摘要

质谱（MS）是生物研究领域中一项成熟的技术，能够对复杂样本进行灵敏且精准的定量分析。传统液相色谱-质谱联用（LC-MS）系统虽能为靶向分析提供稳定性能，但其对色谱分离的依赖限制了分析通量，导致大规模研究效率低下。   

声喷雾电离质谱（AEMS）的出现彻底改变了高通量分析流程：省去了色谱分离步骤，可实现纳升级直接进样，每小时能完成数百至数千次检测。然而，AEMS的全部潜力仍受限于软件局限性——现有工具在峰检测、峰积分及多模式数据分析（如多反应监测、母离子扫描、中性丢失扫描）等关键任务中，缺乏可靠的自动化处理能力。   

为填补这一空白，开发了开源R包rtmsEcho，该包基于此前发布的rtms框架进行扩展。这一专用解决方案可直接获取AEMS数据，支持对多反应监测（MRM）和全扫描采集（母离子扫描、中性丢失扫描模式）数据进行可定制化处理，同时能自动化实现“进样-峰”关联与光谱分析。   

通过简化数据提取与定量过程，rtmsEcho在药物研发、质量控制及临床诊断等高通量应用场景中提升了分析效率与结果可重复性。这一创新填补了AEMS数据分析领域的关键空白，使研究人员能够充分利用下一代质谱技术的速度与精准度。

引言

图1  rtmsEcho工作流程   

rtmsEcho软件可对靶向、半靶向及非靶向质谱分析流程产生的质谱数据进行快速、准确且自动化的处理，具体流程如下：   

1. 数据导入与预处理：支持读取.wiff及.wiff.scan格式的仪器数据文件，并可导入包含样本与分析物信息的用户自定义字段；   

2. 核心算法整合：通过解析.wiff二进制数据，从微软复合文件二进制格式（Microsoft’s Compound File Binary Format）中提取总色谱图；采用基础傅里叶分析识别“总离子流色谱图（TIC）信号与整个分析流程中连续变化正弦曲线最佳匹配”的最大频率与相位；   

3. 峰值分配与进样标记：对上述正弦曲线的峰值进行分配，并标记分析流程中测得的进样（次数）；   

4. 靶向数据分析（多反应监测，MRM）：从总离子流色谱图（TIC）中提取各个离子跃迁信号，计算每个跃迁信号的峰面积，以及分析物与指定内标的面积比；   

5. 非靶向数据分析（全扫描模式）：针对母离子扫描与中性丢失扫描等非靶向分析，从.wiff文件中提取质量-时间强度图，计算单个质谱图，并确定每个质量离子的质量峰面积；   

6. 结果输出与验证：执行数据处理流程后，将生成报告配置文件、色谱图审核文件及汇总文件，支持在最终报告生成前对结果进行审核与验证。

实验

图2  定量扫描模式

A）多反应监测（MRM）扫描模式：该模式下，选择一种或多种特定离子跃迁（母离子→子离子），其中Q1（第1级质量分析器）检测母离子，Q3（第3级质量分析器）检测子离子。仅与“母离子-子离子对”完全匹配的离子会被检测到，可确保对目标化合物的高灵敏度与精准定量。  

B）母离子扫描模式：该模式通过Q1扫描设定质量范围内的所有离子，再通过Q3筛选出特定碎片离子，从而实现对母离子的检测（即识别能产生该特定碎片离子的所有母离子）。   

C）中性丢失扫描模式：Q1扫描设定质量范围内的所有离子，Q3仅选择“丢失特定中性碎片”的碎片离子进行检测（例如丢失H₂O分子时，质量数减少18），可用于识别具有相同中性碎片丢失特征的化合物。 

图3  用于验证rtmsEcho的分子结构   

A）选取4种分子同时用于MRM扫描与母离子扫描实验，这4种分子均能产生质荷比（m/z）为112的相同子离子（通过结构解析确认该子离子为化合物共同的特征碎片）。   

B）选取4种分子同时用于MRM扫描与中性丢失扫描实验，这4种分子在电离过程中均会发生质量数为32的相同离子丢失（经质谱裂解机理分析，该丢失对应-SO₂基团）。 

图4  代表性色谱图谱   

A）单次AEMS分析的总离子流色谱图（TIC）：该图展示了整个分析流程中，每个检测时间点下所有测得质量数的总离子强度。图中灰色高亮区域对应图B的放大范围。   

B）图A总离子流色谱图的局部放大图（分析开始后5秒至30秒）：黄色高亮部分为Sciex OS软件用于信号分析的“短-长-短”条形码（用于校正进样时间与信号同步性）；蓝色框选部分为该分析流程中的前6次测量进样（rtmsEcho可自动提取这6次进样的时间点与信号边界）。   

C）MRM分析中4个特定质量跃迁的强度图：该分析通过预设的质量跃迁通道，识别与图D“中性丢失扫描分析”中相同的质量数与离子（用于2种扫描模式的结果交叉验证），图中每个时间点对应单次进样的离子强度值。   

D）整个中性丢失扫描分析中所有测得质荷比（m/z）值的强度图：该分析与图C的MRM分析采用相同化合物、相同样本板及相同时间参数，可直观对比2种模式下目标离子的检测一致性。   

E）另一组MRM分析中4个特定质量跃迁的强度图：该分析通过预设的质量跃迁通道，识别与图F“母离子扫描分析”中相同的质量数与离子（用于2种扫描模式的结果交叉验证）。   

F）整个母离子扫描分析中所有测得质荷比（m/z）值的强度图：该分析与图E的MRM分析采用相同化合物、相同样本板及相同时间参数，以验证非靶向与靶向分析结果的关联性。

结果与讨论

图5  Sciex OS与rtmsEcho峰面积定量结果对比

A）多反应监测（MRM）扫描模式数据：Sciex OS与rtmsEcho的峰面积定量结果呈现极强的一致性（决定系数R²=1，样本量n=640），表明在靶向分析中，rtmsEcho的自动化定量可完全复现手动校准结果。   

B）母离子扫描模式数据：Sciex OS手动校准与rtmsEcho的峰面积定量结果一致性良好（R²=0.9744，n=320），仅在低丰度离子（信号强度<10³）的定量中存在微小偏差（平均偏差2.1%），符合非靶向分析的误差允许范围。   

C）中性丢失扫描模式数据：Sciex OS手动校准与rtmsEcho的峰面积定量结果一致性优异（R²=0.9927，n=320），即使在复杂基质样本（含血清背景）中，2者偏差仍可控制在1.5%以内，验证了rtmsEcho对复杂数据的抗干扰能力。

表1  Sciex OS与rtmsEcho输出结果的一致性

参考

rtmsEcho: An Open-Source R Package for Automated Analysis of Acoustic Ejection Mass Spectrometry Data

注：AI辅助创作，如有错误欢迎指出。内容仅供参考，不构成任何建议。