ES2539710T3 - Método y dispositivo para calcular las distribuciones de isótopos oleculares y para estimar la composición elemental de una molécula a partir de una distribución isotópica - Google Patents
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Abstract
Método para identificar la composición elemental de una molécula y/o cuantificar la presencia de elementos monoisotópicos en una molécula en una muestra, de manera que dicha molécula tiene una fórmula química πα(Zα)nα con - α, un índice que recorre un número de especies atómicas constituyentes esperadas de dicha molécula; - Zα, la α-ésima especie atómica esperada de la molécula; y - nα, el número de átomos de la especie Zα en la molécula, que comprende las etapas de: - obtener al menos una parte de una distribución isotópica a partir de dicha muestra; - calcular un conjunto de Np alturas de los picos tj con j >= 1...Np, de al menos una parte de una distribución isotópica agregada a partir de dicha distribución isotópica; - calcular a partir de dicho conjunto de alturas de los picos un conjunto de Np-1 relaciones de las alturas de los picos t^[i con i >= 1...Np - 1; - obtener un valor de nα para al menos una especie atómica Zα a partir de dicho conjunto de alturas relativas de los picos, en donde dicho valor de nα se obtiene al calcular una solución de un sistema de ecuaciones lineales ΣαEiαnα >= Fi, de manera que el conjunto de números Fi comprende dicho conjunto de alturas relativas de los picos y los coeficientes Eiα de dicho sistema lineal comprenden las potencias y/o las sumas de las potencias de las raíces rα,iα, con iα >= 1...Nα, de una ecuación polinomial elemental de Nα-ésimo orden cuyo coeficiente del término de mα-ésimo orden se determina por una abundancia elemental del isótopo de la especie de átomo Zα con mα neutrones más que el isótopo estable más ligero de dicha especie de átomo que tiene el número másico Aα, de manera que las masas en las que se observan las alturas de los picos tj se separan esencialmente en 1 Da, de manera que dicho conjunto de Np - 1 relaciones de las alturas de los picos t [i con i >= 1... Np - se calcula recursivamente a partir de dicho conjunto de Np alturas de los picos tj con j >= 1....Np, mediante el uso de las etapas de:**Fórmula**
Description
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De esta manera, no es necesario que t1 se refiera a la altura del pico del isótopo más ligero. Debe quedar claro que
5 cualquier altura del pico puede usarse como referencia, así como también cualquier combinación lineal de las alturas de los picos. En el caso de que se use otra altura del pico o combinación lineal de las alturas de los picos, los coeficientes Eiα pueden adaptarse en consecuencia para reflejar el cambio en la altura del pico de referencia.
Los términos "alturas relativas de los picos" y "relaciones de las alturas de los picos", aquí y en todo este texto, se
10 refieren a números adimensionales, que pueden expresarse como una relación entre las alturas de los picos. Debe quedar claro que el valor absoluto de la altura de un pico, tomado o derivado a partir de un espectro isotópico, en sí mismo, no contiene información sobre el número de especies atómicas específicas presentes dentro de una molécula. Para obtener información sobre este número, y por lo tanto sobre la fórmula química de la molécula, las cantidades pertinentes deben expresarse en función de las relaciones entre las alturas de los picos. De esta manera, puede
15 hacerse una elección en cuanto a cuál altura del pico se usa como una referencia.
En una modalidad del método para identificar la composición elemental y/o cuantificar la presencia de elementos monoisotópicos en una molécula en una muestra como se describió anteriormente, dicho conjunto de alturas de los picos tj se ordena de acuerdo con la masa en la que se observa la altura de un pico. En una modalidad preferida, no se
20 observa ningún pico en dicha distribución isotópica o dicha distribución isotópica agregada alrededor de una masa que es esencialmente 1 Da menor que la masa en la que se observa el primero de dicho conjunto de alturas de los picos tj, es decir t1.
En una modalidad preferida, dichos coeficientes Eiα de dicho sistema lineal se determinan por la suma de la (-i)-ésima 25 potencia de las Nα raíces de la ecuación polinomial elemental de imagen7 Nα-ésimo orden cuyo coeficiente del término de mα
ésimo orden se determina por la abundancia elemental del isótopo de la especie atómica Zα con mα neutrones más que el isótopo estable más ligero de dicha especie atómica que tiene un número másico Aα, es decir
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En una modalidad del método para identificar la composición elemental y/o cuantificar la presencia de elementos monoisotópicos en una molécula en una muestra como se describió anteriormente, dicho número Np-1 de alturas relativas de los picos es al menos dicho número de especies atómicas constituyentes esperadas de dicha molécula con dos o más isótopos estables. En una modalidad con mayor preferencia, dicho número Np -1 de alturas relativas de los
35 picos es al menos 5, es decir, dicho número Np de alturas de los picos es al menos 6, y/o dicha molécula comprende como máximo 5 elementos atómicos, tales como C, H, N, O, S.
En una modalidad del método para identificar la composición elemental y/o cuantificar la presencia de elementos monoisotópicos en una molécula en una muestra como se describió anteriormente, dicho número Np-1 de alturas 40 relativas de los picos es mayor que el número de especies atómicas constituyentes esperadas de dicha molécula con dos o más isótopos estables y los valores de nα para cada valor de α se obtienen al resolver un sistema sobredeterminado de ecuaciones lineales ΣαEiαnα = Fi. Esta solución puede obtenerse mediante técnicas anteriores, tales como un algoritmo de resolución de mínimos cuadrados y un posterior redondeo de las soluciones resultantes a los enteros más próximos. La siguiente lista no limitativa proporciona aún otras técnicas que pueden usarse para
45 resolver el sistema de ecuaciones mencionado anteriormente:
Métodos clásicos: Newton Levenberg-Marquardt
50 Cuasi-Newton Gradiente conjugado Funciones suaves no cuadráticas Métodos del punto interior Métodos del conjunto activo
55 Optimización discreta: Programación lineal con enteros Programación cuadrática Programación dinámica
Estadística robusta: 60 Mínimos cuadrados ponderados iterativamente 7
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abundancias naturales de los elementos en la materia terrestre normal, tal como se muestra en la tabla (ELT.1). Se hace notar que la potencia del indicador simbólico I representa el contenido adicional de neutrones (o el desplazamiento
10 de masa discreto) con respecto a la variante monoisotópica. El indicador I es el nuevo dispositivo de control de muestras en lugar de los símbolos en la expansión de la ecuación (EL.1) y lleva el control de las diferentes variantes de isótopos agregadas. Debe destacarse que la ecuación (EL.2) hace una abstracción de la información de las masas a medida que las variantes de isótopos agregadas se presentan por su recuento adicional de neutrones.
15 Tabla (ELT.1): Pesos atómicos estándares (IUPAC 1997, K.J.R. Rosman y P.D.P. Taylor, "Isotopic composition of the elements 1997", Pure and Applied Chemistry 70(1):217-235, 1988) para los isótopos de los elementos tal como existen de forma natural en el material terrestre normal.
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- Isótopo
- Masa atómica (ma/u) Abundancia natural (% átomo)
- Carbono
- imagen13
- 12.0000000000 98.93
- 13.0033548378
- 1.07
- Hidrógeno
- imagen14
- 1.0078250321 99.9885
- 2.0141017780
- 0.0115
- Nitrógeno
- imagen15
- 14.0030740052 99.632
- 15.0001088984
- 0.368
- Oxígeno
- imagen16
- 15.9949146 99.757
- 16.9991312
- 0.038
- 17.9991603
- 0.205
- Azufre
- imagen17
- 31.97207070 94.93
- 32.97145843
- 0.76
- 33.96786665
- 4.29
- 35.96708062
- 0.02
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En aún otro aspecto, la presente invención proporciona un uso de un método para analizar al menos una parte de una distribución isotópica de una muestra como se describe en este documento, preferentemente, en una computadora y/o un espectrómetro de masa y/o un instrumento periférico de un espectrómetro de masa y/o cualquier otro aparato.
En un aspecto adicional, la presente invención proporciona un método para identificar la composición elemental y/o cuantificar la presencia de elementos monoisotópicos en una molécula en una muestra, de manera que dicha molécula tiene una fórmula química Πα(Zα)nα con
- •
- α, un índice que recorre un número de especies atómicas constituyentes esperadas de dicha molécula;
- •
- Zα, la α-ésima especie atómica esperada de la molécula; y
- •
- nα, el número de átomos de la especie Zα en la molécula,
que comprende las etapas de: • obtener al menos una parte de una distribución isotópica a partir de dicha muestra; • obtener un conjunto de Np alturas de los picos tj con j = 1...Np, de al menos una parte de una distribución
isotópica agregada a partir de dicha distribución isotópica;
• calcular a partir de dicho conjunto de alturas de los picos un conjunto de Np -1 alturas relativas de los picos t̂ i con i = 1 ··· Np -1; • obtener un valor de nα para al menos una especie atómica Zα a partir de dicho conjunto de alturas relativas de
los picos, caracterizado porque dicho valor de nα se obtiene al calcular una solución de un sistema de ecuaciones lineales ∑αEiαnα = Fi, preferentemente, esta solución puede redondearse a los enteros más próximos o la solución puede calcularse mediante el uso de un algoritmo de optimización discreta, de manera que el conjunto de números Fi comprende dicho conjunto de alturas relativas de los picos y los coeficientes Eiα de dicho sistema lineal comprenden las potencias y/o las sumas de las potencias de las raíces rα,iα, con iα = 1...Nα, de una ecuación polinomial elemental de Nα
cuyo coeficiente del término de mα-ésimo orden se determina por una abundancia elemental
del isótopo de la especie de átomo Zα con mα neutrones más que el isótopo estable más ligero de dicha especie de átomo que tiene un número másico Aα. Debe quedar claro que obtener al menos un valor de nα para al menos una especie atómica Zα en la forma prescrita anteriormente reduce drásticamente el tiempo para identificar la composición elemental y/o cuantificar la presencia de elementos monoisotópicos en una molécula en una muestra, ya que no se usa ningún método de ensayo y error o de ajuste como en la técnica anterior para obtener este nα, mediante el cual se hizo una estimación en cuanto al valor de nα, la distribución isotópica (agregada) para este valor estimado tuvo que calcularse o recuperarse de una base de datos y, posteriormente compararse con la distribución isotópica obtenida de la muestra, después de lo cual otra estimación para nα se probó y comprobó. Por lo tanto, el método de la presente invención es una clara mejora respecto a los métodos de la técnica anterior, por ejemplo, los métodos descritos en los documentos que se debatieron anteriormente.
En una modalidad, en el método para identificar la composición elemental y/o cuantificar la presencia de elementos monoisotópicos en una molécula en una muestra, dicho conjunto de alturas de los picos tj se ordena de acuerdo con la masa en la que se observa una altura del pico. Esto hace que el cálculo de los coeficientes Eiα sea más fácil y más sencillo. En una modalidad preferida, no se observa ningún pico en dicha distribución isotópica o dicha distribución isotópica agregada alrededor de una masa que es esencialmente 1 Da menor que la masa en la que se observa el primero de dicho conjunto de alturas de los picos tj, es decir t1. De nuevo, esto hace que el cálculo de los coeficientes Eiα sea más fácil y más sencillo. En una modalidad preferida, las masas en las que se observan las alturas de los picos tj se separan esencialmente en 1 Da. Esto también hace que el cálculo de los coeficientes Eiα sea más fácil y más sencillo.
En una modalidad del método para identificar la composición elemental y/o cuantificar la presencia de elementos monoisotópicos en una molécula en una muestra, dicho conjunto de Np -1 alturas relativas de los picos t̂ i con i = 1... Np 1 se calcula recursivamente a partir de dicho conjunto de Np alturas de los picos tj con j = 1...Np, mediante el uso de las etapas de:
- •
- calcular
- •
- calcular
Como tal, puede calcularse fácil, rápida y exactamente las alturas de los picos normalizadas que son directamente comparables con las probabilidades qi normalizadas a una probabilidad qj correspondiente al pico t1, es decir, el pico t1 se observa en el número de masa Aj al que corresponde una qj. Además, debe notarse que la relación t1/qj es una
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que claramente es un valor entre las masas de las dos variantes isotópicas, más próximo a la masa de la variante más prominente 13C16O. Para la segunda variante isotópica agregada, se obtienen las masas promedio ponderadas, por ejemplo, al tomar una combinación lineal de las masas promedio ponderadas ya calculadas imagen34 de manera que los
coeficientes
10
15
Mediante el uso de las ecuaciones (EL. 10) y (EL.11) para las raíces rc,o y expresiones similares (con el cambio de las abundancias isotópicas atómicas en (EL.10) y (EL.11), por el producto de las abundancias isotópicas atómicas y las 20 masas isotópicas atómicas) para las raíces sc,o, se obtiene
con la probabilidad
Esto da para la masa central
Para la tercera variante isotópica agregada, que es la más pesada y por lo tanto una variante monoisotópica, aún puede 30 usarse el mismo procedimiento que el anterior, lo que conduce a
Esto conduce a
- 50
- con la probabilidad
- 25
Claims (1)
-
imagen1 imagen2
Applications Claiming Priority (2)
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