Name: chromatographic fingerprinting by template matching for data collected by comprehensive two-dimensional gas chromatography
Uploaded: 2020-09-02T14:00:00
Duration: 10 min 14 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Chromatographic Fingerprinting by Template Matching for Data Collected by Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography at JoVE.com

وقد دعم البحث بروغيتو أجير - فوندازيوني في ريتي في لا رايسركا agroalimentare. مشروع اختصار الكمان - تثمين منتجات الزيتون الإيطالية من خلال أدوات تحليلية مبتكرة (https://olivoeolio.progettoager.it/index.php/i-progetti-olio-e-olivo/violin-valorization-of-italian-olive-products-through-innovative-analytical-tools/violin-il-progetto). برنامج GC Image متاح لتجربة مجانية للقراء الذين يرغبون في إثبات البروتوكول واختباره.

<ol>
	<li>Tranchida, P. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+of+comprehensive+chromatography+in+food+analysis.">Potential of comprehensive chromatography in food analysis.</a> Trends in Analytical Chemistry. 52, 186-205 (2013).</li><li>Cordero, C., Kiefl, J., Reichenbach, S. E., Bicchi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+odorant+patterns+by+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography:+A+challenge+in+omic+studies.">Characterization of odorant patterns by comprehensive two-dimensional gas chromatography: A challenge in omic studies.</a> Trends in Analytical Chemistry. 113, 364-378 (2019).</li><li>Cordero, C., Kiefl, J., Schieberle, P., Reichenbach, S. E., Bicchi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography+and+food+sensory+properties:+potential+and+challenges.">Comprehensive two-dimensional gas chromatography and food sensory properties: potential and challenges.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 407, 169-191 (2015).</li><li>Adahchour, M., Beens, J., Vreuls, R. J. J., Brinkman, U. A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+in+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography+(GC+&#215;+GC)+-+Introduction+and+instrumental+set-up.">Recent developments in comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC &#215; GC) - Introduction and instrumental set-up.</a> Trends in Analytical Chemistry. 25 (5), 438-454 (2006).</li><li>Prebihalo, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multidimensional+gas+chromatography:+Advances+in+instrumentation,+chemometrics,+and+applications.">Multidimensional gas chromatography: Advances in instrumentation, chemometrics, and applications.</a> Analytical Chemistry. 90 (1), 505-532 (2018).</li><li>Cordero, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Profiling+food+volatiles+by+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography+coupled+with+mass+spectrometry:+advanced+fingerprinting+approaches+for+comparative+analysis+of+the+volatile+fraction+of+roasted+hazelnuts+(Corylus+Avellana+L.)+from+different+origins.">Profiling food volatiles by comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with mass spectrometry: advanced fingerprinting approaches for comparative analysis of the volatile fraction of roasted hazelnuts (Corylus Avellana L.) from different origins.</a> Journal of Chromatography A. 1217, 5848-5858 (2010).</li><li>Cordero, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+and+non-targeted+approaches+for+complex+natural+sample+profiling+by+GC&#215;GC-QMS.">Targeted and non-targeted approaches for complex natural sample profiling by GC&#215;GC-QMS.</a> Journal of Chromatography Sciences. 48 (4), 251-261 (2010).</li><li>Maio, D., Maltoni, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+gray-scale+minutiae+detection+in+fingerprints.">Direct gray-scale minutiae detection in fingerprints.</a> IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 19 (1), 27-40 (1997).</li><li>Jain, A. K., Hong, L., Pankanti, S., Bolle, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+identity-authentication+system+using+fingerprints.">An identity-authentication system using fingerprints.</a> Proceedings of IEEE. 85 (9), 1365-1388 (1997).</li><li>Parsons, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tile-based+fisher+ratio+analysis+of+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography+time-of-flight+mass+spectrometry+(GC+&#215;+GC-TOFMS)+data+using+a+null+distribution+approach.">Tile-based fisher ratio analysis of comprehensive two-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometry (GC &#215; GC-TOFMS) data using a null distribution approach.</a> Analytical Chemistry. 87 (7), 3812-3819 (2015).</li><li>Pierce, K. M., Kehimkar, B., Marney, L. C., Hoggard, J. C., Synovec, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+chemometric+analysis+techniques+for+comprehensive+two+dimensional+separations+data.">Review of chemometric analysis techniques for comprehensive two dimensional separations data.</a> Journal of Chromatography A. 1255, 3-11 (2012).</li><li>Reichenbach, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alignment+for+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography+with+dual+secondary+columns+and+detectors.">Alignment for comprehensive two-dimensional gas chromatography with dual secondary columns and detectors.</a> Analytical Chemistry. 87 (19), 10056-10063 (2015).</li><li>Rempe, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effectiveness+of+global,+low-degree+polynomial+transformations+for+GCxGC+data+alignment.">Effectiveness of global, low-degree polynomial transformations for GCxGC data alignment.</a> Analytical Chemistry. 88 (20), 10028-10035 (2016).</li><li>Stilo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Untargeted+and+targeted+fingerprinting+of+extra+virgin+olive+oil+volatiles+by+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography+with+mass+spectrometry:+challenges+in+long-term+studies.">Untargeted and targeted fingerprinting of extra virgin olive oil volatiles by comprehensive two-dimensional gas chromatography with mass spectrometry: challenges in long-term studies.</a> Journal of Agricultural and Food Chemistry. 67 (18), 5289-5302 (2019).</li><li>Reichenbach, S. E., Carr, P. W., Stoll, D. R., Tao, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smart+templates+for+peak+pattern+matching+with+comprehensive+two-dimensional+liquid+chromatography.">Smart templates for peak pattern matching with comprehensive two-dimensional liquid chromatography.</a> Journal of Chromatography A. 1216 (16), 3458-3466 (2009).</li><li>Reichenbach, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Informatics+for+cross-sample+analysis+with+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography+and+high-resolution+mass+spectrometry+(GCxGC-HRMS).">Informatics for cross-sample analysis with comprehensive two-dimensional gas chromatography and high-resolution mass spectrometry (GCxGC-HRMS).</a> Talanta. 83 (4), 1279-1288 (2011).</li><li>Reichenbach, S. E., Tian, X., Cordero, C., Tao, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Features+for+non-targeted+cross-sample+analysis+with+comprehensive+two-dimensional+chromatography.">Features for non-targeted cross-sample analysis with comprehensive two-dimensional chromatography.</a> Journal of Chromatography A. 1226, 140-148 (2012).</li><li>Latha, I., Reichenbach, S. E., Tao, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+analysis+of+peak-detection+techniques+for+comprehensive+two-dimensional+chromatography.">Comparative analysis of peak-detection techniques for comprehensive two-dimensional chromatography.</a> Journal of Chromatography A. 1218 (38), 6792-6798 (2011).</li><li>Reichenbach, S. E., Tao, Q., Cordero, C., Bicchi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+data-challenge+case+study+of+analyte+detection+and+identification+with+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography+with+mass+spectrometry+(GC&#215;GC-MS).">A data-challenge case study of analyte detection and identification with comprehensive two-dimensional gas chromatography with mass spectrometry (GC&#215;GC-MS).</a> Separations. 6 (3), 38 (2019).</li><li>Reichenbach, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+4+Data+Acquisition,+Visualization,+and+Analysis.">Chapter 4 Data Acquisition, Visualization, and Analysis.</a> Comprehensive Analytical Chemistry. , 77-106 (2009).</li><li>Reichenbach, S. E., Ni, M., Zhang, D., Ledford, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+background+removal+in+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography.">Image background removal in comprehensive two-dimensional gas chromatography.</a> Journal of Chromatography A. 985 (1-2), 47-56 (2003).</li><li>Kratz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Generalization+of+the+retention+index+system+including+linear+temperature+programmed+gas-liquid+partition+chromatography.">A Generalization of the retention index system including linear temperature programmed gas-liquid partition chromatography.</a> Journal of Chromatography A. 11, 463-471 (1963).</li><li>NIST Mass Spectrometry Data Center. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIST+Standard+Reference+Database+1A:+NIST/EPA/NIH+Mass+Spectral+Library+(NIST+08)+and+NIST+Mass+Spectral+Search+Program+(Version+2.0f).">NIST Standard Reference Database 1A: NIST/EPA/NIH Mass Spectral Library (NIST 08) and NIST Mass Spectral Search Program (Version 2.0f).</a> National Institute of Standards and Technology (NIST). , (2005).</li><li>Magagna, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+untargeted+and+targeted+fingerprinting+with+comprehensive+two-dimensional+chromatography+for+volatiles+and+ripening+indicators+in+olive+oil.">Combined untargeted and targeted fingerprinting with comprehensive two-dimensional chromatography for volatiles and ripening indicators in olive oil.</a> Analytica Chimica Acta. 936, 245-258 (2016).</li><li>Reichenbach, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Benchmarking+machine+learning+methods+for+comprehensive+chemical+fingerprinting+and+pattern+recognition.">Benchmarking machine learning methods for comprehensive chemical fingerprinting and pattern recognition.</a> Journal of Chromatography A. 1595, 158-167 (2019).</li><li>Ciali&#232; Rosso, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adding+extra-dimensions+to+hazelnuts+primary+metabolome+fingerprinting+by+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography+combined+with+time-of-flight+mass+spectrometry+featuring+tandem+ionization:+insights+on+the+aroma+potential.">Adding extra-dimensions to hazelnuts primary metabolome fingerprinting by comprehensive two-dimensional gas chromatography combined with time-of-flight mass spectrometry featuring tandem ionization: insights on the aroma potential.</a> Journal of Chromatography A. 1614 (460739), 1-11 (2020).</li><li>Cordero, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography+coupled+with+time+of+flight+mass+spectrometry+featuring+tandem+ionization:+challenges+and+opportunities+for+accurate+fingerprinting+studies.">Comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with time of flight mass spectrometry featuring tandem ionization: challenges and opportunities for accurate fingerprinting studies.</a> Journal of Chromatography A. 1597, 132-141 (2019).</li><li>Ni, M., Reichenbach, S. E., Visvanathan, A., TerMaat, J., Ledford, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peak+pattern+variations+related+to+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography+acquisition.">Peak pattern variations related to comprehensive two-dimensional gas chromatography acquisition.</a> Journal of Chromatography A. 1086, 165-170 (2005).</li><li>Reichenbach, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliable+peak+selection+for+multisample+analysis+with+comprehensive+two-dimensional+chromatography.">Reliable peak selection for multisample analysis with comprehensive two-dimensional chromatography.</a> Analytical Chemistry. 85 (10), 4974-4981 (2013).</li><li>Markes International. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Select-EV:+The+next+Generation+of+Ion+Source+Technology.">Select-EV: The next Generation of Ion Source Technology.</a> Technical Note. , (2016).</li><li>Tao, Q., Reichenbach, S. E., Heble, C., Wu, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+investigator+tools+for+finding+unique+and+common+components+in+multiple+samples+with+comprehensive+two-dimensional+chromatography.">New investigator tools for finding unique and common components in multiple samples with comprehensive two-dimensional chromatography.</a> Chromatography Today. , (2018).</li><li>Seeley, J. V., Seeley, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multidimensional+gas+chromatography:+fundamental+advances+and+new+applications.">Multidimensional gas chromatography: fundamental advances and new applications.</a> Analytical Chemistry. 85 (2), 557-578 (2013).</li><li>Tranchida, P. Q., Aloisi, I., Giocastro, B., Mondello, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+state+of+comprehensive+two-dimensional+gas+chromatography-mass+spectrometry+with+focus+on+processes+of+ionization.">Current state of comprehensive two-dimensional gas chromatography-mass spectrometry with focus on processes of ionization.</a> Trends in Analytical Chemistry. 105, 360-366 (2018).</li></ol>

البروفيسور ستيفن رايشنباخ والدكتور تشينغ بينغ تاو لديهما مصالح مالية في GC Image، ذ.م.م. الدكتور دانييلا بيروني هو موظف في SRA الصكوك، موزع للصورة GC في إيطاليا وفرنسا. الدكتور فيديريكو ستيلو، البروفيسور كيارا كورديرو، والبروفيسور كارلو بيتشي يعلنون عدم وجود تضارب في المصالح.

يمثل تصور بيانات GC×GC-TOF MS خطوة أساسية لفهم مناسب للنتائج التي تحققت من خلال عمليات فصل شاملة ثنائية الأبعاد. رسم الصور مع تلوين مخصص يسمح للمحللين لتقدير الاختلافات استجابة كاشف وبالتالي التوزيع التفاضلي لمكونات العينة. هذا النهج البصري يغير تماما وجهة نظر المحللين على تفسير ووضع الكروماتوجرامات. هذه الخطوة الأولى، بمجرد فهمها واستخدامها بثقة من قبل الكروماتوغراف، تفتح منظورا جديدا في المزيد من المعالجة.
10- وثمة جانب أساسي آخر من معالجة البيانات هو إمكانية الوصول إلى مصفوفة البيانات الكاملة (أي البيانات الطيفية للتصلب المتعدد والاستجابات) لجميع نقاط العينة، التي يتوافق كل منها مع حدث كشف واحد. وفي هذا الصدد، يبلغ التكامل بين الأبعاد 2ذروته، بحيث تمثل مجموعة أحداث الكاشف المقابلة للت التحليلي الواحد خطوة حاسمة. في البروتوكول الحالي، يستند الكشف عن قمم 2D على خوارزمية مستجمعات المياه18 مع تضمين بعض التعديلات لتحسين حساسية الكشف في حالة المركبات الجزئية المشتركة. ولجعل هذه العملية أكثر تحديدا، يجب القيام بالانتهاك، واعتماد إجراءات أكثر تطورا. وهذا ممكن عن طريق إجراء الكشف عن ذروة أيون لبيانات مرض التصلب العصبي المتعدد؛ الخوارزمية بمعالجة صفيف البيانات وعزل الاستجابة من التحليلات واحد استنادا إلى التشكيلات الطيفية19،31.
وثمة خطوة هامة ولكنها حاسمة في البروتوكول، وأي عملية لتفسير بيانات GC×GC-MS، تتعلق بتحديد التحليلات. ويجب أن يجري المحلل هذا الإجراء، المقترح في الخطوتين 8 و9، في غياب تحليل تأكيدي مع معايير صحيحة. الإجراءات الآلية متاحة في أي برنامج تجاري؛ وهي تشمل تقييم التشابه في التوقيع الطيفي MS مقابل الأطياف المرجعية المجمعة (أي المكتبات الطيفية) وتقييم النسب المميزة بين الأيونات المؤهلة/الكمية. ومع ذلك، هناك حاجة إلى معايير تأكيد إضافية لدحض تحديد الأيزومرات. ويقترح البروتوكول اعتماد فهارس استبقاء خطية لتحديد أولويات قائمة المرشحين؛ الحد هنا يتعلق بتوفر بيانات الاستبقاء واتساقها.
السمة الرئيسية التي تجعل هذا النهج فريدة من نوعها هو قالب مطابقة12،13،15،29. تمكن مطابقة القالب من التعرف على نمط 2D بطريقة فعالة ومحددة وبديهية للغاية. ويمكن تعيينها، من حيث الحساسية وخصوصية، من خلال تطبيق قيم عتبة مخصصة و / أو وظائف القيد في حين يمكن للمحلل الإشراف على الإجراء من خلال التفاعل بنشاط مع معلمات وظيفة التحويل. وتعتمد خصوصية هذه العملية على إمكانية التوفيق بين معلومات القمم المستهدفة وغير المستهدفة بين عينات من دفعة موحدة ولكن أيضا بين العينات المكتسبة بنفس الشروط الاسمية على الرغم من الاختلال المتوسط إلى الشديد. وتتعلق مزايا هذه العملية بإمكانية الحفاظ على جميع عمليات تحديد الهوية التحليلية المستهدفة، وهي مهمة تستغرق وقتا طويلا بالنسبة للمحلل، وجميع البيانات الوصفية المحفوظة للقمم المستهدفة وغير المستهدفة من جلسات الإعداد السابقة.
مطابقة القالب هو أيضا فعالة جدا من حيث الوقت الحسابية. تتكون ملفات بيانات MS منخفضة الدقة من حوالي 1-2 غيغابايت من البيانات المعبأة بينما قد تصل تحليلات MS عالية الدقة إلى 10-15 غيغابايت لكل شوط تحليلي واحد. مطابقة القالب لا يعالج مصفوفة البيانات الكاملة في كل مرة ولكن، في البداية، ينفذ المحاذاة وقت الاستبقاء بين الكروماتوغرام باستخدام قمم القالب ثم، يعالج قمم المرشح داخل إطار البحث عن تطابق تشابهها مع المرجع في القالب. في حالة الاختلال الشديد ، وهو الوضع الأكثر تحديا ، كان أداء التحويلات العالمية متعددة الحدود من الدرجة الثانية أفضل من الأساليب المحلية مع تقليل الوقت الحسابي13.
10 - لكي تنتشر تقنية GC×GC على نطاق واسع خارج الأوساط الأكاديمية ومختبرات البحوث، يتعين على أدوات معالجة البيانات أن تيسر العمليات الأساسية للتصور وفحص الرسوم اللونية؛ تحديد التحليلات ينبغي أن توفر إمكانية اعتماد خوارزميات موحدة والإجراءات (على سبيل المثال، خوارزمية البحث NIST والمعايرة IT)؛ وينبغي أن يكون التحليل المقارن بديهيا وفعالا ومدعما بأدوات تفاعلية. النهج المقترح يعالج هذه الاحتياجات مع تقديم خيارات وأدوات متقدمة للتعامل مع الحالات المعقدة مثل التحليلات المشتركة elution ، معايرة التحليلات المتعددة ، تحليل نوع المجموعة ، ومحاذاة الكشف الموازية.
تغطي الأدبيات المشار إليها العديد من السيناريوهات المحتملة حيث يقدم GC×GC ، وبشكل أعم ، الكروماتوغرافيا ثنائية الأبعاد الشاملة ، حلولا فريدة ونتائج موثوقة لا يمكن تحقيقها من خلال 1D-chromatography في تحليل تشغيل واحد. 5،32،33 على الرغم من GC ×GC هو أقوى أداة تزيد من قدرة الانفصال والحساسية ، وهناك دائما قيود على قوة الفصل ، والحساسية ، وغيرها من القدرات النظامية. ومع اقتراب هذه الحدود المنهجية، يصبح تحليل البيانات أكثر صعوبة تدريجيا. ولذلك، يجب أن يستمر البحث والتطوير في تحسين الأدوات التحليلية المتاحة لنا.

شامل ثنائي الأبعاد الكروماتوغرافيا الغاز جنبا إلى جنب مع الكشف الطيفي كتلة وقت الطيران (GC×GC-TOF MS) هو في الوقت الحاضر النهج التحليلي الأكثر إفادة لتوصيف الكيميائية للعينات المعقدة1،2،3،4،5. في GC×GC، يتم توصيل الأعمدة بشكل متسلسل وربطها بمعامل (على سبيل المثال، واجهة تركيز حرارية أو قائمة على صمام) يحاصر مكونات التملبد من عمود البعد الأول(1D) قبل إعادة حقنها في عمود البعد الثاني(2D). تتم هذه العملية خلال فترة زمنية ثابتة(PM)،تتراوح عموما بين 0.5-8 s. من خلال التشكيل الحراري ، تتضمن العملية محاصرة التبريد والتركيز على نطاق التجويب مع بعض الفوائد لقوة الفصل الشاملة.
على الرغم من GC×GC تقنية فصل ثنائي الأبعاد، تنتج العملية قيم بيانات متسلسلة. يحصل المحول التناظري إلى الرقمي (A/D) على إخراج الإشارات اللونية بتردد معين. ثم يتم تخزين البيانات في أشكال خاصة الملكية التي لا تحتوي فقط على البيانات الرقمية ولكن البيانات الوصفية ذات الصلة (معلومات عن البيانات) كذلك. يساعد المحول A/D المستخدم في أنظمة GC×GC في رسم خرائط لشدة الإشارة اللونية إلى رقم رقمي (DN) كدالة للوقت في البعدين التحليليين. تنتج أجهزة الكشف أحادية القناة (مثل كاشف تأين اللهب (FID) وكاشف التقاط الإلكترونات (ECD) وكاشف الومينومينسيون الكبريتي (SCD) وما إلى ذلك) قيما مفردة لكل وقت لأخذ العينات، في حين تنتج أجهزة الكشف متعددة القنوات (مثل كاشف الطيف الكتلي (MS)) قيما متعددة (عادة، على مدى طيفي) في كل وقت أخذ عينات على طول المدى التحليلي.
لتصور البيانات ثنائيةالأبعاد، يبدأ الإعداد بتنقيط قيم بيانات فترة تعديل واحدة (أو دورة) كأعمدة من وحدات البكسل (عناصر الصورة المقابلة لأحداث الكاشف). على طول تنسيق (المحور ص، من أسفل إلى أعلى) يتم تصور وقت الفصل 2D. تتم معالجة أعمدة البكسل بشكل تسلسلي بحيث تقوم abscissa (المحور X، من اليسار إلى اليمين) بالتقارير عن وقت الفصل 1D. يقدم هذا الترتيب البيانات 2D في نظام تنسيق الديكارتية اليد اليمنى، مع ترتيب الاحتفاظ 1D كفهرس الأول في الصفيف.
تتيح معالجة البيانات للكروماتوجرامات 2D الوصول إلى مستوى أعلى من المعلومات من البيانات الأولية، مما يتيح الكشف عن الذروة 2D، وتحديد الذروة، واستخراج بيانات الاستجابة للتحليل الكمي، والتحليل المقارن.
ويمكن التعامل مع أنماط الذروة 2D كبصمات فريدة للعينة والمركبات المكتشفة كخصائص دقيقة للتحليل الفعال عبر المقارنة. هذا النهج، والمعروفة باسم البصمات المستندة إلى قالب6،7، مستوحاة من بصمات الأصابع البيومترية6. تعتمد أنظمة التحقق التلقائي من بصمات الأصابع البيومترية، في الواقع، على خصائص أطراف أصابع فريدة من نوعها: تشعبات ونهايات التلال، المترجمة والمستخرجة من الانطباعات الموقعة أو الصور التفصيلية. هذه الخصائص، وملامح minutiae اسمه، ثم عبر مطابقة مع القوالب المخزنة المتاحة8،9.
وكما ذكر أعلاه، فإن كل نمط فصل GC×GC يتكون من 2قمم D موزعة بشكل عقلاني على مستوى ثنائي الأبعاد. كل ذروة يتوافق مع تحليل واحد، لديه إمكاناته الإعلامية، ويمكن أن تعامل كميزة واحدة لتحليل نمط المقارنة.
هنا، نقدم نهجا فعالا لأخذ بصمات الأصابع الكيميائية من قبل GC×GC-TOF MS يتميز بالتأين جنبا إلى جنب. والهدف من ذلك هو فهرسة شاملة وكمية الميزات من مجموعة من الكروماتوجرامات.
بالمقارنة مع البرامج التجارية القائمة أو الإجراءات الداخلية10،11 التي تستخدم نهج ذروة الميزات ، تتميز بصمات الأصابع المستندة إلى القالب بخصوصية عالية وكفاءة ووقت حسابي محدود. وبالإضافة إلى ذلك، لديها مرونة جوهرية تمكن من المحاذاة عبر ميزات minutia (أي، 2قمم D) بين الكروماتومات المنحرفة بشدة مثل تلك التي تم الحصول عليها من قبل أجهزة مختلفة أو في دراسات الإطار الزمني الطويل12،13،14.
ويرد وصف موجز للعمليات الأساسية للطريقة المقترحة لتوجيه القارئ إلى فهم جيد لتعقيد النمط 2D وقوة المعلومات. ثم، من خلال استكشاف مصفوفة بيانات إخراج الصك، يتم إجراء تحديد المواد الكيميائية و التحليلية المستهدفة المعروفة الموجودة على الفضاء ثنائي الأبعاد. ثم يتم بناء قالب القمم المستهدفة وتطبيقها على سلسلة من الكروماتوجرامات المكتسبة داخل نفس الدفعة التحليلية. واستخراج البيانات الفوقية المتعلقة بأوقات الاحتفاظ والتوقيعات الطيفية والاستجابات (المطلقة والنسبية) من أنماط إعادة محاذاة القمم المستهدفة واعتمادها للكشف عن الاختلافات التركيبية في مجموعة العينات.
وكخطوة إضافية وفريدة من نوعها في العملية، يتم أيضا أخذ بصمات أصابع مشتركة غير موجهة ومستهدفة (UT) على كروماتوجرامات مستهدفة مسبقا لتوسيع إمكانية أخذ بصمات الأصابع إلى كل من التحليلات المعروفة وغير المعروفة. تنتج العملية قالب UT لتحليل مقارن شامل حقا يمكن أن يكون مؤتمتا إلى حد كبير.
وكخطوة أخيرة، تؤدي الطريقة المحاذاة المتقاطعة للميزات في إشتين متوازيتين للكشف تنتجان طاقات تأين إلكترون عالية ومنخفضة (70 و12 eV).
البروتوكول مرن جدا في دعم التحليلات من الكروماتوغرام واحد أو مجموعة من الكروماتوغرافيا ومع الكروماتوغرافيا المتغيرة و / أو كاشفات متعددة. هنا، يتم عرض البروتوكول مع مجموعة برامج GC×GC متوفرة تجاريا (انظر جدول المواد)مجتمعة إلى مكتبة MS وبرامج البحث (انظر جدول المواد). بعض الأدوات اللازمة متوفرة في برامج أخرى ويمكن تنفيذ أدوات مماثلة بشكل مستقل عن الأوصاف في الأدب من قبل Reichenbach وزملاء العمل15،16،17،18،19. البيانات الأولية للمظاهرة مستمدة من دراسة بحثية عن زيت الزيتون البكر الممتاز (EVO) أجريت في مختبر المؤلفين14. وعلى وجه الخصوص، يتم أخذ عينات من الكسر المتطاير (أي volatilome) من زيوت EVO الإيطالية بواسطة الميكروإكستاتيون المرحلة الصلبة مساحة الرأس (HS-SPME) وتحليلها من قبل GC×GC-TOF MS لالتقاط بصمات التشخيص للجودة والتأهيل الحسي للعينات. وترد تفاصيل عن العينات وظروف أخذ العينات والتهيئة التحليلية في جدول المواد.
تصف الخطوات 1-6 المعالجة المسبقة للكروماتوجرامات. تصف الخطوات 7-9 معالجة وتحليل الكرومات التوضيحية الفردية. تصف الخطوات 10-12 إنشاء القالب ومطابقته، وهما أساس تحليل العينة المشتركة. تصف الخطوات 13-16 تطبيق البروتوكول عبر مجموعة من الكروماتوغرامات، مع الخطوات 14-16 لتحليل UT.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1D SolGel-Wax column (100% polyethylene glycol; 30 m &#215; 0.25 mm dc &#215; 0.25 &#956;m df). Carrier gas helium at a constant nominal flow of 1.3 mL/min.</td>
			<td>Trajan SGE Analytical Science, Ringwood, Australia</td>
			<td>PN 054796</td>
			<td>Carrier gas helium at a constant nominal flow of 1.3 mL/min. Oven temperature programming set as follows: 40&#176;C (2 min) to 240&#176;C (10 min) at 3.5&#176;C/min.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2D OV1701 column (86% polydimethylsiloxane, 7% phenyl, 7% cyanopropyl; 1 m &#215; 0.1 mm dc &#215; 0.10 &#956;m df) from .</td>
			<td>Mega, Legnano, Milan, Italy</td>
			<td>PN MEGA-1701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Automated system for sample preparation: SPR Autosampler for GC</td>
			<td>SepSolve-Analytical, Llantrisant, UK</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extra Virgin Olive oils: Sicily and Tuscany, Italy</td>
			<td>Project VIOLIN (Ager - Fondazioni in rete per la ricerca agroalimentare)</td>
			<td></td>
			<td>Samples (n=10) were collected during the production year 2018 within the &#34;Violin&#34; project sampling campaign. Oils were submitted to HS-SPME to sample volatiles according to a reference protocol validated in a previous study of Stilo et al.14</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas chromatograph: Model 7890B GC</td>
			<td>Agilent Technologies Wilmington DE, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GC Image GC&#215;GC edition V 2.9</td>
			<td>GC Image LLC, Lincoln, Nebraska</td>
			<td></td>
			<td>https://www.gcimage.com/gcxgc/trial.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image processing software</td>
			<td>GC Image LLC, Lincoln, Nebraska</td>
			<td></td>
			<td>https://www.gcimage.com/gcxgc/trial.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mass spectrometer: BenchTOF-Select</td>
			<td>Markes International Llantrisant, UK</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methyl-2-octynoate (CAS 111-12-6)</td>
			<td>Merck-Millipore/Supelco</td>
			<td>PN: 68982</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Modulator controller: Optimode v2.0</td>
			<td>SRA Intruments, Cernusco sul Naviglio, Milan, Italy</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Modulator: KT 2004 loop type</td>
			<td>Zoex Corporation Houston, TX, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MS library and search software: NIST Library V 2017, Software V 2.3</td>
			<td>National Institute of Standards and Technology (NIST), Gaithersburg MD</td>
			<td></td>
			<td>https://www.nist.gov/srd/nist-standard-reference-database-1a-v17</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-alkanes C8-C40 for retention indexing</td>
			<td>Merck-Millipore/Supelco</td>
			<td>PN: 40147-U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-hexane (CAS 110-54-3) gas chromatography MS SupraSolv</td>
			<td>Merck-Millipore/Supelco</td>
			<td>PN: 100795</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solid Phase Microextraction fiber</td>
			<td>Merck-Millipore/Supelco</td>
			<td>PN 57914-U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#945;- /&#946;-thujone (CAS 546-80-5)</td>
			<td>Merck-Millipore/Sigma Aldrich</td>
			<td>PN: 04314</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

chromatographic fingerprinting by template matching for data collected by comprehensive two-dimensional gas chromatography

وتعد معالجة البيانات وتقييمها خطوات حاسمة في مجال التصوير الكروماتوغرافي الشامل للغاز ثنائي الأبعاد، لا سيما عندما يقترن قياس الطيف الكتلي. قد تكون المعلومات الغنية المشفرة في البيانات ذات قيمة عالية ولكن يصعب الوصول إليها بكفاءة. كثافة البيانات وتعقيدها يمكن أن يؤدي إلى فترات طويلة من التفصيل وتتطلب إجراءات شاقة تعتمد على المحلل. ولذلك، فإن أدوات معالجة البيانات الفعالة التي يمكن الوصول إليها هي المفتاح لتمكين انتشار وقبول هذه التقنية المتقدمة المتعددة الأبعاد في المختبرات للاستخدام اليومي. يستخدم بروتوكول تحليل البيانات المقدم في هذا العمل بصمات الأصابع اللونية ومطابقة القالب لتحقيق هدف التفكيك الآلي للغاية للكروماتوغرافيات المعقدة ثنائية الأبعاد في السمات الكيميائية الفردية للتعرف المتقدم على الأنماط الإعلامية داخل الكروماتوغرافيات الفردية وعبر مجموعات من الكروماتوجرامات. يوفر البروتوكول اتساقا وموثوقية عالية مع تدخل قليل. وفي الوقت نفسه، يمكن الإشراف على المحللين في مجموعة متنوعة من الإعدادات ووظائف القيود التي يمكن تخصيصها لتوفير المرونة والقدرة على التكيف مع الاحتياجات والأهداف المختلفة. يظهر مطابقة القالب هنا ليكون نهجا قويا لاستكشاف زيت الزيتون البكر الممتاز volatilome. يتم تنفيذ المحاذاة المتقاطعة للقمم ليس فقط للأهداف المعروفة ، ولكن أيضا للمركبات غير المستهدفة ، مما يزيد بشكل كبير من قوة التوصيف لمجموعة واسعة من التطبيقات. وتقدم أمثلة على ذلك للدلالة على أداء تصنيف ومقارنة الأنماط اللونية من مجموعات العينات التي تم تحليلها في ظل ظروف مماثلة.

Watch this Scientific Journal Video about Chromatographic Fingerprinting by Template Matching for Data Collected by Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography at JoVE.com

Chromatographic Fingerprinting by Template Matching for Data Collected by Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography

يقدم هذا البروتوكول نهجا لبصمات الأصابع واستكشاف البيانات متعددة الأبعاد التي تم جمعها من خلال كروماتوغرافيا الغاز ثنائي الأبعاد الشاملة إلى جانب قياس الطيف الكتلي. يتم تطبيق خوارزميات التعرف على الأنماط المخصصة (مطابقة القالب) لاستكشاف المعلومات الكيميائية المشفرة في الكسر المتطاير لزيت الزيتون البكر الممتاز (أي volatilome).

البصمات اللونية حسب مطابقة القالب للبيانات التي تم جمعها بواسطة كروماتوغرافيا غاز ثنائية الأبعاد شاملة

Data processing and evaluation are critical steps of comprehensive two-dimensional gas chromatography (GCxGC), particularly when coupled to mass ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Fabricating Nanogaps by Nanoskiving

افتعال Nanogaps بواسطة Nanoskiving

There are several methods of fabricating nanogaps with controlled spacings, but the precise control over the sub-nanometer spacing between two ...

Profiling the Triacylglyceride Contents in Bat Integumentary Lipids by Preparative Thin Layer Chromatography and MALDI-TOF Mass Spectrometry

التنميط محتويات Triacylglyceride في بات غلافي الدهون بواسطة التحليل اللوني طبقة رقيقة محضرة وMALDI-TOF الطيف الكتلي

The mammalian integument includes sebaceous glands that secrete an oily material onto the skin surface. Sebum production is part of the innate immune ...

Isolation and Preparation of Bacterial Cell Walls for Compositional Analysis by Ultra Performance Liquid Chromatography

عزل وإعداد جدران الخلايا البكتيرية للتحليل التركيبي بواسطة الترا الأداء الكروماتوغرافيا السائلة

The bacterial cell wall is critical for the determination of cell shape during growth and division, and maintains the mechanical integrity of cells in the ...

Exploring the Radical Nature of a Carbon Surface by Electron Paramagnetic Resonance and a Calibrated Gas Flow

استكشاف الطبيعة الراديكالي من سطح الكربون الكترون ممغطس الرنين وتدفق الغاز معايرة

While the first Electron Paramagnetic Resonance (EPR) studies regarding the effects of oxidation on the structure and stability of carbon radicals date ...

Improved In-gel Reductive &#946;-Elimination for Comprehensive O-linked and Sulfo-glycomics by Mass Spectrometry

Improved In-gel Reductive ÃƒÅ½Ã‚Â²-Elimination for Comprehensive O-linked and Sulfo-glycomics by Mass Spectrometry

تحسن في جل β-القضاء الشامل للO-ربط وسلفو-glycomics الاختزالية التي كتبها الطيف الكتلي

Separation of proteins by SDS-PAGE followed by in-gel proteolytic digestion of resolved protein bands has produced high-resolution proteomic analysis of ...

Quantitative Detection of Trace Explosive Vapors by Programmed Temperature Desorption Gas Chromatography-Electron Capture Detector

الكشف عن كمية من المتفجرات عن طريق تتبع الأبخرة درجة الحرارة المبرمجة الامتزاز الغاز اللوني-الكترون التقاط الكاشف

The direct liquid deposition of solution standards onto sorbent-filled thermal desorption tubes is used for the quantitative analysis of trace explosive ...

Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

التجميع الذاتي من الأشكال ثنائية الأبعاد المعقدة من البلاط DNA المفرد الذين تقطعت بهم السبل

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this ...

Radiolabeling and Quantification of Cellular Levels of Phosphoinositides by High Performance Liquid Chromatography-coupled Flow Scintillation

Radiolabeling والكمي لمستويات الخلايا من Phosphoinositides التي كتبها التلألؤ تدفق عالية الأداء اللوني السائل الديناميكي

Phosphoinositides (PtdInsPs) are essential signaling lipids responsible for recruiting specific effectors and conferring organelles with molecular ...

Detection and Quantification of Plasmodium falciparum in Aqueous Red Blood Cells by Attenuated Total Reflection Infrared Spectroscopy and Multivariate Data Analysis

Detection and Quantification of Plasmodium falciparum in Aqueous Red Blood Cells by Attenuated Total Reflection Infrared Spectroscopy and Multivariate Data Analysis

الكشف والتحديد الكمي المنجلية في "مائي خلايا الدم الحمراء" بتخفيف مجموع انعكاس الأشعة تحت الحمراء الطيفي وتحليل البيانات متغير

We demonstrate a method of quantification and detection of parasites in aqueous red blood cells (RBCs) by using a simple benchtop Attenuated Total ...

Exfoliation and Analysis of Large-area, Air-Sensitive Two-Dimensional Materials

تقشير وتحليل للمساحة الكبيرة، مواد حساسة للهواء ثنائي الأبعاد

We describe methods for producing and analyzing large, thin flakes of air-sensitive two-dimensional materials. Thin flakes of layered or van der Waals ...