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利用計算機對獲得的原始數(shù)據(jù)進行處理可快速給出測量結果和其他所需信息。目前計算機處理數(shù)據(jù)均為程序化計算過程。數(shù)據(jù)處理既可在測量的過程中實時進行,也可在測量結束后對存儲數(shù)據(jù)進行集中處理。需注意的是,對原始數(shù)據(jù)的計算機處理必須建立在經(jīng)驗、數(shù)據(jù)庫和算法驗證的基礎上,并有嚴格的限定條件,任何新的數(shù)據(jù)處理方法及其擴展應用必須經(jīng)過系列實驗的驗證。
1、掃描質(zhì)譜數(shù)據(jù)的處理
對于逐點掃描得到的一段質(zhì)譜數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)處理的首要任務是峰位置的判別。其實質(zhì)是峰數(shù)據(jù)與既有模型的匹配過程,這與質(zhì)譜儀的特性、掃描參數(shù)以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息等多種因素有關系。簡單情況下,連續(xù)幾個數(shù)據(jù)都大于設定的閾值(如大值5%)即可認為該段數(shù)據(jù)是峰數(shù)據(jù),而剩余的數(shù)據(jù)可認為是本底。
在峰位置判別的基礎上,根據(jù)本底數(shù)據(jù)判斷譜段的基線??蓪⒏信d趣譜段的非峰數(shù)據(jù)(未被標記)的平均值作為基線。但對于大范圍的質(zhì)譜掃描譜,可能存在不同譜段本底不同的現(xiàn)象,因此當處理幾十個質(zhì)量掃描范圍質(zhì)譜數(shù)據(jù)時,應注意基線的波動。
對于每個具有一定幅度的質(zhì)量峰,確定其峰中心位置是數(shù)據(jù)處理的重要一環(huán)。質(zhì)量峰的位置準確,才能正確地反映離子流強度的變化。對于左右對稱的峰,其峰中心一般取兩個半高橫坐標的中心;對于左右不對稱的峰,可分別對峰兩側(cè)的斜坡作延長線,兩延長線的交點位置即可作為峰中心。在作峰中心時,數(shù)據(jù)的漲落往往給計算結果帶來顯著的偏差,這也是峰中心標定的誤差來源。對于平頂不明顯的譜圖,可以使用二次曲線擬合得到離子流強度。
對于每個峰位置,原始數(shù)據(jù)的橫坐標可能是計算機設定的DAC數(shù)值,也可能是按照時間排列的序列數(shù)。要通過計算機自動標定每個峰位置對應的質(zhì)量數(shù),除了要求一定的峰數(shù)據(jù)的量,還必須有對應的掃描參數(shù)和數(shù)據(jù)庫支持。可人工幾個峰位置對應的質(zhì)量數(shù),再由計算機根據(jù)掃描參數(shù)與質(zhì)量數(shù)之間的線性或非線性關系算出其他相鄰峰的位置,從而可畫出峰強度質(zhì)量譜圖。
對掃描峰離子信號的強度計算,種是峰高法,用峰中心位置的數(shù)據(jù)(或連續(xù)幾個數(shù)據(jù)的均值)減去基線數(shù)據(jù)作為離子信號強度;第二種是峰面積法,用該峰數(shù)據(jù)(一般選大于5%峰高的數(shù)據(jù))和基線圍成的面積作為離子信號強度;第三種是采用窗口數(shù)據(jù)累加,即以峰中心位置開始向大質(zhì)量數(shù)和小質(zhì)量數(shù)尋找固定長度,確定一個質(zhì)量范圍,將該質(zhì)量范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)平均值減去基線數(shù)據(jù)作為離子信號強度。
離子峰數(shù)據(jù)的漲落和基線的漲落都對測試數(shù)據(jù)有較大的影響,比較而言,峰面積法的精度高于其他方法。
通過對峰數(shù)據(jù)的分析,還可得到其他質(zhì)量峰的特征參數(shù):
①半峰寬。
是反映儀器分辨本領的參數(shù)之一。譜圖在一半峰高處的質(zhì)量數(shù)之差就是半峰寬。
②峰頂平坦度。
反映探測器的穩(wěn)定度。只有梯形峰譜圖才能計算,計算公式為平頂位置處的離子流強度的極差與峰高的比值。該值越小表明探測器越穩(wěn)定。
③峰形系數(shù)。
是反映儀器分辨本領的參數(shù)之一。定義為10%峰高處的峰寬與90%峰高處的峰寬之差與峰半高全寬的比值,該值用百分比表示。
2、離子流累積測量數(shù)據(jù)的處理
質(zhì)譜測量中,將需要測量的質(zhì)量峰按順序采集一遍稱為一個循環(huán)或稱一個掃描(scan),幾個循環(huán)劃成一組,取一組數(shù)據(jù)(平均值與標準偏差),多組數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算后得到終結果(平均值與標準偏差)。
平均值和標準偏差的計算公式為:
離子流累積測量要求在測量的間隙同時測量本底數(shù)據(jù),用累積數(shù)據(jù)減去本底數(shù)據(jù),可得到扣除本底的原始數(shù)據(jù)。
在測量過程中,一些偶發(fā)因素,如電壓波動、機械振動等不可控的原因,會使得個別數(shù)據(jù)明顯偏離正常范圍。對于這類異常的數(shù)據(jù),可在數(shù)據(jù)處理時加以剔除。異常數(shù)據(jù)的判定與剔除可采用標準的數(shù)據(jù)處理方法進行。
采用離子脈沖計數(shù)法測量時,需要對數(shù)據(jù)的死時間校正。校正公式如下:
式中,N0為校正后的計數(shù)率;Nc為測量得到的計數(shù)率。一般計數(shù)測量系統(tǒng)的死時間值(τ)可通過測量標準樣品的方法得到。
倍增器或微通道板測量中的增益校正和計數(shù)效率校正也是數(shù)據(jù)處理中需注意的問題。由于倍增器的增益會隨時間發(fā)生變化,因此數(shù)據(jù)采集過程中應附加跳峰過程,使一束適當強度的離子流交替被法拉第杯和倍增器測量,從而可用該離子流跟蹤校正倍增器相對于法拉第的增益。
對于測量過程中離子流緩慢變化的情況(如熱表面電離的離子源),如果采用單接收器跳峰法測量同位素豐度,應當采用時間校正的方法將測量得到的幾個數(shù)據(jù)推算到同一時刻的離子流強度之后再做比值。
總之,質(zhì)譜測試數(shù)據(jù)的處理方法多種多樣,如數(shù)據(jù)的統(tǒng)計信息、小二乘法、不確定度的評定等。對應不同應用領域和不同的測試目的,應有不同的數(shù)據(jù)處理方法。
文章來源:儀器學習網(wǎng)