CN106769937A - 一种光谱数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光谱数据处理方法，所述光谱数据处理方法包括以下步骤：(A1)激发标准样品，采集所述标准样品光谱并判断所述标准样品光谱的相对标准方差是否在第一阈值范围内；(A2)将标准样品光谱中波峰强度小于检测器饱和阈值，且波峰净强度大于第二阈值的峰判定为有效峰，并计算所述有效峰的峰面积；(A3)计算有效系数，所述有效系数为原始光谱中有效峰的峰面积与标准样品光谱中有效峰的峰面积的比值；(A4)根据所述有效系数与其对应有效峰的像素位置，进行多项式拟合，获得有效系数和像素位置关系的拟合曲线：Coef＝p1*i3+p2*i2+p3*i+c；(A5)激发待测样品，通过拟合曲线将激发光谱校正为：Measureint.[i]＝Coef[i]×Measureresa.[i]。本发明具有操作方便、成本低，单一标样校正等优点。

Description

一种光谱数据处理方法
技术领域
本发明涉及光谱分析领域，特别涉及一种校正波长灵敏度的光谱数据处理方法。
背景技术
在光谱仪的使用过程中，随着使用时间的增加，光谱仪中的一些关键部件容易发生老化、污染、组件之间相对位移发生改变等等，上述因素再加上环境温度、湿度变化等均会导致元素特征峰的强度发生变化，常会发生谱图偏移进而测量结果不准确的现象。为了提高测量结果的准确性，目前常用的方法即是通过重新建立标准曲线，在新建的标准曲线中获得待测元素含量；另一种方式则是通过高低标样品进行光强的校正，获得校正后的标准曲线。然而，无论是重新建立标准曲线，还是通过高低标样品对标准曲线进行校正，要获得新的标准曲线均需要对大量的标准样品进行测量，操作繁琐、耗费大量的时间，且标准样品价格昂贵，需要的品种又多，成本过高。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种操作方便、成本低，仅用单一标准样品即可完成光强校正的光谱数据处理方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种光谱数据处理方法，所述光谱数据处理方法包括以下步骤：
(A1)激发标准样品，采集所述标准样品光谱并判断所述标准样品光谱的相对标准方差是否在第一阈值范围内：
若在第一阈值范围内，则进入下一步骤；
若超出第一阈值范围，则仪器报警，停止数据处理；
(A2)将标准样品光谱中波峰强度小于检测器饱和阈值，且波峰净强度大于第二阈值的峰判定为有效峰，并计算所述有效峰的峰面积；
(A3)计算有效系数，所述有效系数为原始光谱中有效峰的峰面积与标准样品光谱中有效峰的峰面积的比值；
(A4)根据所述有效系数与其对应有效峰的像素位置，进行多项式拟合，获得有效系数和像素位置关系的拟合曲线：Coef＝p1*i3+p2*i2+p3*i+c；
(A5)激发待测样品，通过拟合曲线将激发光谱校正为：Measureint.[i]＝Coef[i]×Measureresa.[i]。
根据上述的光谱数据处理方法，优选地，所述波峰净强度通过以下方式获得：
(B1)根据其中l≥3，依次在[mi-l，mi+l]像素范围内寻峰找出标准样品光谱中的波谷mi；
(B2)根据在相邻波谷[mi，mi+1]范围内确定波峰；
(B3)计算获得波峰净强度为：
根据上述的光谱数据处理方法，优选地，采用移动平均法进行多项式拟合，则每个像素位置对应至少二个有效系数，求取所述至少二个有效系数的平均值作为每个像素位置的平均有效系数。
根据上述的光谱数据处理方法，优选地，多项式拟合时进行残差分析，剔除异常值。
根据上述的光谱数据处理方法，可选地，所述第一阈值为[0,5％]。
根据上述的光谱数据处理方法，可选地，所述第二阈值为50。
根据上述的光谱数据处理方法，优选地，所述光谱数据处理方法进一步包括：
(C1)对阵列传感区进行分区，对每一个分区进行归一化处理；
(C2)根据计算原始光谱和标准样品光谱在每个分区的方差；
(C3)在每个分区内，比较原始光谱方差与标准样品光谱方差：
若∣原始光谱方差-标准样品光谱方差∣＞第三阈值，则仪器报警，停止数据处理；
若∣原始光谱方差-标准样品光谱方差∣≤第三阈值，则进入(A3)步骤；
标准样品激发完成，进入(C1)步骤。
根据上述的光谱数据处理方法，优选地，所述原始光谱为仪器出厂内设的参考光谱。
根据上述的光谱数据处理方法，可选地，所述第三阈值为0.5。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明通过原始光谱有效峰面积和标准光谱有效峰面积的比值，计算得到像素位置对应的有效系数，从而对每个待测样品的光谱进行校正，操作简便、效率高，仅用单一标准样品即可完成光强校正，成本低。
实施方式
以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1
本实施例提供一种光谱数据的处理方法，所述光谱数据处理方法包括以下步骤：
(A1)激发标准样品，采集所述标准样品光谱并判断所述标准样品光谱的相对标准方差是否在第一阈值范围内：
若在第一阈值范围内，则进入下一步骤；
若超出第一阈值范围，则仪器报警，停止数据处理；
(A2)将标准样品光谱中波峰强度小于检测器饱和阈值，且波峰净强度大于第二阈值的峰判定为有效峰，并计算所述有效峰的峰面积；
(A3)计算有效系数，所述有效系数为原始光谱中有效峰的峰面积与标准样品光谱中有效峰的峰面积的比值；所述原始光谱为仪器出厂内设的参考光谱；
(A4)根据所述有效系数与其对应有效峰的像素位置，进行多项式拟合，获得有效系数和像素位置关系的拟合曲线：Coef＝p1*i3+p2*i2+p3*i+c；
(A5)激发待测样品，通过拟合曲线将激发光谱校正为：Measureint.[i]＝Coef[i]×Measureresa.[i]。
通过寻找局部最小值(波谷)，进而在两个相邻最小值区间内寻找局部最大值(波峰)的方式进行寻峰，寻找出标准样品光谱中所有的峰，进而根据对峰值强度的要求筛选出有效峰，具体步骤如下：
(B1)根据其中l≥3，依次在[mi-l，mi+l]像素范围内寻峰找出标准样品光谱中的所有波谷mi，波谷强度＝Measureresa.[mi]；
(B2)根据在相邻波谷[mi，mi+1]范围内确定标准样品光谱中的所有波峰，波峰强度＝Measureresa.[Maxj]；
(B3)计算获得波峰净强度为：
(B4)将波峰强度＜检测器饱和阈值，且波峰净强度＞第二阈值的所有峰筛选出来，即为有效峰。
在采用最小二乘法对有效系数和像素位置进行拟合的过程中，为了提高拟合曲线的相关性，故：
进一步地，多项式拟合时进行残差分析，并设定阈值，将大于所述设定阈值(如5％，即数据偏移量大于5％)的数据判定为异常值，并从数据中剔除。
每个像素位置有一定的单位宽度，故同一像素位置上可能对应有不同的光强值，为了保证有效系数的准确性，故：
进一步地，采用移动平均法进行多项式拟合，则每个像素位置对应至少二个有效系数，求取所述至少二个有效系数的平均值作为每个像素位置的平均有效系数。
本实施例通过将标准样品光谱的有效峰校正到原始光谱的有效峰，进而获得有效系数的方式来对光谱的光强进行校正，因此，在得到标准样品光谱的有效峰后，需要比较标准样品光谱与原始光谱的变化，若变化量超出一定范围，则认为分辨率发生重大变化，仪器存在异常，无需再进行后续的数据处理，节约时间。具体步骤如下：
(C1)对阵列传感区进行分区，对每一个分区进行归一化处理；
(C2)根据计算原始光谱和标准样品光谱在每个分区的方差；
(C3)在每个分区内，比较原始光谱方差与标准样品光谱方差：
若∣原始光谱方差-标准样品光谱方差∣＞第三阈值，则仪器报警，停止数据处理；
若∣原始光谱方差-标准样品光谱方差∣≤第三阈值，则进入(A3)步骤；
标准样品激发完成，进入(C1)步骤。
实施例2
本发明实施例1的光谱数据处理方法在光谱光强校正方面的应用例。
在该应用例中，所述第一阈值为[0,5％]，第二阈值为50，第三阈值为0.5，具体的光谱数据处理流程如下：
S1.激发标准样品，采集所述标准样品光谱，若所述标准样品光谱的SD≤5％，则进入下一步骤，否则报警；
S2.根据按像素区间[m-3，m+3]依次寻出标准样品光谱中所有波谷，m≥3，从起始像素位置顺次寻峰；
根据在相邻波谷[mi，mi+1]范围内确定标准样品光谱中的所有波峰；
则波峰净强度为：
S3.将波峰强度＜检测器饱和阈值(如25000)，且波峰净强度＞50的所有峰判定有效峰，计算每个有效峰的峰面积；
相邻波谷[mi，mi+1]内的有效峰面积为：
S4.对有效峰进行分辨率判定：
对阵列传感区进行分区，对每一个分区进行归一化处理；[in，in+m]分区归一化结果为：(ij-min(in,in+m))/sum(in,in+m))；
根据计算原始光谱和标准样品光谱在每个分区的方差；若∣原始光谱方差-标准样品光谱方差∣＞0.5，则判定分辨率异常，仪器报警，停止数据处理；若∣原始光谱方差-标准样品光谱方差∣≤0.5，则进入下一步骤；
S5.计算有效系数，有效系数为原始光谱中有效峰的峰面积与标准样品光谱中有效峰的峰面积的比值：
S6.根据所述有效系数与其对应有效峰的像素位置，采用移动平均法进行多项式拟合，获得有效系数和像素位置关系的拟合曲线：Coef＝p1*i3+p2*i2+p3*i+c；
S7.对每个像素位置的多个有效系数求平均值，将所述平均值作为像素点的有效系数对样品激发光谱数据进行校正。

Claims (9)

1.一种光谱数据处理方法，其特征在于：所述光谱数据处理方法包括以下步骤：
(A1)激发标准样品，采集所述标准样品光谱并判断所述标准样品光谱的相对标准方差是否在第一阈值范围内：
若在第一阈值范围内，则进入下一步骤；
若超出第一阈值范围，则仪器报警，停止数据处理；
(A2)将标准样品光谱中波峰强度小于检测器饱和阈值，且波峰净强度大于第二阈值的峰判定为有效峰，并计算所述有效峰的峰面积；
(A3)计算有效系数，所述有效系数为原始光谱中有效峰的峰面积与标准样品光谱中有效峰的峰面积的比值；
(A4)根据所述有效系数与其对应有效峰的像素位置，进行多项式拟合，获得有效系数和像素位置关系的拟合曲线：Coef＝p1*i3+p2*i2+p3*i+c；
(A5)激发待测样品，通过拟合曲线将激发光谱校正为：Measureint.[i]＝Coef[i]×Measureresa.[i]。
2.根据权利要求1所述的光谱数据处理方法，其特征在于：所述波峰净强度通过以下方式获得：
(B1)根据Measureresa.[j]＞Measureresa.[mi]，其中l≥3，依次在[mi-l，mi+l]像素范围内寻峰找出标准样品光谱中的波谷mi；
(B2)根据Measureresa.[j]＜Measureresa.[Maxj]，在相邻波谷[mi，mi+1]范围内确定波峰；
(B3)计算获得波峰净强度为：
3.根据权利要求1所述的光谱数据处理方法，其特征在于：采用移动平均法进行多项式拟合，则每个像素位置对应至少二个有效系数，求取所述至少二个有效系数的平均值作为每个像素位置的平均有效系数。
4.根据权利要求1所述的光谱数据处理方法，其特征在于：多项式拟合时进行残差分析，剔除异常值。
5.根据权利要求1所述的光谱数据处理方法，其特征在于：所述第一阈值为[0,5％]。
6.根据权利要求1所述的光谱数据处理方法，其特征在于：所述第二阈值为50。
7.根据权利要求1所述的光谱数据处理方法，其特征在于：所述光谱数据处理方法进一步包括：
(C1)对阵列传感区进行分区，对每一个分区进行归一化处理；
(C2)根据计算原始光谱和标准样品光谱在每个分区的方差；
(C3)在每个分区内，比较原始光谱方差与标准样品光谱方差：
若∣原始光谱方差-标准样品光谱方差∣＞第三阈值，则仪器报警，停止数据处理；
若∣原始光谱方差-标准样品光谱方差∣≤第三阈值，则进入(A3)步骤；
标准样品激发完成，进入(C1)步骤。
8.根据权利要求1或6所述的光谱数据处理方法，其特征在于：所述原始光谱为仪器出厂内设的参考光谱。
9.根据权利要求6所述的光谱数据处理方法，其特征在于：所述第三阈值为0.5。
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