Prozessierung von Massenspektrometriedaten

Prozessierung von Massenspektrometriedaten

Sie können die Intensitäten der Ionen aufsummieren und als Funktion der Zeit (chromatographische Retentionszeit) für ein Gesamtionenchromatogramm (TIC) auftragen, das stark an die Ausgabe eines Spektralphotometers, z. B. eines UV-Detektors, erinnert. Bei der MS stellt eine Achse die Ionenintensität dar; das andere kann die Zeit oder die digitale Probe sein, die zu einem bestimmten Zeitpunkt genommen wird (d. h. ein Spektrum). Jedes der Spektren kann separat angezeigt werden, ähnlich wie bei einer Reihe von Bildern, die mit modernen digitalen Videokameras aufgenommen wurden und bei denen es sich im Wesentlichen um eine Reihe von Hochgeschwindigkeits-Standbildern handelt.

Es sind einfache, aber sehr nützliche Techniken möglich, wie zum Beispiel die Verringerung der Vielzahl an Daten in einem ausgewählten Ionenchromatogramm oder die Anwendung digitaler Filter zur Verringerung der Rauschens, indem nur der intensivste Peak jeder digitalen Probe angezeigt wird (ein Basispeak-Ionenchromatogramm, oder BPI).

Datenausgabe, -speicherung und -abruf

Das Software-Design hat sich im Laufe der Jahre zu einem eigenen Fachgebiet entwickelt und ist nicht nur ein Mittel zur Festlegung von Aufnahmeparametern. Heute ermöglichen Betriebs- und Datensysteme eine komplexe Steuerung eines Geräts durch den Bediener.

Diese speziellen Softwarepakete wurden erheblich weiterentwickelt:

  • Workflow-Steuerungen wie offener Zugang (auch „Walk-up-Systeme“ genannt) – Ein vollständig geschulter Bediener kann einer großen Anzahl von nicht spezialisierten Anwendern vollständige LC- oder GC/MS-Methoden zur Verfügung stellen, was ihnen Zugang zu modernster Technologie gibt, ohne dass dafür eine umfangreiche Schulung erforderlich ist. Ein nicht spezialisierter Anwender muss ein Gerät zur Bestimmung der Identität oder Reinheit einer Verbindung möglicherweise nur gelegentlich verwenden. Das System ermöglicht ihnen den Zugriff, ohne zuvor selbst Erfahrung in der Bedienung der Geräte gesammelt zu haben.
  • Applikationen zur Datenreduktion – Diese Pakete können zum Beispiel bei der Identifizierung von Metaboliten oder der Entwicklung von Biomarkern in komplexen Gemischen aus Tausenden von einzigartigen chemischen Einheiten helfen. Die Applikationen werden oft durch „Experten“-Systeme wie Principal Component Analysis Software (PCA) erweitert, die Trends untersucht, die in der umfangreichen Ausgabe ansonsten nicht sichtbar wären.

Die Anforderungen an das Datenmanagement übersteigen schnell die Möglichkeiten, sie zu erfüllen. Hochauflösende, massengenaue Daten können stolze 1 GB/h generieren. Solche enormen Datenmengen werden nicht nur von Forschern in den Biowissenschaften erzeugt, sondern zunehmend auch von Unternehmen, die auf großvolumige Prozesse wie die Charakterisierung von Metaboliten und deren Biotransformationen angewiesen sind. Nach 180 Tagen Betrieb müssen Sie bei fünf Massenspektrometern, die jeweils 24 GB Daten pro Tag produzieren, beispielweise 21,6 Terabyte (TB) speichern, abrufen, sortieren und anderweitig sinnvoll nutzen.

Die erste Frage in jedem Datenszenario muss sich darauf beziehen, was wir mit den von uns gesammelten Daten tun möchten. Im Gegensatz zu E-Mails, die ihre Botschaft übermitteln und danach nur noch wenig Sinn haben, nimmt der Wert von Online-Daten mit der Zeit zu, da sich biologische, pharmazeutische und physikalisch-chemische Messungen in einer Datei ansammeln. Diese Wertsteigerung ist jedoch mit Kosten für die Sicherstellung der Zugänglichkeit der Daten verbunden. Angesichts der zunehmenden Größe von Datendateien und der Länge der Zeit, über die auf sie zugegriffen werden muss, könnte eine Lösung eine hierarchische Speicherverwaltung umfassen. Daher wäre ein kleinerer Prozentsatz der Daten sofort zugänglich oder „aktiv“, während der Rest in aufeinanderfolgenden Phasen prozessiert wird oder für die langfristige Archivierung vorgesehen ist.


Siehe MS – The Practical Art, LCGC

  • Profiles in Practice Series: The High Speed State of Information and Data Management, Vol. 23 No. 6, Juni 2005
    • Warum dies wichtig ist: Da die Datenausgabe immer komplexer und umfangreicher wird, treten Archivierung und Abruf sowie strukturierte Speicherung als kritische Probleme hervor.
  • Hardware and software challenges for the near future: Structure elucidation concepts via hyphenated chromatographic techniques, Vol. 26, No. 2, Februar 2008
    • Warum dies wichtig ist: Es geht um die Datenmenge, die bei modernen Experimenten entsteht, die häufig MS und orthogonale oder kombinierte Analysesysteme umfassen.

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