CN108603867A - 峰检测方法以及数据处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的峰检测方法是一种根据色谱或谱的数据来检测峰的方法，所述峰检测方法包括以下步骤：暂定峰检测步骤(S1)，基于规定的基准从所述数据检测多个暂定峰；实测值决定步骤(S2)，根据检测到的所述多个暂定峰中的各个暂定峰来求出表示该暂定峰的大小的规定的特征值的实测值；平滑化处理步骤(S3)，基于所述多个暂定峰的横轴值和所述实测值来求出平滑化曲线；基准值决定步骤(S5)，根据所述平滑化曲线来求出所述多个暂定峰各自的特征值的基准值；以及真峰检测步骤(S6)，将所述多个暂定峰中的、所述实测值相对于所述基准值而言处于规定范围内的暂定峰检测为真正的峰。由于仅将实测值相对于基准值而言处于规定范围内的暂定峰检测为真正的峰，因此能够防止将噪声或漂移等误检测为峰。

Description

峰检测方法以及数据处理装置

技术领域

本发明涉及一种根据例如由色谱仪得到的色谱、由质谱分析装置或分光装置等得到的谱来检测峰的方法以及执行该方法的数据处理装置。

背景技术

关于对试样中包含的成分进行分析的装置之一，存在一种色谱仪。在色谱仪的情况下，使试样随着流动相的流动而导入柱，在柱内将试样中的各成分在时间上分离之后，用检测器进行检测并制作色谱。然后，根据色谱上的峰位置来鉴定各成分，根据峰高度或面积来决定该成分的浓度(例如专利文献1)。

在色谱中，在源自试样的峰中叠加有与有无峰无关地存在的基线，并且通常还叠加有由在色谱仪的设备中使用的电力等产生的噪声。为了从色谱获得试样的准确信息，需要在去除基线和噪声后检测峰。关于噪声的去除，已知使用傅立叶变换等各种方法。以下，使用图8说明从色谱去除基线的方法的一例。

首先，进行从色谱去除噪声的操作(在噪声小到能够忽略那样的情况下，也可以省略该操作)。接着，针对被去除了噪声的色谱检测峰顶91(图8的(a))。峰顶91例如设为色谱的高度为规定值以上且一次微分的值为0的位置。也可以在操作者通过目视确定了峰顶91之后，使用鼠标等输入设备指定该位置91。接着，从保持时间比峰顶91短之处起检测峰的开始点92，并且从保持时间比峰顶91长之处起检测峰的结束点93(同图)。开始点92例如设为二次微分为正且一次微分为正的规定值以上的位置、或操作者通过目视确认并用输入设备指定的位置。同样地，结束点93设为二次微分为正且一次微分为负的规定值以下(在绝对值的情况下为规定值以上)的位置、或操作者通过目视确定并用输入设备指定的位置。

根据像这样求出的峰的开始点92和结束点93例如像以下那样求出基线。首先，关于峰与峰之间或两端之类的不存在峰的保持时间处的色谱，将色谱本身设为部分基线941(图8的(b))。在峰的部分，将用直线连接开始点92与结束点93所得到的线设为部分基线942(同图)。将这样得到的部分基线941和942合起来设为整个色谱的基线94。通过从色谱减除该基线94来决定与试样的成分相应的色谱的峰(图8的(c))。针对所决定的峰求出位置、宽度、高度之类的特征量。

专利文献1：日本特开平07-098270号公报

发明内容

发明要解决的问题

在去除上述基线的过程中检测峰顶时，由于以下原因导致有时在不存在源自试样的峰的保持时间处误检测出峰。例如，在去除基线之前没能完全去除噪声的情况下，有可能将不是真正的峰的、噪声的峰误检测为源自试样的峰。另外，当由于柱或流动相的劣化等导致基线发生漂移时，有可能将不是真正的峰的、基线的地方误检测为峰。

在此之前对色谱进行了说明，但在由与色谱仪组合地使用的质谱分析装置得到的质谱和由分光装置得到的光的谱等中也同样产生误检测不是源自试样的峰的峰的问题。

本发明所要解决的问题在于，提供一种能够准确地检测真正的峰的峰检测方法以及执行该方法的数据处理装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题而完成的本发明所涉及的峰检测方法是一种根据色谱或谱的数据来检测峰的方法，所述峰检测方法的特征在于，包括以下步骤：

a)暂定峰检测步骤，基于规定的基准来从所述数据检测多个暂定峰；

b)实测值决定步骤，根据检测到的所述多个暂定峰中的各个暂定峰来求出表示该暂定峰的大小的规定的特征值的实测值；

c)平滑化处理步骤，基于所述多个暂定峰的横轴值和所述实测值来求出平滑化曲线；

d)基准值决定步骤，根据所述平滑化曲线来求出所述多个暂定峰各自的特征值的基准值；以及

e)真峰检测步骤，将所述多个暂定峰中的、所述实测值相对于所述基准值而言处于规定范围内的暂定峰检测为真正的峰。

关于检测暂定峰的规定的基准，例如能够使用以下等：将色谱或谱的曲线具有规定值以上的高度且一次微分的值为0的位置设为暂定峰的峰顶；将二次微分为正且一次微分为正的规定值以上的位置设为暂定峰的开始点；将二次微分为正且一次微分为负的规定值以下(在绝对值的情况下为规定值以上)的位置设为暂定峰的结束点。

对于特征值，能够使用峰的宽度、高度、面积(包括利用高度与宽度的积进行近似所得到的值)等。

平滑化曲线是指在标绘有各暂定峰的横轴值和纵轴值的图中以尽可能多且尽可能接近地穿过所检测到的多个暂定峰的数据点(标绘点)的方式划出的平滑的曲线。作为求出平滑化曲线的方法中的一个方法，存在最小二乘法、平滑化样条法等。平滑化样条法与最小二乘法等方法组合地使用，例如在与最小二乘法组合的情况下进行以下处理。在具有n个数据点的图中，在将第i个数据点的值设为(x_i、y_i)时，通过回归计算来求出使以下的式(1)为最小值的函数h(x)。

[数1]

该函数h(x)是表示平滑化曲线的函数。式(1)的第一项与不使用平滑化样条法的情况下的基于最小二乘法的平滑化曲线的计算式相同，第二项表示通过平滑化样条法追加的项。第二项表示函数h(x)的平滑度(起伏的多少)。第二项中的λ是被称为平滑化参数的常数。使λ的值越大，函数h(x)变得越平滑(起伏越少)。

能够使用被称为广义加性模型的方法来代替最小二乘法。在广义加性模型的情况下，执行通过规定的运算进行每个数据点的加权等扩展。能够通过使用市售的统计处理软件来利用广义加性模型求出平滑化曲线。

在色谱的情况下，横轴值相当于时间，在谱的情况下，横轴值相当于波长、波数、质荷比(m/z)等物理量。或者，作为横轴值，也能够使用基于物理量求出的值、与物理量相关联的值等除物理量以外的值。例如，能够将以下编号用于横轴值：对以等间隔的时间获取到的数据依次附加的编号、或将表示物理量的横轴等间隔地划分并从原点侧起依次附加的编号。

根据本发明所涉及的峰检测方法，根据基于规定的特征值的实测值求出的平滑化曲线来求出基准值，仅将所述实测值相对于所述基准值而言处于规定范围内的暂定峰检测为真正的峰，由此防止将噪声、漂移等误检测为峰，从而能够准确地检测真正的峰。

在本发明所涉及的峰检测方法中，期望重复进行以下操作直到检测不到所述实测值与所述基准值的差异处于规定范围外的暂定峰为止：从所述数据减除该差异处于规定范围外的暂定峰中的该差异最大的暂定峰，之后进行所述基准值决定步骤和所述真峰检测步骤。

由此，一边一个个地去除所述差异处于规定范围外的暂定峰一边重复执行基准值的决定，因此基准值和所述差异的精度变高。

在本发明所涉及的峰检测方法中，期望在所述实测值决定步骤中使用两种以上的所述特征值(例如，峰的高度和宽度这两种)来按特征值的每个种类求出所述实测值，在所述平滑化处理步骤中按所述特征值的每个种类求出所述平滑化曲线，在所述基准值决定步骤中按所述特征值的每个种类求出所述基准值，在所述真峰检测步骤中将与所有种类的特征值有关的所述实测值均相对于所述基准值而言处于规定范围内的暂定峰检测为真正的峰。通过像这样使用两种以上的特征值，能够提高检测真正的峰的精度。

例如能够基于实测值与基准值之差或比的值来进行所述实测值是否相对于所述基准值而言处于“规定范围内”的判定。例如，针对各实测值，如果实测值与基准值之差小于对在假定该实测值和相对于该实测值而言处于横轴值的规定范围内(与所述“规定范围内”不同)的其它实测值呈正态分布的情况下求出的标准偏差σ乘以所有实测值通用的常数k所得到的kσ，则判定为所述实测值相对于所述基准值而言处于“规定范围内”。或者，也能够基于偏离度进行该判定。偏离度是表示统计模型的不拟合的程度的指标，偏离度能用以下的值来表示：将从利用穿过所有的观测到的数据点的被称为饱和模型的统计模型得到的最大对数似然度减去利用已使用的统计模型得到的最大对数似然度所得到的值乘以2倍所得到的值。

本发明所涉及的数据处理装置是一种进行根据色谱或谱的数据来检测峰的数据处理的装置，所述数据处理装置的特征在于，具备：

a)暂定峰检测部，其基于规定的基准来从所述数据检测多个暂定峰；

b)实测值决定部，其根据检测到的所述多个暂定峰中的各个暂定峰来求出表示该暂定峰的大小的规定的特征值的实测值；

c)平滑化处理部，其基于所述多个暂定峰的横轴值和所述实测值来求出平滑化曲线；

d)基准值决定部，其根据所述平滑化曲线来求出所述多个暂定峰各自的特征值的基准值；以及

e)真峰检测部，其将所述多个暂定峰中的、所述实测值相对于所述基准值而言处于规定范围内的暂定峰检测为真正的峰。

在此，上述各部通过计算机的中央运算装置(CPU)和存储器等硬件、以及软件来具体实现。

发明的效果

根据本发明，能够防止误检测由噪声、漂移等引起的不是真正的峰的地方，从而能够准确地检测真正的峰。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的数据处理装置的第一实施方式的框图。

图2是表示本发明所涉及的峰检测方法的第一实施方式的流程图。

图3是表示在第一实施方式的峰检测方法中求出的实测值(圆标记)、平滑化曲线(实线的曲线)以及被检测为真峰的上限和下限(虚线的曲线)的图的一例。

图4是从峰检测前的色谱减除被误检测为峰的错误峰的操作的概念图，(a)是表示减除错误峰之前的图，(b)是表示减除错误峰之后的图。

图5是表示本发明所涉及的数据处理装置的第二实施方式的框图。

图6是表示本发明所涉及的峰检测方法的第二实施方式的流程图。

图7是表示本发明所涉及的峰检测方法的第三实施方式的流程图。

图8是表示以往的峰检测方法的一例的概要图。

具体实施方式

使用图1～图7来说明本发明所涉及的峰检测方法的实施方式。

(1)第一实施方式

如上所述，在色谱中，按试样的每种成分在不同的保持时间看到峰，并且沿着时间轴在基线处看到缓慢的变化(漂移)。当在这种色谱中通过以往的方法检测峰时，不仅检测到源自试样的成分的原本的峰，还有可能将基线的漂移等并非原本的峰的峰误检测为峰(以下称为“错误峰”)。由漂移引起的错误峰的宽度比原本的峰的宽度宽。

因此，在第一实施方式中，使用图1所示的数据处理装置10，按图2的流程图所示的过程来从色谱进行峰的检测。

数据处理装置10是如下一种装置：在将在测定时利用液相色谱仪或气相色谱仪等所具有的检测器得到的数据记录于数据记录部1之后，在测定结束后基于数据记录部1中记录的数据来检测色谱或谱的峰。在图1示出的例子中，数据记录部1设置在数据处理装置10的外部，但也可以设置在数据处理装置10内。数据处理装置10具有色谱制作部11、暂定峰检测部12、实测值决定部13、平滑化处理部14、基准值决定部15以及真峰决定部16。这些各部实际上通过计算机的CPU和存储器等硬件、以及软件来具体实现，在下面的段落之后的峰检测方法的说明中叙述它们的功能。数据处理装置10连接有包括键盘和鼠标等的输入部2以及显示部(显示器)3。峰处理后的数据也可以记录于数据记录部1，也可以在数据处理装置10中设置与数据记录部1不同的记录部。

以下，使用图2的流程图对第一实施方式的峰检测方法进行说明。在此，以色谱的峰检测为例进行说明。在峰检测的处理之前，色谱制作部11从数据记录部1获取数据，通过与以往相同的方法来制作色谱。在检测谱的峰的情况下，不需要进行该操作。以下，对检测色谱的峰的情况进行说明，但检测谱的峰的情况也同样。

首先，暂定峰检测部12使用与以往相同的方法，基于规定的基准来从色谱检测暂定峰(包含错误的峰)(步骤S1)。该规定的基准是基于峰(能看成峰的曲线)的最大值(峰顶)、宽度或者面积来确定的。接着，实测值决定部13根据检测到的暂定峰中的各个暂定峰来求出作为横轴值(横轴物理量值)的保持时间以及规定的特征值的实测值(步骤S2)。在此，作为一例，将暂定峰的宽度设为实测值。通过像这样将峰宽度设为实测值，易于检测由漂移引起的宽度宽的错误峰。由此，如图3所示，在上述横轴值的曲线上，实测值表示为点状(在图3中为白圆)。在此，关于横轴值，代替保持时间，等间隔地对数据进行采样并利用按保持时间从短到长的顺序附加的采样编号来表示。作为实测值的暂定峰的宽度(纵轴值)利用与该宽度的两端对应的采样编号的值的差来表示。

接着，平滑化处理部14基于这些多个暂定峰的横轴值和实测值来求出平滑化曲线(步骤S3)。在图3中，用实线的曲线表示基于白圆的实测值通过使用了平滑化样条法的广义加性模型求出的平滑化曲线。

接着，由基准值决定部15进行以下的操作。首先，基准值决定部15针对各实测值，假定该实测值和相对于该实测值而言在横轴处于±3个的范围内的其它实测值(此外，在横轴的两端附近，通过复制两端的数据来制作±3个的数据)均呈正态分布来求出标准偏差σ，求出从平滑化曲线起上下分别偏离了与对σ乘以常数k所得到的kσ相当的量的曲线(步骤S4)。将该曲线中的比平滑化曲线靠上侧的曲线称为“上限曲线”，将比平滑化曲线靠下侧的曲线称为“下限曲线”。在本实施方式中设为k＝10^1/2。在图3中用虚线的曲线表示上限曲线和下限曲线。接着，基准值决定部15根据平滑化曲线求出各个暂定峰的特征值的基准值(步骤S5)。基准值使用得到了实测值的保持时间处的平滑化曲线的值。

然后，如果实测值相对于基准值而言处于±kσ的范围内，则真峰决定部16将具有该实测值的峰判定为真正的峰，如果实测值相对于基准值而言处于±kσ的范围外，则真峰决定部16将具有该实测值的峰判定为错误峰(步骤S6)。该判定相当于在图3的图中判定表示实测值的白圆是否处于表示“基准值+kσ”的上限曲线与表示“基准值-kσ”的下限曲线之间。在图3中，处于用粗虚线示出的圆标记内的1点的实测值相对于上限曲线与下限曲线之间向上侧偏移，因此该1点的实测值不处于上述范围内，其它实测值处于上述范围内。

通过该步骤S6，第一实施方式的峰检测方法结束。之后，能够针对在该峰检测方法中被判定为错误峰的峰，基于在上述判定中使用的宽度的实测值、以及该峰的高度或面积等其它实测值，如图4所示那样进行从色谱减除错误峰25(图4的(b)的虚线)的操作。通过该操作，能够排除由漂移等引起的错误峰25的影响来获得仅具有真正的峰21作为峰的色谱。另外，还能够通过与以往相同的方法针对像这样删除了错误峰25后的色谱进行减除除错误峰25以外的背景的操作。

(2)第二实施方式

接着，使用图5所示的框图和图6所示的流程图来说明本发明所涉及的峰检测方法以及数据处理装置的第二实施方式。第二实施方式的数据处理装置10A具有排除实测值判定部151，除此以外的结构与第一实施方式的数据处理装置10相同。与第一实施方式的数据处理装置10的各部同样地，排除实测值判定部151通过计算机的硬件及软件来具体实现。排除实测值判定部151的功能在峰检测方法的说明中叙述。

在第二实施方式的峰检测方法中，到暂定峰检测部12从色谱检测暂定峰(步骤S1)、实测值决定部13求出各暂定峰的横轴值以及特征值的实测值(步骤S2)为止的操作与第一实施方式的峰检测方法相同。

继步骤S2之后，使步骤S10和步骤S13按该顺序进行。为了便于说明，先叙述步骤S13。在步骤S13中，平滑化处理部14使用除了通过后述的排除操作被排除的实测值以外的剩余的实测值(以下，称为“处理对象实测值”)，通过与第一实施方式的步骤S3相同的方法来求出平滑化曲线。由于在该阶段尚未进行排除操作，因此在步骤S10中将所有实测值设定为处理对象实测值。

接着，在步骤S14中，基准值决定部15通过与第一实施方式的步骤S4相同的方法来针对各处理对象实测值求出标准偏差σ，根据该标准偏差和在步骤S13中求出的平滑化曲线来求出上限曲线和下限曲线。接着，根据平滑化曲线求出与各处理对象实测值有关的基准值、即得到了处理对象实测值的保持时间处的平滑化曲线的值(步骤S15)。

然后，排除实测值判定部151取处理对象实测值与对应于该处理对象实测值的基准值之差，提取该差的绝对值最大、即离平滑化曲线最远的处理对象实测值(以下，称为“最大背离实测值”。)(步骤S16)。并且，排除实测值判定部151判定最大背离实测值相对于基准值而言是否处于±kσ的范围(规定范围)内(步骤S17)。在步骤S17中判定为最大背离实测值相对于基准值而言处于±kσ的范围外(即“否”)的情况下，在步骤S18中排除该最大背离实测值(排除操作)，将剩余的实测值作为处理对象实测值来重复进行步骤S13～S17的操作。

另一方面，在步骤S17中判定为最大背离实测值相对于基准值而言处于±kσ的范围内(即“是”)的情况下，真峰决定部16将此时间点的所有的与处理对象实测值有关的峰判定为真正的峰(步骤S19)，结束一系列的操作。

根据第二实施方式的峰检测方法，在重复进行在排除一个相对于基准值而言处于±kσ的范围外的实测值后重新制作平滑化曲线这样的操作的期间，平滑化曲线的精度变高，因此排除错误峰的精度也变高。

(3)第三实施方式

接着，使用图7所示的流程图来说明本发明所涉及的峰检测方法以及数据处理装置的第三实施方式。在第三实施方式中，使用色谱的峰的宽度和高度等多种(在此设为n种(n为2以上的自然数))的特征量。第三实施方式的数据处理装置与第一实施方式的数据处理装置10同样地用框图(图1)表示。

首先，与第一实施方式的峰检测方法同样地，暂定峰检测部12从色谱检测暂定峰(步骤S1)。接着，实测值决定部13根据检测到的暂定峰中的各个暂定峰求出横轴值(在此为保持时间)以及n种特征值的实测值(步骤S22)。

接着，在步骤S22-2中，将“1”设定为以下叙述的参数i(＝1～n中的任一个自然数)的初始值。在此之后的步骤S23～S25中，通过与第一实施方式的步骤S3～S5相同的方法来进行针对n种特征值中的第i种(第i个)的特征值的处理。首先，在步骤S23中，平滑化处理部14根据第i种的实测值求出平滑化曲线。接着，在步骤S24中，基准值决定部15根据第i种的实测值求出上限曲线和下限曲线。接着，在步骤S25中，根据第i种的平滑化曲线求出各暂定峰的该第i种的基准值。

在像这样对第i种的特征值进行了步骤S23～S25的处理之后，在该处理没有完成到第n种为止(在步骤S25-2中为“否”)时，将i的值加上1(步骤S25-3)，并针对下一个种类的实测值进行步骤S23～S25的操作。另一方面，在步骤S23～S25的处理完成到第n种为止(在步骤S25-2中为“是”)时，转移到步骤S26。在该时间点，能够针对n种特征值分别制作与图3相当的实测值、平滑化曲线、上限曲线以及下限曲线的图。

在步骤S26中，真峰决定部16针对各暂定峰，在与n种特征值有关的实测值均处于针对该特征值求出的基准值的±kσ的范围内的情况下，判定为真正的峰。另一方面，真峰决定部16在与n种特征值中的至少一种特征值有关的实测值处于针对该特征值求出的基准值的±kσ的范围外的情况下，判定为错误峰。通过该步骤S26，第三实施方式的峰检测方法结束。

在第三实施方式的峰检测方法中使用多种特征值进行真正的峰的检测，因此精度进一步变高。

上述各实施方式只不过例示了本发明，即使在本发明的宗旨的范围内适当地进行了变形、修正、追加，当然也包含在本申请权利要求书中。例如，在上述各实施方式中进行色谱的峰检测，但也可以取而代之地进行谱的峰检测。在谱的峰检测中，作为横轴值，能够使用波长、波数、m/z等谱中的横轴的物理量。另外，例如也能够如将谱的横轴等间隔地划分并从原点侧起依次附加的编号那样将物理量以外的值用于横轴值。

附图标记说明

1：数据记录部；2：输入部；3：显示部；10、10A：数据处理装置；11：色谱制作部；12：暂定峰检测部；13：实测值决定部；14：平滑化处理部；15：基准值决定部；151：排除实测值判定部；16：真峰决定部；21：真正的峰；25：错误峰；91：峰顶；92：峰的开始点；93：峰的结束点。

Claims (6)

1.一种峰检测方法，根据色谱或谱的数据来检测峰，所述峰检测方法的特征在于，包括以下步骤：

a)暂定峰检测步骤，基于规定的基准来从所述数据检测多个暂定峰；

b)实测值决定步骤，根据检测到的所述多个暂定峰中的各个暂定峰来求出表示该暂定峰的大小的规定的特征值的实测值；

c)平滑化处理步骤，基于所述多个暂定峰的横轴值和所述实测值来求出平滑化曲线；

d)基准值决定步骤，根据所述平滑化曲线来求出所述多个暂定峰各自的特征值的基准值；以及

e)真峰检测步骤，将所述多个暂定峰中的、所述实测值相对于所述基准值而言处于规定范围内的暂定峰检测为真正的峰。

2.根据权利要求1所述的峰检测方法，其特征在于，

重复进行以下操作直到检测不到所述实测值与所述基准值的差异处于规定范围外的暂定峰为止：从所述数据减除该差异处于规定范围外的暂定峰中的该差异最大的暂定峰，之后进行所述基准值决定步骤和所述真峰检测步骤。

3.根据权利要求1所述的峰检测方法，其特征在于，

在所述实测值决定步骤中，使用两种以上的所述特征值来按特征值的每个种类求出所述实测值，

在所述平滑化处理步骤中，按所述特征值的每个种类求出所述平滑化曲线，

在所述基准值决定步骤中，按所述特征值的每个种类求出所述基准值，

在所述真峰检测步骤中，将与所有种类的特征值有关的所述实测值均相对于所述基准值而言处于规定范围内的暂定峰检测为真正的峰。

4.根据权利要求1所述的峰检测方法，其特征在于，

使用平滑化样条法来求出所述平滑化曲线。

5.根据权利要求1所述的峰检测方法，其特征在于，

在所述真峰检测步骤中，通过针对各实测值，判定实测值与基准值的差是否小于对假定该实测值及相对于该实测值而言处于横轴值的规定范围内的其它实测值呈正态分布而求出的标准偏差σ乘以所有实测值通用的常数k所得到的kσ，来判定所述实测值是否相对于所述基准值而言处于规定范围内。

6.一种数据处理装置，进行根据色谱或谱的数据来检测峰的数据处理，所述数据处理装置的特征在于，具备：

a)暂定峰检测部，其基于规定的基准来从所述数据检测多个暂定峰；

b)实测值决定部，其根据检测到的所述多个暂定峰中的各个暂定峰来求出表示该暂定峰的大小的规定的特征值的实测值；

c)平滑化处理部，其基于所述多个暂定峰的横轴值和所述实测值来求出平滑化曲线；

d)基准值决定部，其根据所述平滑化曲线来求出所述多个暂定峰各自的特征值的基准值；以及

e)真峰检测部，其将所述多个暂定峰中的、所述实测值相对于所述基准值而言处于规定范围内的暂定峰检测为真正的峰。