CN109154586B - 数据处理方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

从表示强度相对于参数的变化的图表的数据检测峰的起点和终点(S3)，确定处于由第一基准线、第二基准线以及第三基准线围成的三角形内的一个以上的中间控制点(S4、S5)，其中，该第一基准线是根据处于从所述起点起的规定范围内的数据求出的回归直线，该第二基准线是根据处于从所述终点起的规定范围内的数据求出的回归直线，该第三基准线是将该起点与该终点连接的线，制作按参数轴的顺序将所述起点、所述一个以上的中间控制点以及所述终点设为控制点的该起点与该终点之间的贝塞尔曲线并将该贝塞尔曲线设为所述峰的基线(S7)。由此，能够以在峰的起点和终点的前后平滑地连接的方式决定基线。

Description

数据处理方法以及装置
技术领域
本发明涉及一种对例如由色谱仪获得的色谱或者由质谱分析装置或分光装置等获得的谱之类的表示强度相对于参数的变化的图表的数据进行处理的方法以及装置。
背景技术
关于对试样中包含的成分进行分析的装置之一，存在色谱仪。在色谱仪的情况下，使试样随着流动相的流动导入到柱，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峰的有无无关地存在的基线。为了从色谱获得试样的准确的信息，需要在去除基线后检测峰。以下，使用图9说明从色谱去除基线的方法的一例。
首先，从色谱检测峰顶91(图9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。操作者也可以在通过视觉观察确定了峰顶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的保持时间短的部位检测峰的起点92，并且从保持时间比峰顶91的保持时间长的部位检测峰的终点93(该图)。起点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、或操作者通过视觉观察确定并利用输入设备指定的位置。同样地，终点93设为二次微分为正且一次微分为负的规定值以下(绝对值为规定值以上)的位置、或操作者通过视觉观察确定并利用输入设备指定的位置。
根据像这样确定的峰的起点92和终点93，例如像以下那样决定基线。首先，关于峰与峰之间或两端之类的、不存在峰的保持时间内的色谱，将色谱本身设为局部基线941(图9的(b))。在峰的部分，将用直线连接起点92与终点93所得到的线设为局部基线942(该图)。将这样得到的局部基线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9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
专利文献2：日本特开2015-049136号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述的方法中，基线94在不存在色谱的峰的位置是曲线(色谱本身)，仅在存在色谱的峰的起点92与终点93之间为直线，因此在起点92和终点93处，前后没有平滑地连接，是不自然的。因此，减除基线94后的色谱在起点92和终点93处前后也没有平滑地连接。
在此之前对色谱进行了说明，但在由与色谱仪组合使用的质谱分析装置获得的质谱或由分光装置获得的光谱等中也产生同样的问题。
本发明要解决的课题在于，提供一种能够以在峰的起点和终点的前后平滑地连接的方式决定基线的数据处理方法以及装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题而完成的本发明所涉及的数据处理方法的特征在于，包括以下步骤：
从表示强度相对于参数的变化的图表的数据检测峰的起点和终点；
确定第一基准线、第二基准线以及第三基准线，确定处于由该第一基准线、该第二基准线以及该第三基准线围成的三角形内的一个以上的中间控制点，其中，该第一基准线是根据处于包括所述起点的规定范围内的数据求出的回归直线，该第二基准线是根据处于包括所述终点的规定范围内的数据求出的回归直线，该第三基准线是将该起点与该终点连接的直线；以及
制作按参数轴的顺序将所述起点、所述一个以上的中间控制点以及所述终点设为控制点的该起点与该终点之间的贝塞尔曲线并将该贝塞尔曲线设为所述峰的基线。
在此，参数例如是指色谱的情况下的时间、光谱的情况下的波长、质荷比谱的情况下的质荷比，在图表中，通常参数表现为横轴，强度表现为纵轴。以下，也将图表中的参数轴表现为横轴，将强度轴表现为纵轴。
贝塞尔曲线一般是通过指定包括起点和终点在内的三个以上的控制点而确定的、且在该起点和该终点处具有斜率同将该起点、该终点与相邻控制点相连接的直线的斜率相同的切线的曲线。在本发明中，将色谱或谱的峰的起点和终点用作贝塞尔曲线的控制点的起点和终点，将按参数轴的顺序使用包括这些起点、一个以上的中间控制点以及终点在内的三个以上的控制点制作的贝塞尔曲线设为峰(起点与终点之间的图表)的基线。由此，峰的基线的斜率在起点和终点处接近峰外的基线的斜率，在峰的起点和终点的前后，基线平滑地连接。
由于所述中间控制点均处于所述三角形内，因此将起点与同该起点相邻的控制点相连接的线段的斜率与第一基准线的斜率相同或为第一基准线的斜率以下。由此，制作出的贝塞尔曲线的起点处的切线的斜率与第一基准线的斜率相同或比第一基准线的斜率小。在终点处也同样。
所述中间控制点既可以仅为一个，也可以为多个。作为将中间控制点仅设为一个的情况下的一例，能够列举将第一基准线与第二基准线的交点设为中间控制点的情况。根据该中间控制点，在起点和终点处，所获得的贝塞尔曲线与上述的回归直线具有相同的斜率，因此基线更加平滑地连接。
或者，也能够将同第一基准线与第二基准线的交点不同且所述参数的值与该交点相同(即，处于该交点与所述第三基准线之间)的点设为中间控制点。在起点或终点处求出的回归直线的斜率过大的情况下，该方法是有益的。
通常，第一基准线和第二基准线的斜率的正负彼此相反，因此第一基准线与第二基准线的交点的参数轴(横轴)方向的位置存在于起点与终点之间。但是，在处理对象的峰的附近存在其它峰或者漂移大的情况下，存在第一基准线和第二基准线的斜率的正负相同的情况。在该情况下，第一基准线与第二基准线的交点的横轴方向上的位置在起点-终点之外。将这种交点作为用于决定峰的基线的贝塞尔曲线的控制点来使用并不恰当。因此，在这种情况下，期望的是，确定第一中间控制点和第二中间控制点这两个控制点，并将起点、该第一中间控制点、第二中间控制点以及终点设为控制点来制作所述贝塞尔曲线，其中，该第一中间控制点是第一基准线上的从起点看来横轴方向上的位置处于终点侧的点，该第二中间控制点是第二基准线上的横轴方向上的位置处于第一中间控制点与终点之间的点。在此，在第一基准线和第二基准线的斜率均为正的情况下，虽然第一中间控制点处于所述三角形内，但第二中间控制点处于所述三角形外。另外，在第一基准线和第二基准线的斜率均为负的情况下，虽然第二中间控制点处于所述三角形内，但第一中间控制点处于所述三角形外。因而，在本例中，所述中间控制点(即，除起点和终点以外的处于所述三角形内的控制点)仅为一个。
作为使用两个处于所述三角形内的中间控制点(包括起点和终点在内使用四个控制点)的例子，能够列举以下例子：在起点与所述交点之间的第一基准线上确定第一中间控制点，在所述交点与终点之间的第二基准线上确定第二中间控制点。在起点和终点各点处，所获得的贝塞尔曲线与上述回归直线具有相同的斜率，因此基线更加平滑地连接。或者，也可以将起点与所述交点之间的处于第一基准线与第三基准线之间的点设为第一中间控制点，将所述交点与终点之间的处于第二基准线与第三基准线之间的点设为第二中间控制点。无论在哪一种情况下，都将第一中间控制点设为起点的相邻控制点并将第二中间控制点设为终点的相邻控制点来制作贝塞尔曲线。
并且，也可以在第一中间控制点与第二中间控制点之间确定一个以上的中间控制点，由此使用三个以上的中间控制点(包括起点和终点在内使用五个以上的控制点)来制作贝塞尔曲线。
本发明所涉及的数据处理装置的特征在于，具备：
峰检测部，其从表示强度相对于参数的变化的图表的数据检测峰的起点和终点；
中间控制点决定部，其确定第一基准线、第二基准线以及第三基准线，确定处于由该第一基准线、该第二基准线以及该第三基准线围成的三角形内的一个以上的中间控制点，其中，该第一基准线是根据处于包括所述起点的规定范围内的数据求出的回归直线，该第二基准线是根据处于包括所述终点的规定范围内的数据求出的回归直线，该第三基准线是将该起点与该终点连接的直线；以及
基线决定部，其制作按参数轴的顺序将所述起点、所述一个以上的中间控制点以及所述终点设为控制点的该起点与该终点之间的贝塞尔曲线并将该贝塞尔曲线设为所述峰的基线。
发明的效果
根据本发明，能够以在峰的起点和终点的前后平滑地连接的方式决定基线。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的数据处理装置的一个实施方式的概要结构图。
图2是表示本发明所涉及的数据处理方法的基本动作的流程图。
图3是表示色谱的一个峰的包括起点、终点以及基于这两个点确定的中间控制点在内的控制点以及作为根据这些控制点制作出的贝塞尔曲线的基线的概要图。
图4是表示确定中间控制点的方法的另一例的概要图。
图5是表示本发明所涉及的数据处理方法的一个实施方式的步骤S4的具体动作的例子的流程图。
图6是表示本发明所涉及的数据处理方法的一个实施方式的步骤S5和S7的具体动作的例子的流程图。
图7是表示确定中间控制点的方法的另一例的概要图。
图8是表示确定中间控制点的方法的另一例的概要图。
图9是表示以往的色谱中的基线的决定方法的一例的图。
具体实施方式
使用图1～图8来说明本发明所涉及的数据处理方法以及装置的实施方式。
本实施方式的数据处理装置10与数据记录部1、显示装置2以及输入装置3一起使用。数据记录部1是用于记录通过液相色谱仪或气相色谱仪等所具有的检测器进行测定时得到的数据的装置，包括硬盘、存储器等。数据记录部1在图1示出的例子中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。显示装置2是用于显示由数据处理装置10进行的数据处理中的信息、数据处理的结果的显示器。输入装置3是用于用户向数据处理装置10输入必要的信息的装置，包括键盘、鼠标等。
数据处理装置10具有色谱制作部11、峰检测部12、中间控制点决定部13、基线决定部14以及基线减除后色谱制作部15。这些各部实际上通过计算机的CPU、存储器等硬件以及软件来具体实现。以下，使用图2的流程图以及图3及图4的色谱的峰的概要图来说明本发明所涉及的数据处理方法的一个实施方式，并且说明数据处理装置10的各部的功能。
首先，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(步骤S1)。在对谱进行处理的情况下，不需要制作色谱的操作，仅从数据记录部1获取数据即可。
接着，峰检测部12从由色谱制作部11制作出的色谱检测峰(步骤S2)。利用与以往同样的方法进行峰的检测即可(例如参照专利文献2)。
接着，中间控制点决定部13在由峰检测部12检测到的峰的区间内的用于决定基线的贝塞尔曲线的控制点中，如以下那样决定除起点和终点以外的中间控制点(参照图3)。
首先，根据由峰检测部12检测到的峰21求出起点211和终点212(步骤S3)。
接着，求出第一基准线231和第二基准线232(步骤S4)，其中，该第一基准线231是根据处于从起点211起的规定范围即第一范围221内的数据求出的回归直线，该第二基准线232是根据处于从终点212起的规定范围即第二范围222内的数据求出的回归直线。在图3示出的色谱20的例子中，从起点211起向峰21的外侧设定了第一范围221，从终点212起向峰21的外侧设定了第二范围222，但既可以以夹着起点211或终点212地横跨峰21的外侧和内侧的方式确定这些范围，也可以在峰21的内侧确定这些范围。
而且，将第一基准线231与第二基准线232的交点决定为中间控制点213(步骤S5)。在图3的例子中，将第一基准线231与第二基准线232的交点设为中间控制点213，但中间控制点处于由第一基准线231、第二基准线232以及第三基准线233围成的三角形内即可，其中，该第三基准线233是将起点211与终点212连接的直线。在图4示出的色谱20A的例子中，从根据峰21A的起点211A求出的第一基准线231A与根据终点212A求出的第二基准线232A的交点25向参数轴(在色谱中为保持时间的横轴)引垂线26，将该垂线26上的点设为中间控制点213A。
在色谱中存在多个峰的情况下，针对其它峰也进行以上的步骤S3～S5的操作。因此，在步骤S6中，确认是否针对在步骤S2中检测到的所有峰完成了中间控制点的决定，在“是”(完成)的情况下，转移到步骤S7，在“否”的情况下，返回到步骤S3。
在步骤S7中，基线决定部14求出按参数轴的顺序将起点211设为第一个控制点、将中间控制点213设为第二个控制点、将终点212设为第三个(最后)的控制点的贝塞尔曲线，将该贝塞尔曲线设为该起点211与终点212之间的局部基线24(参照图3)。在图4的例子中，也同样将以起点211A、终点212A以及中间控制点213A为控制点的贝塞尔曲线设为峰21A的区间内的局部基线24A。基线决定部14也在其它峰的起点与终点之间进行与上述同样的操作。通过以上的操作，基线决定部14在各峰的起点与终点之间将利用上述方法求出的贝塞尔曲线设为基线，在除此以外的区间内将色谱的曲线决定为基线。
基线减除后色谱制作部15通过从色谱减除由基线决定部14决定的基线来制作基线减除后色谱(步骤S8)，并显示于显示装置2的显示器。通过以上操作，本实施方式的数据处理方法的动作结束。
根据本实施方式的数据处理方法，能够以在峰21的起点211和终点212的前后平滑地连接的方式决定基线。
接着，使用图5和图6以及上述的图3来说明本实施方式的数据处理方法的步骤S4、S5以及S7中的具体动作的例子。在此，设为色谱的峰仅为一个并省略步骤S6的说明，但即使在色谱的峰为多个且执行步骤S6的情况下，也能够对各个峰执行与以下相同的动作。
首先，执行直到步骤S3为止的动作，在步骤S4-1中，将第一范围221的起点的保持时间定义为ls，将终点的保持时间定义为le，并且将第二范围222的起点的保持时间定义为rs，将终点的保持时间定义为re(参照图3)。在此，将峰的起点211设为第一范围221的终点(保持时间le)，将峰的终点212设为第二范围222的起点(保持时间rs)。即，第一范围221和第二范围222均设定在峰的外侧。在该阶段，第一范围221的起点的保持时间ls和第二范围222的终点的保持时间re设为任意的值即可。
接着，将自然数n的值设定为1(步骤S4-2)。为了将直到以下的步骤S4-3～S4-5为止的操作执行到规定的最大数nmax时中止该操作而设定了n。
接着，根据第一范围221(保持时间ls～le之间)内的色谱的数据来求出回归直线(步骤S4-3)。然后，判定第一范围221内的回归直线与色谱的残差平方和是否为规定的阈值以上(步骤S4-4)。
在该残差平方和为规定的阈值以上(在步骤S4-4中为“是”)的情况下，求出的回归直线设为第一基准线的话有可能并不恰当。在该情况下，首先，在步骤S4-5中确认n是否达到最大数nmax。在n达到最大数nmax(在步骤S4-5中为“是”)的情况下，转移到步骤S4-7，将在步骤S4-3中求出的回归直线决定为第一基准线231。另一方面，在n没有达到最大数nmax(在步骤S4-5中为“否”)的情况下，对n的值加1，并且将第一范围221的起点的保持时间ls替换为“le-(le-ls)/2”的值(步骤S4-6)，之后返回到步骤S4-3。步骤S4-6中的替换后的第一范围221的保持时间的长度为替换前的1/2。
在所述残差平方和小于规定的阈值(在步骤S4-4中为“否”)的情况下，直接转移到步骤S4-7，将在步骤S4-3中求出的回归直线决定为第一基准线231。
在步骤S4-7之后，针对第二范围222也进行与步骤S4-2～S4-7同样的操作(在图5中将该操作统一设为步骤S4-8，省略详细说明)，来决定第二基准线232。
在步骤S4-8之后，转移到步骤S5-1(图6)。在步骤S5-1中，将峰的起点211决定为贝塞尔曲线的最初的控制点。接着，在步骤S5-2中求出第一基准线231与第二基准线232的交点。
然后，在步骤S5-3中，判定该交点的保持时间是否处于起点211的保持时间与终点212的保持时间之间。在该判定为“是”的情况下，在步骤S5-4中求出将峰的起点与终点连接的第三基准线233。然后，在步骤S5-5中，将从所述交点向参数轴引出的垂线中的该交点与第三基准线233之间的线段上的点(也可以是该交点)决定为第二个控制点(中间控制点213)。
另一方面，在步骤S5-3中判定为“否”的情况下，将所述交点用于控制点的决定是不恰当的，在步骤S5-6中通过其它方法(使用图7后文叙述其一例)来决定一个或多个控制点。
在步骤S5-5或步骤S5-6之后，将终点212决定为最后的控制点(步骤S5-7)。
接着，在步骤S7-1中，基于在步骤S5中求出的三个(或三个以上)的控制点，以峰的起点与终点之间的采样点数的2倍的点数(1/2的采样间隔)来制作贝塞尔曲线。关于这样制作出的贝塞尔曲线，在步骤S7-2中，使用线性插值变更为与色谱相同的采样点数(间隔)，将该变更后的贝塞尔曲线决定为基线。这样，使色谱与基线的采样点数(间隔)匹配，由此下一个步骤S8中的从色谱减除基线的操作变得容易。之后，通过如上述那样进行步骤S8的操作，一系列的动作结束。
本发明并不限定于上述实施方式。
例如，在如图7所示那样色谱20B的峰21B受到漂移的影响的情况下，第一基准线231B与第二基准线232B的交点有时会大幅地脱离峰的范围，第一基准线231B是根据处于从峰21B的起点211B起的规定范围内的数据求出的回归直线，该第二基准线232B是针对峰21B的终点212B同样地求出的回归直线。基于像这样大幅地脱离峰21B的范围的交点求出中间控制点的做法并不恰当，因此取而代之地，优选在起点211B的附近的由第一基准线231B～第三基准线(为了易于观察图而省略图示)围成的三角形内确定中间控制点。在图7的例子中，在第一基准线231B上且从起点211B向参数轴方向的终点212B侧偏移了起点211B与终点212B的距离(rs-le)的1/10之处确定第一中间控制点213B。仅利用该第一中间控制点213B、起点211B以及终点212B无法顺利地决定靠近终点212B的贝塞尔曲线，因此在图7的例子中，在第二基准线232B上且从终点212B向参数轴方向的起点211B侧偏移了距离(rs-le)的1/10之处确定第二中间控制点214B。此外，该第二中间控制点214B不在所述三角形内。能够制作将这些起点211B、第一中间控制点213B、第二中间控制点214B以及终点212B依次设为控制点的贝塞尔曲线，并将该贝塞尔曲线决定为峰21B的区间的局部基线24B。
另外，例如也可以如图8所示那样在由第一基准线～第三基准线围成的三角形内设定两个以上的中间控制点。在图8的例子中，在与图4相同的色谱20A的峰21A中，在第一基准线231A上且从起点211A向终点212A靠近时间δt之处设定第一中间控制点213C，在第二基准线232A上且从终点212A向起点211A靠近时间δt之处设定第二中间控制点214C。这些第一中间控制点213C和第二中间控制点214C均配置在由第一基准线231A、第二基准线232A以及第三基准线233A围成的三角形中(线上)。而且，能够制作将起点211A、第一中间控制点213C、第二中间控制点214C以及终点212A依次设为控制点的贝塞尔曲线，并将该贝塞尔曲线决定为峰21A的区间的局部基线24C。并且，在图8的例子中，也可以在第一中间控制点213C与第二中间控制点214C之间且所述三角形内进一步设置一个或多个中间控制点。
附图标记说明
1：数据记录部；2：显示装置；3：输入装置；10：数据处理装置；11：色谱制作部；12：峰检测部；13：中间控制点决定部；14：基线决定部；15：基线减除后色谱制作部；20、20A、20B：色谱；21、21A、21B：峰；211、211A、211B、92：起点；212、212A、212B、93：终点；213、213A：中间控制点；213B、213C：第一中间控制点；214B、214C：第二中间控制点；221：第一范围；222：第二范围；231、231A、231B：第一基准线；232、232A、232B：第二基准线；233、233A：第三基准线；24、24A、24B、24C、941、942：局部基线；25：第一基准线与第二基准线的交点；26：从交点25向参数轴的垂线；91：峰顶。

Claims (4)

1.一种数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
从表示强度相对于参数的变化的图表的数据中检测峰的起点和终点；
确定第一基准线、第二基准线以及第三基准线，确定处于由该第一基准线、该第二基准线以及该第三基准线围成的三角形内的一个以上的中间控制点，其中，该第一基准线是根据处于包括所述起点的规定范围内的数据求出的回归直线，该第二基准线是根据处于包括所述终点的规定范围内的数据求出的回归直线，该第三基准线是将该起点与该终点连接的直线；以及
制作按参数轴的顺序将所述起点、所述一个以上的中间控制点以及所述终点设为控制点的该起点与该终点之间的贝塞尔曲线并将该贝塞尔曲线设为所述峰的基线。
2.根据权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于，
所述中间控制点是所述第一基准线与所述第二基准线的交点。
3.根据权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于，
所述中间控制点是同第一基准线与第二基准线的交点不同、且所述参数的值与该交点相同的点。
4.一种数据处理装置，其特征在于，具备：
峰检测部，其从表示强度相对于参数的变化的图表的数据中检测峰的起点和终点；
中间控制点决定部，其确定第一基准线、第二基准线以及第三基准线，确定处于由该第一基准线、该第二基准线以及该第三基准线围成的三角形内的一个以上的中间控制点，其中，该第一基准线是根据处于包括所述起点的规定范围内的数据求出的回归直线，该第二基准线是根据处于包括所述终点的规定范围内的数据求出的回归直线，该第三基准线是将该起点与该终点连接的直线；以及
基线决定部，其制作按参数轴的顺序将所述起点、所述一个以上的中间控制点以及所述终点设为控制点的该起点与该终点之间的贝塞尔曲线并将该贝塞尔曲线设为所述峰的基线。
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