基于离子淌度质谱的代谢物碰撞截面积测量方法和数据库研究进展

代谢组学旨在全面系统地分析复杂生物样本中的代谢物。近年来,离子淌度质谱(IM-MS)技术快速发展,为代谢组学分析提供了强大的技术支撑。离子淌度质谱根据代谢物的化学结构进行气相分离,其衍生的碰撞截面积(CCS)可作为一种新的物理化学性质,辅助用于鉴定已知和未知代谢物的化学结构。碰撞截面积在代谢组学中的应用需要确保对其准确测量,同时需要构建高覆盖、高准确的碰撞截面积数据库。本文旨在介绍常见的不同类型商业化离子淌度质谱及其对小分子代谢物碰撞截面积测量和校正的原理,归纳目前可用于代谢组学应用的碰撞截面积数据库,并展望碰撞截面积在代谢组学中的应用。

基于离子阱质谱的离子碰撞截面积测量方法研究进展

近年来,随着分子结构分析需求的不断增加,开发离子阱质量分析器测量离子碰撞截面积的方法成为研究热点。该方法能降低仪器复杂度,并且能同时获得高分辨的质量和分子立体结构信息,逐渐成为与离子淌度谱(IMS)互补的测量碰撞截面积的有效手段。目前,已经实现了傅里叶变换离子回旋共振阱(FT-ICR)、轨道离子阱(Orbitrap)、四极离子阱(QIT)、静电线性离子阱(ELIT)测量离子碰撞截面积(CCS)。但该项技术仍存在诸多挑战,如分辨率不高、受气压因素影响、无法区分同分异构体等。本文阐述了离子与缓冲气体分子碰撞理论、不同离子阱质谱仪测量碰撞截面积的方法,并总结测量方法的优缺点,展望未来的研究方向。

基于傅里叶变换-离子回旋共振质谱的离子碰撞截面测量方法及应用

傅里叶变换-离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)具有较高的分辨率和串联质谱分析能力。离子在分析池中做回旋运动时,镜像电流会因离子与中性分子发生碰撞而逐渐衰减。基于此,通过选择合适的理论模型,并结合相应的算法,可推算出离子的碰撞截面(CCS)。该方法无需增加仪器硬件成本,可通过直接分析高分辨质谱数据获取离子结构信息。近年来,随着FT-ICR MS仪器的发展和推广,该方法得到快速发展。本文综述了此类方法使用的碰撞模型、利用时域和频域信号进行数据分析的不同方法及特点,虽然提供的离子CCS数据的可靠性和准确度有待进一步提高,但在离子的动态CCS测量以及离子异构化的研究中表现出独特优势。该方法可进一步与离子淌度技术相结合,借助FT-ICR MS较高的质量分辨能力和离子操控能力,提供多维度的离子结构信息。

离子淌度质谱在食品分析中的应用

离子淌度谱是一种以样品离子在电场和气流共同作用下发生迁移时的差异来表征化合物的技术,可根据离子的电荷数、质量、尺寸以及形状对其进行分离,同时还可以通过计算出离子的碰撞横截面积,从而获得化合物的结构信息,在分离物质的同分异构体方面表现出优异的性能。近年来,多种离子淌度技术相继出现,并与质谱技术相联合广泛应用于食品、生物、医药、环境等领域。本文介绍了离子淌度谱技术的种类和工作原理,分析了不同种类技术当前存在的优势和缺陷,综述了离子淌度谱和液相、质谱等多维联用在分析鉴定食品营养活性成分和食品化学危害物中的应用,并对该技术的应用前景和发展趋势进行了展望。

基于CC1100的UHF RFID阅读器设计

采用ARM9系列的S3C2440作为CPU,CC1100作为射频收发器,设计特高频(UHF)RFID手持式阅读器。射频电路采用两片CC1100以解决单片不能同时收发信号的缺点,采用两级放大持续对阅读器连续供电,并对阅读器软件部分的防碰撞算法进行优化。结果表明,与传统时隙ALOHA防碰撞算法相比,改进的防碰撞算法的吞吐率维持在0.357左右,吞吐率平均提高了8.44%,碰撞概率平均降低了6.3%。所以,阅读器系统有效提高了单位时间内标签读取的准确性、读取速度、识别率,降低了标签相互碰撞的概率。

基于CC2500的2.45GHz RFID系统设计

提出了一种基于CC2500射频芯片的低成本2.45GHz RFID系统设计方案。从硬件电路设计和软件实现两方面,解决RFID系统中有源标签的功耗问题,并在CC2500的硬件功能基础之上,利用时分多址(TDMA)与频分多址(FDMA)相结合的方法实现多标签识别的防碰撞算法。

成帧二进制树防碰撞算法的研究与实现

结合实际开发平台,改进了成帧二进制树防碰撞算法,并分析其性能与算法实现对硬件平台的要求,最后在研制的RFID系统中实现该算法.通过测试表明,改进后的算法标签碰撞的识别率高,盘存快.

防碰撞无芯片多标签的识别

提出了一种新型无芯片多标签识别方法,通过将标签ID传送到存储在阅读器(查找表)中的表中查寻来完成。此外,给出了一种标签结构,标签的ID是唯一的。标签工作在1.5~5.5GHz的超宽带频率范围内,仿真给出了标签的雷达散射截面积曲线图,仿真结果与理论分析一致,验证了本设计的合理性。相比于传统的无芯标签识别方法,该标签识别对阅读器的计算精度要求大大降低,减少了阅读器的设计成本。

基于CSMA-CA机制的P-GFSA防碰撞算法设计

RFID系统由标签和阅读器组成,往往标签的数量远远大于阅读器,这样就容易产生标签碰撞问题。因此,标签防碰撞算法的性能直接决定了RFID系统中阅读器识别标签的能力和采集数据的速度。在分析了传统防碰撞算法的基础上,本文提出一种基于CSMA-CA机制的预分组GFSA防碰撞算法,并在有源RFID系统上实现。经过测试,该算法适合有源RFID系统,在大量标签处于动态的环境下,性能好于传统算法。

对混合气体相互碰撞规律的探讨

对同种气体分子间的相互碰撞规律,在有关大学教材中,都已做了大量的分析研究。而对于混合气体中不同分子之间的碰撞规律,好象没有引起注意,这方面的材料也很少见到。其实这个问题,我们认为同样是应该引起人们注意的。对比,我们进行了很长时间的研究,终于找到了有关混合气体分子之间相互碰撞的规律,并作了定量的计算。现介绍如下,供读者参考。

基于CC2500的有源RFID系统的防碰撞算法设计

论文提出了一种基于CC2500射频芯片的低成本2.45GHzRFID系统防碰撞算法设计方案.分别从CC2500的硬件功能及软件实现2方面,利用地址检查与空闲信道评估功能相结合的方法设计RFID系统中有源标签的防碰撞算法,实现多标签识别的功能.

用于目标隐身的等离子体参数的选择

对用于目标隐身的等离子体的电子数密度及其剖面分布、电子碰撞频率、面积、厚度和温度的选取进行了探讨。

75种农药的离子流淌度质谱多维数据库的建立

目的建立75种农药的离子流淌度质谱多维数据库。方法本研究中的农药包括杀虫剂、除草剂和杀菌剂,对75种农药采用离子淌度多维鉴定分析,数据采集信息种类包括精确质量数、二级碎片和碰撞截面积值数据,运用拟合优度(goodness of fit,R^(2))作为统计方法,探究碰撞截面积值和质荷比之间的相关性。结果用75种农药的碰撞截面积值和质荷比进行了统计分析,获得了在不同加合物情况下碰撞截面积值与质荷比之间的非线性关系。在不同的加合物情况下获得了不同的拟合度结果。首先进行了全部加合物计算,拟合度值R^(2)为0.8440;加合物+H离子时,拟合度值R^(2)为0.7786;加合物+Na离子时,拟合度值R^(2)为0.9141;在加合物+H和+Na离子时,拟合度值R^(2)为0.8267。在27份牛奶和20份牛肉样本中,经过筛查未发现本研究中的75种农药残留。结论本方法适用于这75种农药在未知物中的筛查和确证,为未知物中农药筛查中提供数据基础。

面向3C融合的无线抄表系统设计

为了快速有效地实现数字家庭的3C融合,本文提出了一种基于433MHz无线通信技术的无线抄表系统设计方案.该方案中抄表终端和集中器基站采用无线传输芯片CC1020实现有限空间范围的数据传输;同时,本文设计了433MHz通信防碰撞技术实现抄表终端和集中器基站之间的无线组网。试验结果表明,在常见的建筑物包括结构复杂、障碍物较多的小区居民楼内,抄表终端与集中器基站之间数据传输在200m左右时成功率可达90%以上,在比较空旷的空间内传输的效果会更好,本项技术具有良好的推广价值。

基于RFID技术的矿井人员定位读写系统

针对煤矿的安全现状,提出了基于射频识别技术的矿井人员定位读写系统。该方案以TI公司单片机MSP430F5438为核心芯片,结合Chipcon公司的无线射频收发芯片CC1100和外围元器件设计工作频率为915MHz的读卡器。详细论述了读卡器的硬件原理和软件设计思想,给出系统原理图和软件设计流程图,以IAR Embedded Workbench V3.41A为平台进行系统软件的开发。最后分析系统的防碰壁原理和通信协议,采用F-ALOHA算法,以减少碰撞的发生,提高识别精度和效率。通过仿真比较F-ALOHA算法与ALOHA算法,采用F-ALOHA算法传输错误低。结果表明该方案是可行的,适合实际应用。

基于离子淌度质谱研究低浓度甘油对蛋白质结构的影响

甘油作为水溶液中蛋白质的稳定剂,研究其存在时蛋白质的结构变化对蛋白质相关研究和应用具有重要意义。本研究以牛血清白蛋白(BSA)为模型蛋白,采用离子淌度质谱(IM-MS)法和动态光散射法考察在近似生理条件下低浓度甘油对蛋白质结构的影响。在一定浓度范围内,甘油可引起BSA平均电荷和碰撞截面积(CCS)的增加,单个电荷状态也经历了CCS值的增加,还可导致BSA水化半径的增加,表明低浓度甘油可引起溶液中蛋白质结构松散。此外,含0.5%甘油的BSA去折叠的开始电压较高,且去折叠过渡发生在更宽的电压范围内,表明低浓度甘油可提高蛋白质的稳定性。本工作可为甘油稳定蛋白质的机制研究提供参考。

8031单片机构成的RFID读写器硬件设计

针对广泛应用的RFID技术和以太网技术,设计实现基于8031的RFID以太网读卡器硬件和软件系统,并对系统防碰撞算法进行研究,提出一种被动查寻式二叉树型算法。系统实现对RFID卡信息的读取和存储,并能利用以太网进行传输。实验结果表明所研发的产品运行稳定,具有良好的抗干扰性,而且成本低、效果好。

基于离子淌度-质谱技术分析小分子代谢物的研究进展

近年来,不同原理的离子淌度技术相继出现,与质谱技术相结合已广泛应用于许多领域。在小分子代谢物分析中,氨基酸的手性识别、聚糖的结构解析、脂质的结构表征和类固醇的分析十分重要,但由于小分子代谢物化学性质迥异,且普遍存在同分异构现象,增加了分析难度。离子淌度-质谱(IM-MS)技术为复杂基质中小分子代谢物的快速分离和分析提供了新思路,根据离子的质荷比、碰撞截面积(CCS)和结构信息,可快速区分、表征小分子代谢物及其同分异构体。本文介绍了离子淌度-质谱(IM-MS)的主要类型及其在小分子代谢物分析中的应用情况和存在的不足,并展望其发展前景。

漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法分析寡糖同分异构体

分析糖类分子的结构是研究生物功能的必要前提,然而一种糖类常存在多种同分异构体,传统方法难以实现快速有效鉴别。本研究使用漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法将乙腈-水-甲酸溶液中的寡糖同分异构体分子经过电喷雾电离源电离,在漂移管内实现基于离子分子结构和带电荷数的分离,离子在四极杆中碎裂,最终被飞行时间质谱检测。寡糖同分异构体离子到达检测器的时间相差0.15~0.66 ms,能实现部分分离。此外,探讨了离子淌度-质谱(IM-MS)谱图分析时存在的多聚体碎片离子干扰问题。二级质谱使用注射泵直接进样,研究寡糖金属加合离子的裂解方式用于辨别同分异构体。最后,计算了两个寡糖系列的平均碰撞横截面积,可据此使用线性拟合预测同系列更长糖链离子的平均碰撞横截面积值。研究结果表明,漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法能有效实现寡糖同分异构体的定性分析。

离子淌度质谱结合轨迹模型确定二糖配合物气相离子结构

二糖的同分异构体由于结构相似难以直接进行区分,与碱金属离子非共价相互作用结合后会使其空间构型发生改变。利用漂移时间离子淌度质谱(Drift Time Ion-Mobility Spectrometry-Mass Spectrometry,DTIMS-MS)对乳糖、麦芽糖、纤维二糖及蔗糖4种二糖的碱金属离子配合物进行测量,结果表明,Cs;对纤维二糖和乳糖有较好的区分效果,其双峰分辨率R;=0.39;而K;对蔗糖麦芽糖效果较好,R;=0.74。另外,实验利用单场校正的方法对4种二糖金属配合物离子的碰撞截面(Collision Cross-Section,CCS)值进行了测量,同时通过密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)对二糖-金属离子复合物可能的结构进行预测,得到的结构分别通过近似投影(Projection Approximation,PA)模型、精确硬球散射(Exact Hard Sphere Scattering,EHSS)模型和轨迹(Trajectory Method,TM)模型计算其CCS理论值。3种模型得到的结果和实验值的相对偏差分别为-23.05%、11.79%和0.44%,TM模型与实验值吻合最好。根据此方法可总结出碱金属离子与二糖结构的结合位点,可进一步预测未知二糖离子配合物的结构及其结构,并对二糖同分异构体进行分离识别。