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本学位论文由五章组成。第一章报道了应用ESI-MS/MS及PCA直接区分单糖的分析方法，此外还报道了使用ESI-MS/MS和DFT计算的对两个巨大戟醇区域异构体裂解机理的探讨;第二章介绍了MyMolDB这个基于开源及免费组件的小分子化合物数据库解决方案;第三章给出了基于质谱裂解模式的计算机辅助质谱解析程序SmartMass的编写及其在快速和批量的农残兽残筛查上的应用;第四章提出了一种组合的兽药残留非目的性筛查策略;最后一章是对有机质谱最新发展和应用的一个综述。
首先，我们通过一个基于ESI-MS/MS和PCA的方法对8种常见的单糖进行了区分实验，结果证明我们的方法能够成功的区分这8种单糖。在一级质谱中所有的单糖均出现了[2M+Na-H2O]+的离子峰，所研究的这几种单糖可以通过[2M+Na-H2O]+离子的MS/MS模式得到清晰的区别。PCA方法被用来分析所获得的MS/MS数据和胡萝卜苷水解液里面的单糖，相应的PCA作图清楚的显示了不同糖之间的区分和同种糖不同批次实验数据的聚集。这是一种简单的采用质谱直接进样，不必依赖衍生化过程的单糖的直接定性分析方法，其可用性也得到了验证。随后，我们采用ESI-MS/MS的方法探讨了两个区域异构体3-O-tetradecanoylingenol和20-O-tetradecanoylingenol的质谱裂解行为，结合离子阱质谱的多级质谱数据和LTQOrbitrapMS的精确质量数据推断了这两个化合物的裂解途径。通过对以上数据的总结和分析，提出了所研究对象的裂解途径并通过DFT计算对裂解途径进行了验证。通过此研究，我们证明了ESI-MSn结合DFT计算是天然产物同分异构体结构推断的一个有效工具。
其次，我们为小型实验室开发出了基于开源和免费组件的小分子数据库解决方案MyMolDB。这一解决方案支持化合物的亚结构检索、精确检索、相似度检索及组合检索这几种不同的检索方式，其性能表现在含有100万个化合物的大数据集上仍然令人满意。MyMolDB采用了用户友好的基于网页的人机界面，为用户的化合物检索和化合物管理及用户管理工作提供了方便。此系统默认即可胜任常规的化学信息管理，例如合成或分离所获得化合物及相关信息的管理、为分子对接准备小分子数据库、仪器分析数据的存储等。基于结构或ID的查询机制保证了模糊检索和精确检索都能够获得准确的命中。MyMolDB为我们进一步开发串联质谱智能解析程序提供了后台的数据库支撑。
然后，基于前述的解析方法研究和后台数据库支持的工作，我们开发了SmartMass这个基于化合物质谱裂解模式的结构解析软件。其解析依据为具有相同骨架类型的化合物的质谱裂解存在一定的特征裂解规律。我们可以根据这些规律从串联质谱数据判断未知化合物类型，根据其他碎片推测周边基团并且利用数据库对解析结果进行验证，然后利用结构类型信息进一步对候选结果进行筛选。SmartMass在解析各种类化合物的时候主要通过以下三个步骤:1）化合物骨架类型的确定;2）周边基团搜索及3）进一步的确证。通过对17个磺胺标准品混合样品的UPLC-OrbitrapMS/MS的非目的性筛查实验对该软件的可用性进行了验证。基于一个简单的磺胺化合物的解析规则，98.61％的错误候选结果被成功排除，正确的结构可以在不超出41个最终候选化合物之中找到，这些正确结构的排序通常都在前15位，在使用MetFrag服务对剩余的候选结构进行评分和排序之后，所有的正确结构排名均上升到了前10位。这一结果证明了SmartMass在实际应用中的出色表现，因而有可能应用于其他具有特征质谱碎片的农药或兽药残留物的筛查中。
接着，我们利用前面几章中所描述的研究成果，提出了一种组合的兽药残留非目的性筛查策略。这一策略首先通过精确分子量，利用分子式数据库计算出最可能的化合物分子式;然后，使用获得的排名前5的分子式在化合物数据库中进行查询以获得候选化合物集合;其次，分析化合物的MS/MS信息，如果出现了某类型兽药的特征离子，则利用该类兽药的特征亚结构对候选化合物进行筛选，如果没有发现特征离子，则使用常见兽药的特征亚结构进行筛选;最后，结合MS/MS数据，使用MetFrag等评分和排序服务/程序对候选化合物进行评分和排序。作为测试，我们使用30个常见兽药化合物对该筛查策略进行了评价，结果表明该非目的性筛查策略在实际应用中具有出色表现。
最后为文献综述，在这一章里面我们概述了质谱分析技术的发展历程和最新的一些技术动态。主要从质谱的离子化方法、质量分析器及其最新发展情况这几个方面做一文献归纳和总结。