质谱同位素精细结构与超精细结构的模拟方法及装置

摘要

本发明公开了一种质谱同位素精细结构与超精细结构的模拟方法及装置。其中，该模拟方法通过同位素矢量操作计算任一元素构成的分子式的同位素精细与超精细结构；其中，同位素矢量为质量矢量与丰度矢量的组合；质量矢量按照升序或降序排列，丰度矢量元素与质量矢量元素一一对应；建立了同位素元素簇矢量，提出了同位素精细结构的高效计算方法，并给出了指定质荷比同位素超精细结构的高效算法，用统一的算法实现了同位素精细结构与超精细结构的高效计算；发现矢量操作与“找零”方法内存消耗少、运算速度快、计算精度高，可以适用于任意元素的同位素分布计算,且支持自定义同位素分布。

说明书

技术领域

本发明属于高分辨质谱的数据分析领域，尤其涉及一种质谱同位素精细结构与超精细结构的模拟方法及装置。

背景技术

同位素分布的准确及快速模拟是解析高分辨质谱数据和获取分子组成与结构信息的关键。同位素分布的可以分为两个层次：一是普通高分辨质谱仪可以分辨的精细结构，其特点是去卷积的相邻峰间距约为1Da；二是超高分辨率傅里叶回旋共振质谱可以分辨的超精细结构，其特点是去卷积的峰形成“簇”，“簇”内峰间距远小于1Da。

精细结构可以看做是超精细结构在较低分辨率下的近似。可以证明，对同一元素构成的分子式X_n，其同位素精细结构中峰的数目为其中q表示X的稳定天然同位素的数目。不难看出，若q>2，同位素精细结构的峰数目是原子数目的高阶非线性函数。因此，对于分子量大、组成复杂或含有较多过渡金属元素的分子，利用计算机快速及准确模拟同位素结构一直是质谱学与计算化学的难题。

目前，模拟分子量大、组成复杂或含有较多过渡金属元素的分子的同位素结构的问题可以分为两类，第一类是通过傅里叶变换或多项式方法模拟精细同位素分布；第二类是基于多维傅里叶变换、动态规划、过渡树、质量状态分级等方法计算同位素超精细结构。

但是目前这些质谱同位素模拟方法还存在以下问题：

第一，同位素精细结构与超精细结构计算的算法框架差异迥然，二者之间的计算很难有效地切换；

第二，现有同位素超精细结构的算法的运算速度依然相对较慢且内存资源消耗较大。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种质谱同位素精细结构的模拟方法，其基于矢量操作与“找零”方法等运算，给出同位素精细结构的统一计算模型，使高分辨质谱数据的解析更为简洁高效，且适用范围广。

本发明的一种质谱同位素精细结构的模拟方法，通过同位素矢量操作计算任一给定分子式的同位素精细结构；其中，同位素矢量为质量矢量与丰度矢量的组合；质量矢量按照升序或降序排列，丰度矢量元素与质量矢量元素一一对应；所述模拟方法，包括：

步骤1：求取“找零”系统D；其中，“找零”系统D为一组正整数集合，正整数集合内元素为给定分子式中各个元素原子个数分解的次数，正整数集合内元素数目对应定分子式中元素的原子个数；

“找零”系统D是经过χ值优化且具有小于预设阈值的χ值；χ值的计算过程为：从1开始直至到给定分子式中相应元素原子个数，利用贪心算法计算将给定分子式中相应元素原子个数分解的次数，最后求取给定分子式中所有元素分解次数的均值即为χ值；

步骤2：将给定分子式中各个元素的原子数投影到“找零”系统D上，得到各个元素原子数的“找零”分组，并将“找零”分组中具有不同数目的原子团作为“原子簇”；

步骤3：对各个元素的每个“原子簇”的质量矢量和丰度矢量进行正则运算；

步骤4：计算各个元素正则运算后“原子簇”的矢量乘积矩阵和加和矩阵，对矢量乘积矩阵和加和矩阵进行卷积运算，得到新的质量矢量与丰度矢量，进而得到各个元素的新同位素，最终得到给定分子式的所有元素的同位素精细结构。

例如：“找零”系统D＝(1,2,5,10,20,50,100,200,500,1000,2000,5000,10000),或(1,4,9,11,26,38,44,100,400,900,1100,2600,3800,4400,10000),或(1,2,5,11,25,42,103,164,212,484,733,1754,2730,6475,10000)。

需要说明的是，“找零”系统D不限于上述正整数集合。

在本发明中，构建的“原子簇”的同位素分布谱可以是天然存在的，也可以是人工设定的，利用同位素矢量操作运算，逐步迭代计算“原子簇”的同位素精细结构；找零”系统D中数字对应的原子数对应的原子簇作为固定参数。

进一步的，当给定分子式Xn仅由一种元素X构成，则同位素矢量为质量矢量和丰度矢量的顺序集合，由具有相同中心质量的同位素组成；X_n的质量顺序集合表示为：

其中：每个中心质量是u_h，中心质量对应的同位素子矢量是[u_hk]，h和k是整数，中心质量对应于同位素精细结构中第h个峰的质量数；[u_hk]对应于第h个峰的同位素超精细结构中所有质量数，即精细结构丰度矢量。

进一步的，在所述步骤4中，同位素的精细结构中质量矩阵的计算公式为：

其中，m_α和m_β是需要运算的质量矢量；

同位素的精细结构中丰度矩阵的计算公式为：

其中，p_α和p_β是需要运算的丰度矢量。

本发明的第二目的是提供一种质谱同位素超精细结构的模拟方法，其基于矢量操作与“找零”方法等运算，给出同位素超精细结构的统一计算模型，使高分辨质谱数据的解析更为简洁高效，且适用范围广。

本发明的一种质谱同位素超精细结构的模拟方法，包括：

采用上述所述的质谱同位素精细结构的模拟方法，得到给定分子式的所有元素的同位素精细结构；

当给定分子式仅由一种元素构成时，直接提取出给定分子式的同位素精细结构中第h个峰的质量子矢量顺序集合以及丰度子矢量顺序集合，得到给定分子式的同位素超精细结构；其中，h为给定质荷比，为正整数。

本发明还提供了另一种质谱同位素超精细结构的模拟方法，其包括：

采用上述所述的质谱同位素精细结构的模拟方法，得到给定分子式的所有元素的同位素精细结构；

当给定分子式中独立元素的个数大于2时，给定分子式为X_aY_bZ_c...；则将分子式中所有元素分成两个大类，使其满足：

其中，q_i是元素X_i的天然稳定同位素的数量；i表示分子式X_aY_bZ_c...中元素X,Y,Z,...所处的位置；

求解f(s)的最小值；其中s为元素集合；

找出指定质荷比对应的h值；并且对任意两个元素集合内的元素进行乘积矢量运算，计算得到第h个峰位置的超精细结构：

其中m和p分别对应质量矢量和丰度矢量，α和β是矩阵中元素的位置坐标；h为给定质荷比，为正整数。

进一步的，对元素集合内的元素如下运算：

其中，v_α和u_β是需要运算的同位素矢量。

本发明的第三目的是提供一种质谱同位素精细结构的模拟装置。

本发明的一种质谱同位素精细结构的模拟装置，包括存储器和第一处理器；

所述第一处理器，被配置为：通过同位素矢量操作计算任一给定分子式的同位素精细结构；其中，同位素矢量为质量矢量与丰度矢量的组合；质量矢量按照升序或降序排列，丰度矢量元素与质量矢量元素一一对应；

所述第一处理器，还被配置为执行以下程序：

求取“找零”系统D；其中，“找零”系统D为一组正整数集合，正整数集合内元素为给定分子式中各个元素原子个数分解的次数，正整数集合内元素数目对应定分子式中元素的原子个数；

“找零”系统D是经过χ值优化且具有小于预设阈值的χ值；χ值的计算过程为：从1开始直至到给定分子式中相应元素原子个数，利用贪心算法计算将给定分子式中相应元素原子个数分解的次数，最后求取给定分子式中所有元素分解次数的均值即为χ值；

将给定分子式中各个元素的原子数投影到“找零”系统D上，得到各个元素原子数的“找零”分组，并将“找零”分组中具有不同数目的原子团作为“原子簇”；

对各个元素的每个“原子簇”的质量矢量和丰度矢量进行正则运算；

计算各个元素正则运算后“原子簇”的矢量乘积矩阵和加和矩阵，对矢量乘积矩阵和加和矩阵进行卷积运算，得到新的质量矢量与丰度矢量，进而得到各个元素的新同位素，最终得到给定分子式的所有元素的同位素精细结构。

进一步的，所述第一处理器，还被配置为：

当给定分子式X_n仅由一种元素X构成，则同位素矢量为质量矢量和丰度矢量的顺序集合，由具有相同中心质量的同位素组成；X_n的质量顺序集合表示为：

其中：每个中心质量是u_h，中心质量对应的同位素子矢量是[u_hk]，h和k是整数，中心质量对应于同位素精细结构中第h个峰的质量数；[u_hk]对应于第h个峰的同位素超精细结构中所有质量数，即精细结构丰度矢量。

进一步的，所述第一处理器，还被配置为：

同位素的精细结构中质量矩阵的计算公式为：

其中，m_α和m_β是需要运算的质量矢量；

同位素的精细结构中丰度矩阵的计算公式为：

其中，p_α和p_β是需要运算的丰度矢量。

本发明的第四目的是提供一种质谱同位素超精细结构的模拟装置。

本发明的一种质谱同位素超精细结构的模拟装置，包括：

上述所述的质谱同位素精细结构的模拟装置；及

第二处理器，其被配置为：

当给定分子式仅由一种元素构成时，直接提取出给定分子式的同位素精细结构中第h个峰的质量子矢量顺序集合以及丰度子矢量顺序集合，得到给定分子式的同位素超精细结构；其中，h为给定质荷比，为正整数。

本发明还提供了另一种质谱同位素超精细结构的模拟装置，其包括：

上述所述的质谱同位素精细结构的模拟装置；及

第二处理器，其被配置为：

当给定分子式中独立元素的个数大于2时，给定分子式为X_aY_bZ_c...；则将分子式中所有元素分成两个大类，使其满足：

其中，q_i是元素X_i的天然稳定同位素的数量；i表示分子式X_aY_bZ_c...中元素X,Y,Z,...所处的位置；

求解f(s)的最小值；其中s为元素集合；

找出指定质荷比对应的h值；并且对任意两个元素集合内的元素进行乘积矢量运算，计算得到第h个峰位置的超精细结构：

其中m和p分别对应质量矢量和丰度矢量，α和β是矩阵中元素的位置坐标；h为给定质荷比，为正整数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的逻辑体系严密，定义明确清晰；本发明基于同位素矢量及矢量操作，包括矢量正则化，矢量加和和乘积运算，以及卷积运算；同时引入了“找零”系统优化算法的运行速度，明确定义了“找零”系统D以及其计算与评价方法；

(2)本发明利用同位素子矢量及矢量顺序集的概念，并且得到指定h位置的同位素精细结构计算方法；

(3)本发明能够计算任意分子式的同位素精细结构与超精细结构，计算精度极高，速度极快，且消耗内存少，而传统方法往往只能计算同位素精细结构或超精细结构中的一种，且计算资源消耗大。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为人肌血红蛋白的分子示意图；

图2为矢量操作示意图；

图3(a)为人肌血红蛋白的同位素精细结构；

图3(b)为人肌血红蛋白的同位素超精细结构；

图4为本发明的计算同位素分布方法的程序流程图；

图5为本发明的一种质谱同位素精细结构的模拟方法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，同位素矢量乘法为矢量A(m维)与矢量B(n维)的内积，其结果为同位素矢量加法为矢量A(m维)与矢量B(n维)的内和，其结果为

同位素矢量的正则运算为：在同位素质量矢量与丰度矢量中适当增加元素，使每两个连续质量之间的形式质量差为1Da，且增加的丰度矢量元素为零；

同位素矢量的卷积运算为：

p_h＝∑_{α，β∈{α+β-1＝h}}p_αβ，且其中p_αβ和m_αβ分别为同位素丰度矢量乘法和质量矢量加法运算得到的矩阵中(α,β)元素数值，m_h和p_h分别卷积运算后新同位素的第h个质量元素与丰度元素。

如图5所示，本发明的一种质谱同位素精细结构的模拟方法，通过同位素矢量操作计算任一给定分子式的同位素精细结构；其中，同位素矢量为质量矢量与丰度矢量的组合；质量矢量按照升序或降序排列，丰度矢量元素与质量矢量元素一一对应；所述模拟方法，包括：

步骤1：求取“找零”系统D；其中，“找零”系统D为一组正整数集合，正整数集合内元素为给定分子式中各个元素原子个数分解的次数，正整数集合内元素数目对应定分子式中元素的原子个数；

“找零”系统D是经过χ值优化且具有小于预设阈值的χ值；χ值的计算过程为：从1开始直至到给定分子式中相应元素原子个数，利用贪心算法计算将给定分子式中相应元素原子个数分解的次数，最后求取给定分子式中所有元素分解次数的均值即为χ值；

例如：“找零”系统D＝(1,2,5,10,20,50,100,200,500,1000,2000,5000,10000),或(1,4,9,11,26,38,44,100,400,900,1100,2600,3800,4400,10000),或(1,2,5,11,25,42,103,164,212,484,733,1754,2730,6475,10000)。

需要说明的是，“找零”系统D不限于上述正整数集合。

步骤2：将给定分子式中各个元素的原子数投影到“找零”系统D上，得到各个元素原子数的“找零”分组，并将“找零”分组中具有不同数目的原子团作为“原子簇”；

步骤3：对各个元素的每个“原子簇”的质量矢量和丰度矢量进行正则运算；

步骤4：计算各个元素正则运算后“原子簇”的矢量乘积矩阵和加和矩阵，对矢量乘积矩阵和加和矩阵进行卷积运算，得到新的质量矢量与丰度矢量，进而得到各个元素的新同位素，最终得到给定分子式的所有元素的同位素精细结构。

在所述步骤4中，同位素的精细结构中质量矩阵的计算公式为：

其中，m_α和m_β是需要运算的质量矢量；

同位素的精细结构中丰度矩阵的计算公式为：

其中，p_α和p_β是需要运算的丰度矢量。

在本发明中，构建的“原子簇”的同位素分布谱可以是天然存在的，也可以是人工设定的，利用同位素矢量操作运算，逐步迭代计算“原子簇”的同位素精细结构；找零”系统D中数字对应的原子数对应的原子簇作为固定参数。

具体地，当给定分子式Xn仅由一种元素X构成，则同位素矢量为质量矢量和丰度矢量的顺序集合，由具有相同中心质量的同位素组成；X_n的质量顺序集合表示为：

其中：每个中心质量是u_h，中心质量对应的同位素子矢量是[u_hk]，h和k是整数，中心质量对应于同位素精细结构中第h个峰的质量数；[u_hk]对应于第h个峰的同位素超精细结构中所有质量数，即精细结构丰度矢量。

当给定分子式仅由一种元素构成时，直接提取出给定分子式的同位素精细结构中第h个峰的质量子矢量顺序集合以及丰度子矢量顺序集合，得到给定分子式的同位素超精细结构；其中，h为给定质荷比，为正整数。

当给定分子式中独立元素的个数大于2时，给定分子式为X_aY_bZ_c...；则将分子式中所有元素分成两个大类，使其满足：

其中，q_i是元素X_i的天然稳定同位素的数量；i表示分子式X_aY_bZ_c...中元素X,Y,Z,...所处的位置；

求解f(s)的最小值；其中s为元素集合；

找出指定质荷比对应的h值；并且对任意两个元素集合内的元素进行乘积矢量运算，计算得到第h个峰位置的超精细结构：

其中m和p分别对应质量矢量和丰度矢量，α和β是矩阵中元素的位置坐标；h为给定质荷比，为正整数。

为了描述计算过程，选用含有碳、氢、氮、氧和硫元素的生物分子，如表1所示。

表1生物分子中碳、氢、氮、氧和硫元素的稳定天然同位素质量及其丰度

并且以如图1所示的人肌红蛋白C₇₄₄H₁₂₂₄N₂₁₀O₂₂₂S₅为例进行说明。

但是该计算过程可应用于含有除这五种元素之外的任何化合物。首先规定分子中任一同位素簇或元素簇的同位素分布表示为：

其中M和P分别对应质量和丰度矢量顺序集，由矢量u₁,u₂,...和v₁,v₂,...分别构成；

其中矢量u₁,u₂,...分别为[u₁₀,u₁₁],[u₂₀,u₂₁,u₂₂,...],...；

矢量v₁,v₂,...分别为[v₁₀,v₁₁],[v₂₀,v₂₁,v₂₂,...],...；

将u₁₀,u₂₀,...和v₁₀,v₂₀,...等项提取出来，并且按照矢量顺序集的序列排序，得到含有n个元素的X_n的质量矢量M_X与丰度矢量P_X；

M_X(n)＝[u_10X(n),u_20X(n),u_30X(n),...]；

P_X(n)＝[v_10X(n),v_20X(n),v_30X(n),...]；

设定“找零”系统D；“找零”系统D为一组正整数集合，正整数集合内元素为给定分子式中各个元素原子个数分解的次数，正整数集合内元素数目对应定分子式中元素的原子个数；

“找零”系统D是经过χ值优化且具有小于预设阈值的χ值；χ值的计算过程为：从1开始直至到给定分子式中相应元素原子个数，利用贪心算法计算将给定分子式中相应元素原子个数分解的次数，最后求取给定分子式中所有元素分解次数的均值即为χ值。

“找零”系统D也可以从D＝(1,2,5,10,20,50,100,200,500,1000,2000,5000,10000)、(1,4,9,11,26,38,44,100,400,900,1100,2600,3800,4400,10000)和(1,2,5,11,25,42,103,164,212,484,733,1754,2730,6475,10000)中选择。

对含有k个原子的X_k，利用“找零”系统D，对k进行分解，得到：

k＝∑D(i)；

其中D(i)表示“找零”系统D中第i个元素；

根据k＝∑D(i)中的D(i)和D(j)值，得到相应的质量矢量与丰度矢量：

M_D(i)＝[u_10D(i),u_20D(i),u_30D(i),...]；

P_D(i)＝[v_10D(i),v_20D(i),v_30D(i),...]；

M_D(j)＝[u_10D(j),u_20D(j),u_30D(j),...]；

P_D(j)＝[v_10D(j),v_20D(j),v_30D(j),...]；

利用矢量操作计算矢量和与矢量积，其结果为，如图2所示：

对得到的两个矩阵进行卷积运算，使得：

p_h＝∑_{α，β∈{α+β-1＝h}}ν_αβ；

其中h为新矢量的元素坐标参数，m和p分别新的质量矢量和丰度矢量，α和β是矩阵中元素的位置坐标；

经过上面运算，可以分别得到C₇₄₄,H₁₂₂₄,N₂₁₀,O₂₂₂,以及S₅五个元素簇的同位素精细结构；进一步对这五个元素簇进行正则化运算、矢量操作、卷积运算可以依次得到C₇₄₄H₁₂₂₄,C₇₄₄H₁₂₂₄N₂₁₀,C₇₄₄H₁₂₂₄N₂₁₀O₂₂₂,以及最终分子式C₇₄₄H₁₂₂₄N₂₁₀O₂₂₂S₅的同位素精细结构，如图3(a)所示；

计算C₇₄₄,H₁₂₂₄,N₂₁₀,O₂₂₂,以及S₅的精细结构质量矢量维度，有如下关系：

计算可得：

Dim_C＝745；Dim_H＝1225；Dim_N＝211；Dim_O＝24976；Dim_S＝56；

寻找f(s)函数的最小值，找出对应的集合s；经过优化计算：

f(s)_min＝Dim_C×Dim_O+Dim_H×Dim_N×Dim_S＝33081720；

对应的分类集s＝{C,O}；

分别计算s集与集“元素簇”的同位素精细结构，得到两个“元素簇”的同位素精细结构X_CO与X_HNS：

对进行正则化运算，并且对矢量操作运算，得到：

上面两式是h的函数，即指定质荷比m/z的函数，因此，对于给定的质荷比，其同位素超精细结构可以唯一地由m_hCHNOS和p_hCHNOS决定；

经过如图4所示的程序运算，得到人肌红蛋白C₇₄₄H₁₂₂₄N₂₁₀O₂₂₂S₅分子的同位素分布情况。

在图4中，IUPAC，International Union of Pure and Applied Chemistry，国际纯粹与应用化学联合会，又译国际理论(化学)与应用化学联合会，是一个致力于促进化学相关的非政府组织，也是各国化学会的一个联合组织。以公认的化学命名权威著称。命名及符号分支委员会每年都会修改IUPAC命名法，以力求提供化合物命名的准确规则。IUPAC也是国际科学理事会的会员之一。

上述人肌红蛋白C₇₄₄H₁₂₂₄N₂₁₀O₂₂₂S₅分子的同位素精细结构，如图3所示；超精细结构(精细结构中丰度最大的峰)的计算结果如图3(b)所示。经过测试，精细结构运算所需时间为4.496毫秒，相对误差为1.698×10^-4ppb(十亿分比)；超精细结构运算时间为161毫秒，相对误差为0.009ppm(百万分比)。以上测试均在Intel>

在本申请的实例中，通过同位素矢量运算、“找零”系统、子矢量运算等方式，同时得到了人肌红蛋白的同位素精细结构与同位素超精细结构，且运算速度快、结果准确，为同位素分布的模拟提供了一个高效的计算方法。

传统方法计算同位素精细结构，如傅里叶变换，尽管速度与准确度较高，但方法无法推广到同位素超精细结构计算。理论上，C₇₄₄H₁₂₂₄N₂₁₀O₂₂₂S₅的同位素超精细结构中峰数目约为2.69×10¹⁴个。由于数目巨大，传统计算方法获得同位素超精细结构将不可避免地需要长时间运算，且内存消耗大。通过对许多典型分子体系测试，本发明的速度与准确度明显好于现有模型，且统一了同位素精细结构与超精细结构的计算方法。

本发明还提供例如一种质谱同位素精细结构的模拟装置，其包括存储器和第一处理器；

所述第一处理器，被配置为：通过同位素矢量操作计算任一给定分子式的同位素精细结构；其中，同位素矢量为质量矢量与丰度矢量的组合；质量矢量按照升序或降序排列，丰度矢量元素与质量矢量元素一一对应；

所述第一处理器，还被配置为执行以下程序：

求取“找零”系统D；其中，“找零”系统D为一组正整数集合，正整数集合内元素为给定分子式中各个元素原子个数分解的次数，正整数集合内元素数目对应定分子式中元素的原子个数；

“找零”系统D是经过χ值优化且具有小于预设阈值的χ值；χ值的计算过程为：从1开始直至到给定分子式中相应元素原子个数，利用贪心算法计算将给定分子式中相应元素原子个数分解的次数，最后求取给定分子式中所有元素分解次数的均值即为χ值；

将给定分子式中各个元素的原子数投影到“找零”系统D上，得到各个元素原子数的“找零”分组，并将“找零”分组中具有不同数目的原子团作为“原子簇”；

对各个元素的每个“原子簇”的质量矢量和丰度矢量进行正则运算；

计算各个元素正则运算后“原子簇”的矢量乘积矩阵和加和矩阵，对矢量乘积矩阵和加和矩阵进行卷积运算，得到新的质量矢量与丰度矢量，进而得到各个元素的新同位素，最终得到给定分子式的所有元素的同位素精细结构。

具体地，所述第一处理器，还被配置为：

当给定分子式X_n仅由一种元素X构成，则同位素矢量为质量矢量和丰度矢量的顺序集合，由具有相同中心质量的同位素组成；X_n的质量顺序集合表示为：

其中：每个中心质量是u_h，中心质量对应的同位素子矢量是[u_hk]，h和k是整数，中心质量对应于同位素精细结构中第h个峰的质量数；[u_hk]对应于第h个峰的同位素超精细结构中所有质量数，即精细结构丰度矢量。

具体地，所述第一处理器，还被配置为：

同位素的精细结构中质量矩阵的计算公式为：

其中，m_α和m_β是需要运算的质量矢量；

同位素的精细结构中丰度矩阵的计算公式为：

其中，p_α和p_β是需要运算的丰度矢量。

本发明还提供了一种质谱同位素超精细结构的模拟装置。

本发明的一种质谱同位素超精细结构的模拟装置，包括：

上述所述的质谱同位素精细结构的模拟装置；及

第二处理器，其被配置为：

当给定分子式仅由一种元素构成时，直接提取出给定分子式的同位素精细结构中第h个峰的质量子矢量顺序集合以及丰度子矢量顺序集合，得到给定分子式的同位素超精细结构；其中，h为给定质荷比，为正整数。

本发明还提供了另一种质谱同位素超精细结构的模拟装置，其包括：

上述所述的质谱同位素精细结构的模拟装置；及

第二处理器，其被配置为：

当给定分子式中独立元素的个数大于2时，给定分子式为X_aY_bZ_c...；则将分子式中所有元素分成两个大类，使其满足：

其中，q_i是元素X_i的天然稳定同位素的数量；i表示分子式X_aY_bZ_c...中元素X,Y,Z,...所处的位置；

求解f(s)的最小值；其中s为元素集合；

找出指定质荷比对应的h值；并且对任意两个元素集合内的元素进行乘积矢量运算，计算得到第h个峰位置的超精细结构：

其中m和p分别对应质量矢量和丰度矢量，α和β是矩阵中元素的位置坐标；h为给定质荷比，为正整数。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。