質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)處理
利用計(jì)算機(jī)對(duì)獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可快速給出測(cè)量結(jié)果和其他所需信息。目前計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)均為程序化計(jì)算過(guò)程。數(shù)據(jù)處理既可在測(cè)量的過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行，也可在測(cè)量結(jié)束后對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理。需注意的是，對(duì)原始數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理必須建立在經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)庫(kù)和算法驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，并有嚴(yán)格的限定條件，任何新的數(shù)據(jù)處理方法及其擴(kuò)展應(yīng)用必須經(jīng)過(guò)系列實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。
1、掃描質(zhì)譜數(shù)據(jù)的處理
對(duì)于逐點(diǎn)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(wù)是峰位置的判別。其實(shí)質(zhì)是峰數(shù)據(jù)與既有模型的匹配過(guò)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(jì)信息等多種因素有關(guān)系。簡(jiǎn)單情況下，連續(xù)幾個(gè)數(shù)據(jù)都大于設(shè)定的閾值（如最大值5％）即可認(rèn)為該段數(shù)據(jù)是峰數(shù)據(jù)，而剩余的數(shù)據(jù)可認(rèn)為是本底。
在峰位置判別的基礎(chǔ)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(biāo)記）的平均值作為基線。但對(duì)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(dāng)處理幾十個(gè)質(zhì)量掃描范圍質(zhì)譜數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意基線的波動(dòng)。
對(duì)于每個(gè)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(zhǔn)確，才能正確地反映離子流強(qiáng)度的變化。對(duì)于左右對(duì)稱(chēng)的峰，其峰中心一般取兩個(gè)半高橫坐標(biāo)的中心；對(duì)于左右不對(duì)稱(chēng)的峰，可分別對(duì)峰兩側(cè)的斜坡作延長(zhǎng)線，兩延長(zhǎng)線的交點(diǎn)位置即可作為峰中心。在作峰中心時(shí)，數(shù)據(jù)的漲落往往給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)顯著的偏差，這也是峰中心標(biāo)定的誤差來(lái)源。對(duì)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(qiáng)度。
對(duì)于每個(gè)峰位置，原始數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)可能是計(jì)算機(jī)設(shè)定的dac數(shù)值，也可能是按照時(shí)間排列的序列數(shù)。要通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)標(biāo)定每個(gè)峰位置對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的掃描參數(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)支持?？扇斯ぶ付◣讉€(gè)峰位置對(duì)應(yīng)的質(zhì)量數(shù)，再由計(jì)算機(jī)根據(jù)掃描參數(shù)與質(zhì)量數(shù)之間的線性或非線性關(guān)系算出其他相鄰峰的位置，從而可畫(huà)出峰強(qiáng)度質(zhì)量譜圖。
對(duì)掃描峰離子信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算，第一種是峰高法，用峰中心位置的數(shù)據(jù)（或連續(xù)幾個(gè)數(shù)據(jù)的均值）減去基線數(shù)據(jù)作為離子信號(hào)強(qiáng)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(hào)強(qiáng)度；第三種是采用窗口數(shù)據(jù)累加，即以峰中心位置開(kāi)始向大質(zhì)量數(shù)和小質(zhì)量數(shù)尋找固定長(zhǎng)度，確定一個(gè)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(hào)強(qiáng)度。
離子峰數(shù)據(jù)的漲落和基線的漲落都對(duì)測(cè)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(guò)對(duì)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(lǐng)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(cè)器的穩(wěn)定度。只有梯形峰譜圖才能計(jì)算，計(jì)算公式為平頂位置處的離子流強(qiáng)度的極差與峰高的比值。該值越小表明探測(cè)器越穩(wěn)定。
③峰形系數(shù)。
是反映儀器分辨本領(lǐng)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(cè)量數(shù)據(jù)的處理
質(zhì)譜測(cè)量中，將需要測(cè)量的質(zhì)量峰按順序采集一遍稱(chēng)為一個(gè)循環(huán)或稱(chēng)一個(gè)掃描（scan），幾個(gè)循環(huán)劃成一組，取一組數(shù)據(jù)（平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差），多組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算后得到最終結(jié)果（平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差）。
平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算公式為：
離子流累積測(cè)量要求在測(cè)量的間隙同時(shí)測(cè)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(cè)量過(guò)程中，一些偶發(fā)因素，如電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)等不可控的原因，會(huì)使得個(gè)別數(shù)據(jù)明顯偏離正常范圍。對(duì)于這類(lèi)異常的數(shù)據(jù)，可在數(shù)據(jù)處理時(shí)加以剔除。異常數(shù)據(jù)的判定與剔除可采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行。
采用離子脈沖計(jì)數(shù)法測(cè)量時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)的死時(shí)間校正。校正公式如下:
式中，n0為校正后的計(jì)數(shù)率；nc為測(cè)量得到的計(jì)數(shù)率。一般計(jì)數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的死時(shí)間值（τ）可通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品的方法得到。
倍增器或微通道板測(cè)量中的增益校正和計(jì)數(shù)效率校正也是數(shù)據(jù)處理中需注意的問(wèn)題。由于倍增器的增益會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，因此數(shù)據(jù)采集過(guò)程中應(yīng)附加跳峰過(guò)程，使一束適當(dāng)強(qiáng)度的離子流交替被法拉第杯和倍增器測(cè)量，從而可用該離子流跟蹤校正倍增器相對(duì)于法拉第的增益。
對(duì)于測(cè)量過(guò)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(cè)量同位素豐度，應(yīng)當(dāng)采用時(shí)間校正的方法將測(cè)量得到的幾個(gè)數(shù)據(jù)推算到同一時(shí)刻的離子流強(qiáng)度之后再做比值。
總之，質(zhì)譜測(cè)試數(shù)據(jù)的處理方法多種多樣，如數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息、最小二乘法、不確定度的評(píng)定等。對(duì)應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域和不同的測(cè)試目的，應(yīng)有不同的數(shù)據(jù)處理方法。
文章來(lái)源：儀器學(xué)習(xí)網(wǎng)
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1、掃描質(zhì)譜數(shù)據(jù)的處理
對(duì)于逐點(diǎn)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(wù)是峰位置的判別。其實(shí)質(zhì)是峰數(shù)據(jù)與既有模型的匹配過(guò)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(jì)信息等多種因素有關(guān)系。簡(jiǎn)單情況下，連續(xù)幾個(gè)數(shù)據(jù)都大于設(shè)定的閾值（如最大值5％）即可認(rèn)為該段數(shù)據(jù)是峰數(shù)據(jù)，而剩余的數(shù)據(jù)可認(rèn)為是本底。
在峰位置判別的基礎(chǔ)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(biāo)記）的平均值作為基線。但對(duì)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(dāng)處理幾十個(gè)質(zhì)量掃描范圍質(zhì)譜數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意基線的波動(dòng)。
對(duì)于每個(gè)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(zhǔn)確，才能正確地反映離子流強(qiáng)度的變化。對(duì)于左右對(duì)稱(chēng)的峰，其峰中心一般取兩個(gè)半高橫坐標(biāo)的中心；對(duì)于左右不對(duì)稱(chēng)的峰，可分別對(duì)峰兩側(cè)的斜坡作延長(zhǎng)線，兩延長(zhǎng)線的交點(diǎn)位置即可作為峰中心。在作峰中心時(shí)，數(shù)據(jù)的漲落往往給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)顯著的偏差，這也是峰中心標(biāo)定的誤差來(lái)源。對(duì)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(qiáng)度。
對(duì)于每個(gè)峰位置，原始數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)可能是計(jì)算機(jī)設(shè)定的dac數(shù)值，也可能是按照時(shí)間排列的序列數(shù)。要通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)標(biāo)定每個(gè)峰位置對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的掃描參數(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)支持?？扇斯ぶ付◣讉€(gè)峰位置對(duì)應(yīng)的質(zhì)量數(shù)，再由計(jì)算機(jī)根據(jù)掃描參數(shù)與質(zhì)量數(shù)之間的線性或非線性關(guān)系算出其他相鄰峰的位置，從而可畫(huà)出峰強(qiáng)度質(zhì)量譜圖。
對(duì)掃描峰離子信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算，第一種是峰高法，用峰中心位置的數(shù)據(jù)（或連續(xù)幾個(gè)數(shù)據(jù)的均值）減去基線數(shù)據(jù)作為離子信號(hào)強(qiáng)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(hào)強(qiáng)度；第三種是采用窗口數(shù)據(jù)累加，即以峰中心位置開(kāi)始向大質(zhì)量數(shù)和小質(zhì)量數(shù)尋找固定長(zhǎng)度，確定一個(gè)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(hào)強(qiáng)度。
離子峰數(shù)據(jù)的漲落和基線的漲落都對(duì)測(cè)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(guò)對(duì)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(lǐng)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(cè)器的穩(wěn)定度。只有梯形峰譜圖才能計(jì)算，計(jì)算公式為平頂位置處的離子流強(qiáng)度的極差與峰高的比值。該值越小表明探測(cè)器越穩(wěn)定。
③峰形系數(shù)。
是反映儀器分辨本領(lǐng)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(cè)量數(shù)據(jù)的處理
質(zhì)譜測(cè)量中，將需要測(cè)量的質(zhì)量峰按順序采集一遍稱(chēng)為一個(gè)循環(huán)或稱(chēng)一個(gè)掃描（scan），幾個(gè)循環(huán)劃成一組，取一組數(shù)據(jù)（平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差），多組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算后得到最終結(jié)果（平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差）。
平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算公式為：
離子流累積測(cè)量要求在測(cè)量的間隙同時(shí)測(cè)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(cè)量過(guò)程中，一些偶發(fā)因素，如電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)等不可控的原因，會(huì)使得個(gè)別數(shù)據(jù)明顯偏離正常范圍。對(duì)于這類(lèi)異常的數(shù)據(jù)，可在數(shù)據(jù)處理時(shí)加以剔除。異常數(shù)據(jù)的判定與剔除可采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行。
采用離子脈沖計(jì)數(shù)法測(cè)量時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)的死時(shí)間校正。校正公式如下:
式中，n0為校正后的計(jì)數(shù)率；nc為測(cè)量得到的計(jì)數(shù)率。一般計(jì)數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的死時(shí)間值（τ）可通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品的方法得到。
倍增器或微通道板測(cè)量中的增益校正和計(jì)數(shù)效率校正也是數(shù)據(jù)處理中需注意的問(wèn)題。由于倍增器的增益會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，因此數(shù)據(jù)采集過(guò)程中應(yīng)附加跳峰過(guò)程，使一束適當(dāng)強(qiáng)度的離子流交替被法拉第杯和倍增器測(cè)量，從而可用該離子流跟蹤校正倍增器相對(duì)于法拉第的增益。
對(duì)于測(cè)量過(guò)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(cè)量同位素豐度，應(yīng)當(dāng)采用時(shí)間校正的方法將測(cè)量得到的幾個(gè)數(shù)據(jù)推算到同一時(shí)刻的離子流強(qiáng)度之后再做比值。
總之，質(zhì)譜測(cè)試數(shù)據(jù)的處理方法多種多樣，如數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息、最小二乘法、不確定度的評(píng)定等。對(duì)應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域和不同的測(cè)試目的，應(yīng)有不同的數(shù)據(jù)處理方法。
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