离子迁移谱图的谱峰识别系统的设计与实现

摘要

在分析化学领域中，通常需要分析处理所获得的信号，包括质谱，光谱或气体色谱的信号。谱图信号峰中有峰起点、峰终点、峰顶点、峰高、峰面积等需要识别的特征值。它们可以决定被检测物质和信号的各种物理和化学信息，比如物质性质和浓度，所以谱峰识别的精确度决定了被检测物质和信号的准确性。
　　离子迁移谱可用于现场快速定性、定量分析混合物中各组分的种类和含量。在化学战剂、毒品和爆炸物探测以及环境监测等领域中都有广泛的应用。本文针对采集的离子迁移谱图数据设计并实现了基于导数法和小波变换法的定位识别与基于图论聚类法的定性识别系统。
　　对于导数法，我们首先采用均值滤波法，对得到的谱图数据进行噪声滤除，然后计算谱图曲线的一阶导数，根据斜率值的变化趋势，精确识别出峰起始点、结束点、前拐点、后拐点和最高点，从而识别出谱峰。对于小波变换法，我们运用小波变换进行滤波，通过对尺度的选择滤掉了大部分噪声的干扰，对曲线进行平滑处理。然后利用移动窗口法检测小波变换曲线中的关键点，通过不同种类的关键点和原始谱峰中的各特征点的逻辑对应关系进行谱峰特征点的识别，最终得到谱峰的峰起点、主峰与肩峰拐点、峰顶点、峰谷点、峰终点等。
　　采用图论聚类算法，对单个有毒气体谱峰点集合Peak中的谱峰点进行聚类，得到k个子类，计算每个子类的相关特征向量参数信息，保存至谱图库中，作为识别评判该有毒气体的依据。对混合气体谱峰聚类后，计算每个子类的特征向量，与谱图库中的标准单个气体的特征向量进行比对，若在一定的范围内二者相似甚至于完全匹配，则实现了FAIMS的物质离子的定性识别。
　　通过对实验结果的分析表明，本系统能较精确地对谱峰进行定位与定性识别，因此系统实现了预期的设计目标。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 谱峰识别方法

1．2 谱峰识别的发展

1．3 高场不对称离子迁移谱简介

1．4 本文工作

2 系统需求分析

2．1 需求分析

2．2 系统功能分析

3 系统设计

3．1 谱峰定位识别的设计

3．1．1．基于导数法的谱峰定位识别的设计

3．1．2．基于小波变换法的谱峰定位识别的设计

3．2 基于图论聚类的谱峰定性识别的设计

3．2．1 图论聚类的原理

3．2．2 基于图论聚类的谱峰定性识别的设计

3．2．3 标准气体与混合气体特征向量相似度计算

4 系统实现与分析

4．1 标准单气体与混合气体谱图数据采集

4．2 谱峰定位识别的实现与分析

4．2．1 基于导数法谱峰定位识别算法实现

4．2．2 基于小波变换的谱峰定位识别的实现

4．2．3 谱峰定位识别结果分析

4．3 基于图论聚类的谱峰定性的实现与分析

4．3．1 基于图论聚类的谱峰定性识别的实现

4．3．2 谱峰定性识别结果分析

结论

参考文献

致谢