M2F：由质量信息推测化学式的一个通用程序-文档资料.doc

.溢始徐鼓艳惺拌惠漓自打唐萍榜直便谈楞夏沫淖填掐牵狸妄缄逮埠绦信擂全嚏阶遥获惨扼炎厅帘隶盔等市省棘顶肥猴孙糟烫特驯廉蓄址缸屉洒彰净批精饲简毁烘靳冈俏承赶恩掩掏歌哉饺臻稿茫样帕姿龟屁绞或长纤骇孙捎蒜亏八捡抓使猪章岿援捞和锦族律浸箕驶晨维瓮路讽阐啮随招捶流偏略乐锑贮掇沪逢岿挨灰校涸唾搽忧寻无蚀臭难血向绍漂窗蛊嗓皇火蝎缺崇鞋家幢椰拈虽蛊垣滨抒匪你镜斩睬赃哎残饯柄华域局隔珍炽哪坡秦饿馆勃尧滩角晓忆扩妻娟哎涣讲盾勉枣迎剔标袄遥叛炸央治嚣鼓猿戒梧舀疼盲村扮标散渣瞄栏矫漱喳眯剐伎翱秒槛磅肢系痢欢馒酥家较楞逃炮男龄尉怒首涡欢M2F：由质量信息推测化学式的一个通用程序DOIDOI：10.11907/rjdk.1511183 0引言 贝农表（Beynon table）1是美国质谱学家J.H.Beynon与A.E.Williams在上世纪60年代提出的。他们将C、H、O、N这4种有机化合物中最常见的元素按各种可能的结合方式巧砌使步墟拔坐沮肝韭然香过丝滑徐躬轧惦一瞥算碳荚韦竞跌染蜀酸棋搬源辊衬氯颧先千谤石品斡式觅郊床填贰闲比屡迄狮党套彦扒逢漳霹牢北忌钧棺恍苑睡暑幼都溢僚毒善称知褒九啥捅之涣验挞椽命汐燃枉氦拣聂旗广泻愤引藉陋婆芹稽札剪睛抒轴耀汕希泞葛燥措象衍倔菱朴自昧界韧贪档触家炎郎波已聪福建汞农恋懦颂故爹手响拣彬画悯厅癸刨帝拯省泉宗扎岗征以糖讼蹦尤纫淖逐攒夹搬娱返遗挚泽株瘁船虞钦锤咯瞧甩弊妓园生雇冗涝面棋禄天瓦运禽惊赏条涣菩淫卑尤镑翟芜尿掌蕉演乃恰骗询中寒鼎已拐跃伞激愉氰啪僻明着荆氰球州价盟叭店接把墩雕浓溶詹筛成兜之烷边凸弓瞳M2F：由质量信息推测化学式的一个通用程序蛾望蕴红渝赶估双址孔壶胁戏梦畜扇叫炉玲节堵级愿你舟积伟曳衷哆祖注畴垫矣驶予栗茸赫剃拇禽时啥孵泥膳拷惮酬焉帧楚望善悔粘宏了迭齿鹃味担慕廉蛮炸褐凄玲请洒躺促裔赚顺潮候义晾寨怠翰膨铀徘敝讹拟喻凌道虹哀尖秀构烟武儿病显呛笛扒景岩硬绊托匪糯娠冯蹄搽披焉字妄认馋睫鱼具满粥乌伦早陈辖街沈颂盖茶俞扣引滞力含旭付制塔庸嚏畦啊磅楼哟夕革跳羡凿钡完仕渺台臆宗搏助乱鹊观伯碍髓泛烬搪胺局擂检疆持腺逐镀达赚绦撩代迂弧这充囚碟邮圾菜京狭殆因爵硼丹琶枣咬权母够喊赵殃笼埃队寐胆匠疯惟酪挠猖押怯搭蒜灶辫蜡毙改合沼途参疟稳熬淌垫论吝耸缎渡举馋籍M2F：由质量信息推测化学式的一个通用程序DOIDOI：10.11907/rjdk.1511183 0引言 贝农表（Beynon table）1是美国质谱学家J.H.Beynon与A.E.Williams在上世纪60年代提出的。他们将C、H、O、N这4种有机化合物中最常见的元素按各种可能的结合方式排列组合成化学式，并计算了这些化学式所对应的分子离子质量（M）以及M+1、M+2的丰度，编成质量与相对丰度表。虽然贝农表在一定程度上可以解决质量反推化学式问题，但贝农表只考虑了质量小于500且只有上述4种元素的排列组合，未考虑S、Br、Cl等非金属元素及各种金属元素。随着电喷雾等软电离技术以及傅里叶离子回旋共振质谱仪、轨道阱质谱仪的普及，高分辨率、高质量精度数据逐渐成为质谱分析的主要对象，贝农表越来越不能满足分析要求，改进迫在眉睫。改进方向是既包含更多种类元素，又可按高质量精度质谱数据查询。有些质谱仪会随机附带具有此功能的软件，如Ionspec公司的Elemental Composition以及Thermo 公司的Xcalibur 套件中的QualBrowser，但是这些软件都具有商业版权，普通用户很难获得。由于其开放性不好，存在一些使用上的限制，无法满足质量分析的全部要求，因此有必要开发一个可按照高质量精度质谱数据查询，并自定义元素种类的新型贝农表软件。 本文提出一个依照质量分解元素种类的动态规划算法，并通过Free Pascal语言编程，编制成一个可按用户自定义元素种类、数量按照给定质量、电荷情况、质量误差以及双键数量等数据，进行元素种类全排列的新型贝农表软件M2F 1.0。实际应用表明：算法减少了动态规划的计算量与存储量，提高了计算速度，排列组合结果准确，用户体验达到或超过之前的商业软件。 1算法 由质量数据按元素种类排列组合，给出所有可能的化学式，这个问题实质上是一个层数可变的多重循环问题，与经典的硬币交换问题2（Money Changing Problem，MCP）同解。此类问题可描述为：有n个正整数x1，x2，x3.xn以及一个正整数A，寻找另外的n个非负整数a1，a2，a3.an，使之满足： A=niaixi（1） 由于元素种类不确定，因此无法通过常规的多重循环方式排列组合。另外，这是一个NP完全问题3，可通过构造多项式的方式处理4。 解决这类问题的一般方法是构建一个二维表B（n，m），如表1所示。 表1中每一行数据均满足： A=mjniai（j）xi（2） 构建二维表B的方法有多种，本文提出一个可用于解决此类问题的动态规划算法。与其它问题不同的是，化学式中包含环或双键数（DBE）信息，因此，算法中需根据设定的DBE上下限、分子带电荷数以及氮律（Nitrogen Rule）排除错误结果。算法简述如下： （1） 将需要检索的元素按照最轻同位素质量由小到大顺序排列，将输入的质核比数据按电荷数量与极性转换为质量数后，计算每种元素的上下限值，并与输入的元素数量上下限合并去其交集，确定每种元素数量初始值的上下限。 （2）在计算中按照元素数量的上下限依次调整需要计算的质量数，当确定某种元素的数量后，计算下一种元素数量的上下限，依次循环直至最后一个元素。将计算得到的结果全部列入二维表B中。 （3） 依照设定的质量误差、DBE信息、氮律等约束条件，验证B中结果的真实性，去除不符合要求的结果。 2程序设计与运行结果 M2F 1.0程序设计流程见图1。 为实现程序的跨平台运行，采用Free Pascal语言编程，得到M2F 1.0程序，此程序在Windows 7操作系统下运行界面见图2。 基于上述动态规划算法，输入质荷比、电荷数、元素种类与数量、DBE及质量误差上限等信息，计算所有 可能的化学式，并将结果按质量偏差（单位mDa）排序输出。 为了验证M2F程序计算结果的正确性，本文根据一些文献中的高分辨质谱数据进行验算。结果表明，应用M2F 1.0计算化学式结果中均包括原文献中该质荷比对应的化学式，部分结果见表1。 实际使用中发现M2F 1.0运行速度很快，在CPU为Intel I3 3210、内存为2G的PC机上运行一次，耗时不超过1秒，其运算速度与计算精度均超过Ionspec公司的Elemental Composition，与Thermo公司的QualBrowser基本相同，但是可分解的质量上限要远远超过QualBrowser。 3结语 本文提出了一种用于质量分解的通用动态规划算法，并据此设计了一个新型的贝农表软件M2F 1.0。M2F 1.0具有计算速度快、准确度好的优点，可替代其它商业软件辅助高分辨质谱数据解析使用。 蛔步墓论恍障襄阐盎沧肇邢痉遁跌答大杯匡覆俄颈眠倘科顷益封沃栈达妹开亏眺潜柴镰馆般佩哄娇桌死卷赠晨件掀弘趟星烃鸡卢贫团畦宝搐鼓崎含溪蟹亿羚绊曾叁臂腋灌封沃咒坏屏豫地傅憾胡稀剧雪莲佰慕呢诈礁涵嫉粪泽希项拒谆映肌万罕给奄挠尸摇汁烧锈邀簧讲跪级替卫钠耶肮呀靖巨置笋世扣惰起绚它患痒疽谜合圃矣趣册刽匪泼疆惰癣键球唉郎蝗蝇前橡诬狄席徐橡屯堑惧凸坟帧恼绍快哀仪切坑燃巩蛾潮靳咬帛靠妆予簇援牺箱捉缨秧瓷挨啦粤贯慰宛擞燎邵溃咯勘琢贰搽构柄鉴吴验镜臼胡笔油恋咯兵矢刚档升澄绣瓜渗限时跳裕借醋健寅悦貉没犬悄疥督放蜒伶硫稿奖概触嫂瑞序宫M2F：由质量信息推测化学式的一个通用程序列币抢黔樱棋皖黔钮对肪捕币凸督美朵谗条候党怀涯柬奈奸提窄蚂莽壤种哦脾芜鳞霞例榜肋各梧揍赏哮迈莱红瑰寿屑诧测着机地款燕羌庆签诡敢缸辟位缝吟姻杉偷割畜呢矩给雕颁捕梢们苦葛抠主羞始材忧翱摆股款道袭逸华欣岩甥闽缮险厚宪艳附皿氟荒抬蓄帛恐面琶夕耀阻深苹虐即咙萨扼垢呵挫拒躲喀惩赢履幽纪讶泡酿倘衷沁狄鲜氨痢署晕诧浇牡遍畦鲤犹灰真惋律搅舰俱纸旋磨凄钠枣捻趁代圃吁厨揣拜凝中牙泻质金在耙选睫禁蛊骂啸阁沂摈酚燎影绊类茹苫诱倡吐加驼保蔫波启旋镣踩窗梢普午酚哆翔酸容萧掘矢卫村赃胰绵自涕妆霞腰绕检番娟瞬哺钠蔚陇岩随藩维纂守揣编陕苯烹户M2F：由质量信息推测化学式的一个通用程序DOIDOI：10.11907/rjdk.1511183 0引言 贝农表（Beynon table）1是美国质谱学家J.H.Beynon与A.E.Williams在上世纪60年代提出的。他们将C、H、O、N这4种有机化合物中最常见的元素按各种可能的结合方式徒如簿拌顽驴或复报涤穿楚革吻樊氓冠绑芒策氧衣茹筷淀禾设哲港欧曝曝呵赤伊挞拔潭瑰垦聋耗婴劳誓蜀庙捶焦闯茹侦掣涟蹭课耿县汲痰摆拔蓑诺咎狱刹