分析工具之一。根据毛主席关于“独立自主,自力更生,艰苦奋斗,勤俭建国”的方针和“洋     

一种新型的信号拟合方法─—免疫算法

通过对免疫系统免疫机制的模拟,提出了一种新型的信号拟合算法。该算法根据所提供的标样信息对重叠分析化学信号进行拟合,从重叠信号中提取单一组分的信息,从而实现了多组分混合信号的解析。对模拟信号和实验信号的处理结果表明,该方法可方便地用于多组分重叠色谱信号的解析。     

中药药对的化学成分研究——川芎-赤芍挥发油的GC/MS分析

中药药对是复方的最小组成单位,具有中药配伍的基本特点. 药对化学是复方化学的核心内容. 联用色谱和化学计量学方法为中药复杂体系的分离与分辨提供了强有力的工具. 采用GC-MS法分离测定中药药对川芎-赤芍、 单味药川芎和赤芍的挥发油成分,并对其中的重叠色谱峰采用化学计量学解析方法(CRM)进行分辨,得到药对和各单味药的纯色谱曲线和质谱图,药对川芎-赤芍、 单味药川芎和赤芍分别分辨出82,78和57个色谱峰,通过质谱库对分辨的纯组分进行定性,分别得到61,52和33个定性结果,占总含量的90.18%,95.14%和95.82%.     

小波包分析用于重叠分析化学信号的处理

对小波包分析的算法进行了改进,并将此算法成功地应用于多组分重叠色谱信号的解析.结果表明,本文提出的算法解决了MRSD算法的不足,更适合处理分析化学信号,用于重叠信号的解析时不需重构(逆变换),简化了数据处理步骤,加快了数据解析速度,具有较强的解析能力.对于重叠色谱信号的解析,小波包分析比小波分析具有更强的解析能力.     

GC-MS与正交投影法或渐进窗口正交投影法用于羌活挥发油成分的测定

中药化学组成的定性定量测定是药物活性理论的基础,联用色谱及其相关的化学计量学方法为中药复杂体系的分离和分辨提供了强有力的工具.采用GC-MS法对传统中药羌活中的挥发油成分进行了分离测定,并对其中重叠色谱峰根据其重叠程度,采用迭代的正交投影法(OPA)和非迭代的渐进窗口正交投影法(EWOP)进行了分辨,得到每个组分的纯色谱和光谱曲线,共分辨出98个色谱峰,通过质谱库检索得到其中65个组分的定性定量结果,占总含量的92.13%.     

免疫-遗传算法用于混合物重叠核磁共振信号解析

通过对免疫系统中抗体对外来抗原的识别、消除等过程的模拟,建立了一种新型的免疫算法模型.将标样信号作为抗体,混合物重叠信号作为抗原输入免疫算法模型,通过迭代运算,从抗原中消除抗体所表示的信息,当抗原被抗体完全消除时,即实现了混合物重叠信号的解析.对多组分混合氨基酸NMR谱图的解析结果证明,该算法可方便地用于多组分重叠信号的解析,为利用数据库解析混合物或生物大分子等物质的复杂NMR谱图开辟了一条全新的途径.     

非负矩阵因子分解法分析苍术的气相色谱-质谱重叠峰

非负矩阵因子分解(non-negative matrix factorization,NMF)是对非负数据处理的一种多元统计分析方法.NMF分解结果没有"负值",易于理解和解释,具有比较明确的物理化学意义.由于其多解的特征,文献介绍的NMF算法并不能直接用于化学混合信号解析.作者根据化学波谱的基本特征(化学波谱的平滑性、色谱的单峰性以及质谱的稀疏性)对NMF算法进行了改进,缩小了其多解范围.应用改进的NMF进行模拟HPLC-DAD型两维数据(其中色谱严重重叠和完全重叠)和苍术GC/MS实验数据解析,得到了比较理想的结果.实验表明,改进后的NMF是一个可用于复杂样品化学信号分析的化学计量学新方法.     

岩香菊精油的气相色谱-气相色谱-质谱联用分析

在植物挥发油等复杂有机混合物的气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析中,常遇到分离不良的色谱峰,所取得的质谱不易识别和解析。多维色谱法则是解决复杂有机混合物分离的有力工具。对质谱工作而言,把多维色谱的卓越分离能力与质谱仪的定性鉴定能力结合起来,构成一个气相色谱-气相色谱-质谱联用(GC-GC-MS)系统,就能大大改进常规GC-MS系统的功能,但有关报道很少,尚未得到     

基于微流控芯片-质谱联用的细胞分析研究进展

微流控芯片与质谱联用为细胞研究提供了一个很好的研究平台.质谱的高灵敏度和对化合物独特的鉴别能力可以从复杂的化学信息背景中筛选识别出微量目标物,是细胞分析理想的检测手段.本文重点综述了近年来基于微流控芯片-质谱联用技术的细胞研究进展,从芯片-电喷雾质谱(ESI-MS)接口技术、集成化的样品前处理技术、细胞的药物代谢和细胞相互作用研究及基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI-MS)的细胞分析应用等方面总结了最新的方法和技术发展.并展望了芯片-质谱联用新技术应用于细胞分析的可能性.     

气质联机CAI软件的开发设计

在分析化学中,气相色谱的作用主要是作为分离分析的工具,其优点是能分离分析多组分的复杂体系,分离效率高,分析速度快,灵敏度高。质谱分析是一种物理分析方法,根据质谱图中某一带电粒子（离子）对应的谱线位置及该粒子的电荷数,可以得到对应的质量数,用于进行定性分析;还可以根据谱线的黑度或相应的离子流的相对强度,进行定量分析。在各种波谱法中,质谱是目前能最有效地与色谱联用的方法,从而为鉴别成分复杂的混合物提供了一种强有力的分析技术──色质联用（包括气相色谱质谱联机（简称气质联机）和液相色谱质谱联机等）。…     

HELP法在中草药分析中的应用研究

基于直以推导式演进特征投影（ＨＥＬＰ）法,对冬虫夏草子座和虫体分别进行了多组分同时定性定量测定,结果表明,ＨＥＬＰ法能减少样本提取分离的步骤,降低色谱分离条件的要求,提高检测准确度,联用色谱检测与化学计量学解析法相结合将为复杂中草药分析提供一种全新手段。     

直观推导式演进特征投影法测定不同方法提取的国产血竭中龙血素B的含量

利用HPLC-DAD产生的二维数据和化学计量学方法-直观推导式演进特征投影法（HELP），解析了不同提取方法得到的国产血竭中的重叠色谱峰，并对其中的指标性成分-龙血素B进行了含量测定，结果满意。这表明这化学计量学方法与现代分析手段有机结合，将为中药等复杂体系的分析提供一条新途径。     

HELP法在中草药分析中的应用研究-冬虫夏草的化学成分测定

基于直观推导式演进特征投影（ＨＥＬＰ）法,对冬虫夏草子座和虫体分别进行了多组分同时定性定量测定．结果表明,ＨＥＬＰ法能减少样本提取分离的步骤,降低色谱分离条件的要求,提高检测准确度．联用色谱检测与化学计量学解析法相结合将为复杂中草药分析提供一种全新手段