質譜儀數據處理

更新時間：2019-07-29 點擊次數：3618

利用計算機對獲得的原始數據進行處理可快速給出測量結果和其他所需信息。目前計算機處理數據均為程序化計算過程。數據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據進行集中處理。需注意的是，對原始數據的計算機處理必須建立在經驗、數據庫和算法驗證的基礎上，并有嚴格的限定條件，任何新的數據處理方法及其擴展應用必須經過系列實驗的驗證。

1、掃描質譜數據的處理

對于逐點掃描得到的一段質譜數據，數據處理的首要任務是峰位置的判別。其實質是峰數據與既有模型的匹配過程，這與質譜儀的特性、掃描參數以及數據的統計信息等多種因素有關系。簡單情況下，連續幾個數據都大于設定的閾值（如大值5％）即可認為該段數據是峰數據，而剩余的數據可認為是本底。

在峰位置判別的基礎上，根據本底數據判斷譜段的基線。可將感興趣譜段的非峰數據（未被標記）的平均值作為基線。但對于大范圍的質譜掃描譜，可能存在不同譜段本底不同的現象，因此當處理幾十個質量掃描范圍質譜數據時，應注意基線的波動。

對于每個具有一定幅度的質量峰，確定其峰中心位置是數據處理的重要一環。質量峰的位置準確，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，數據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，原始數據的橫坐標可能是計算機設定的DAC數值，也可能是按照時間排列的序列數。要通過計算機自動標定每個峰位置對應的質量數，除了要求一定的峰數據的量，還必須有對應的掃描參數和數據庫支持。可人工幾個峰位置對應的質量數，再由計算機根據掃描參數與質量數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，用峰中心位置的數據（或連續幾個數據的均值）減去基線數據作為離子信號強度；第二種是峰面積法，用該峰數據（一般選大于5％峰高的數據）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據累加，即以峰中心位置開始向大質量數和小質量數尋找固定長度，確定一個質量范圍，將該質量范圍內的數據平均值減去基線數據作為離子信號強度。

離子峰數據的漲落和基線的漲落都對測試數據有較大的影響，比較而言，峰面積法的精度高于其他方法。

通過對峰數據的分析，還可得到其他質量峰的特征參數:

①半峰寬。

是反映儀器分辨本領的參數之一。譜圖在一半峰高處的質量數之差就是半峰寬。

②峰頂平坦度。

反映探測器的穩定度。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定。

③峰形系數。

是反映儀器分辨本領的參數之一。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、離子流累積測量數據的處理

質譜測量中，將需要測量的質量峰按順序采集一遍稱為一個循環或稱一個掃描（scan），幾個循環劃成一組，取一組數據（平均值與標準偏差），多組數據進行統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據，用累積數據減去本底數據，可得到扣除本底的原始數據。

在測量過程中，一些偶發因素，如電壓波動、機械振動等不可控的原因，會使得個別數據明顯偏離正常范圍。對于這類異常的數據，可在數據處理時加以剔除。異常數據的判定與剔除可采用標準的數據處理方法進行。

采用離子脈沖計數法測量時，需要對數據的死時間校正。校正公式如下:

式中，N0為校正后的計數率；Nc為測量得到的計數率。一般計數測量系統的死時間值（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效率校正也是數據處理中需注意的問題。由于倍增器的增益會隨時間發生變化，因此數據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據推算到同一時刻的離子流強度之后再做比值。

總之，質譜測試數據的處理方法多種多樣，如數據的統計信息、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，應有不同的數據處理方法。

文章來源：儀器學習網