核磁共振数据JCAMP-DX存取和谱自动相位校正研究

摘要

核磁共振(NMR)技术作为一种先进的物质结构分析手段，在化学、生物、医学等领域发挥着越来越重要的作用。经过几十年的发展，NMR技术取得了巨大进步，但在硬件和软件上仍有许多需要完善的地方。本论文主要讨论NMR数据处理中数据存储和自动相位校正两方面的问题。 由于不同厂商生产的NMR谱仪采用不同的数据存储格式，即使同一家公司生产的谱仪也有多种数据存储格式，因此不同NMR数据之间的交换，一般要通过专业NMR软件才能实现。这种情况不利于NMR的发展。JCAMP-DX的出现正是为了解决这样的难题。JCAMP-DX是一种谱学数据交换的国际标准，目的是实现不同存储格式的谱学数据的交换。JCAMP-DX5.00已成功应用于NMR领域。但随着NMR技术的进步，JCAMP-DX5.00已不能满足NMR发展的需要，因此确定新的标准显得十分必要。本论文基于JCAMP-DX6.00草案与JCAMP-DX5.00之后国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)发布的多个对NMR的规范讨论了NMR的JCAMP-DX6.00需要改进的部分内容，提出了NMR的JCAMP-DX6.00的软件实现方案，并用Java JDK1.6对其进行了实现。 核磁共振的FID信号经快速傅立叶变换后得到的谱图由于存在相位偏差，通常表现为非纯吸收线形。相位校正即是计算NMR谱图的相位偏差，再将计算结果用于校正谱图相位的过程。相位校正是NMR数据处理必不可少的步骤。本论文研究了色散吸收(dispersion absorption，DISPA)线形分析法、扩展色散吸收(extended dispersion absorption，eDISPA)、熵最小化等多种常见的自动相位校正方法，分析了这些方法的优缺点。在此基础上，建立了自己的数据点选择方法，构造了与相位校正相关的目标函数。基于该目标函数，我们提出了两种新的自动相位校正方法。一种是方向加速自动相位校正，使用方向加速法对目标函数进行二维优化，计算谱图的相位偏差，实现了方向加速自动相位校正。另一种为自动支点相位校正，模拟支点手动相位校正的实现过程，用不用导数的布伦特方法对目标函数进行两次一维优化，计算谱图的相位偏差，实现了支点相位校正自动化。两种新方法均能实现NMR谱图的相位校正。

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2核磁共振的数据处理

1.2.1时域数据处理

1.2.2频域数据处理

1.2.3时域与频域混合处理

1.3本文主要工作

第二章核磁共振数据JCAMP-DX存取

2.1引言

2.2 JCAMP-DX文件标准介绍

2.2.1基本定义

2.2.2 JCAMP-DX文件结构

2.2.3核心和注释性LDR

2.3 NMR的JCAMP-DX 6.00的改进

2.3.1脉冲序列

2.3.2多维NMR数据存储

2.3.3 JCAMP-DX 6.00的其它改进

2.4 NMR的JCAMP-DX 6.00的Java实现

2.4.1总体结构

2.4.2 JCAMP6Reader的实现

2.4.3使用实例

2.5小结

第三章方向加速自动相位校正

3.1引言

3.1.1 NMR谱相位偏差产生原因及相位校正

3.1.2几种常用的自动相位校正方法

3.2方法

3.2.1数据点选择策略

3.2.2目标函数构造

3.2.3方向加速法对目标函数的优化

3.3实验结果与讨论

3.3.1新数据点选择策略用于eDISPA自动相位校正

3.3.2方向加速自动相位校正

3.4小结

第四章自动支点相位校正

4.1引言

4.2方法

4.2.1数据点选择策略

4.2.2目标函数构造

4.2.3不带导数的布伦特方法

4.3实验结果与讨论

4.3.1自动支点相位校正法用于1H NMR谱

4.3.2自动支点相位校止法用于13C NMR谱

4.4小结

第五章总结与展望

参考文献

硕士研究生期间发表的论文

致谢