CN110083725B - 样品元素数据处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种样品元素数据处理方法及系统，属于地质样品数据处理领域。所述方法包括以下步骤：读取样品元素的原始数据；根据预设算法计算得到元素有效响应比；根据元素有效响应比数据生成元素有效响应比散点图；获取杂质的有效响应比范围，过滤掉有效响应比散点图中落入该范围的数据；获取有效响应比平台的范围，生成有效响应比平台数据散点图；接收点击噪点数据的信号，删除有效响应比平台数据散点图中被点击的噪点数据；根据删除噪点后的有效响应比平台数据，计算并输出元素有效响应比平均值。本发明可以快速有效去除噪点、精准选取数据，具有速度快、计算结果精确的优点。

Description

样品元素数据处理方法及系统
技术领域
本发明属于地质样品数据处理领域，尤其涉及一种LA-ICP-MS原位微区分析中生源碳酸盐样品元素数据处理方法及系统。
背景技术
激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术(LA-ICP-MS)是近年来飞速发展的原位微区分析技术,当激光剥蚀取样采用点剥蚀模式时，随剥蚀的进行实现了由浅至深的逐层取样，不仅可获取样品元素组成的微区剖面信息，还可选择性地去除样品表面污染层的影响。近十余年来，国内外科学家将LA-ICP-MS的应用范围拓展至测定深海大洋中的碳酸钙基质生源矿物微量元素组成及含量的工作中来，研究对象包括珊瑚、介形虫、软体动物壳体以及有孔虫，以期获得更为精细化的古环境变化记录。
LA-ICP-MS在地质样品的应用方面是成熟的仪器，但利用LA-ICP-MS获得准确的分析数据，受到多因素影响。目前研究人员多采用普适性的商业数据处理软件，更多的面向锆石、硅酸盐标准等，而面向质地较脆、样品厚度不一的生源碳酸盐样品的数据分析时，明显灵活度不够，在坏点剔除、标准校正等方面存在缺陷。例如海洋有孔虫壳体的原位微区分析，由于有孔虫的生长周期、个体特异性等因素影响，其房室壳壁厚薄不均，在某一特定的LA-ICP-MS测试参数设置方案下难以同等程度的剥蚀各房室碳酸盐层理，有的甚至由于室壁过薄而造成样品飞溅，所以有孔虫样品的剥蚀剖面数据离散性更强。因此，目前诸多研究者采用手动分析处理数据的方法，即在获得数据后，经过一系列反复计算和校正，不断排除干扰，最终得到有效数据。因为一个样品产生的原始数据有二三百条，而一次实验会测得上百个样品数据，所以手动处理数据繁琐并且耗时过长，在繁琐的表格处理过程中难免容易出错，降低数据质量。因此开发普适性强的可视化数据处理分析系统对于满足LA-ICP-MS不同种类样品、尤其是生源碳酸盐样品的数据处理需求至关重要。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种样品元素数据处理方法及系统，可以快速有效去除噪点、精准选取数据，具有速度快、计算结果精确的优点。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
作为本发明的一个方面，提出一种样品元素数据处理方法，包括以下步骤：
读取样品元素的原始数据；
根据预设算法计算得到元素有效响应比；
根据元素有效响应比数据生成元素有效响应比散点图；
获取杂质的有效响应比范围，过滤掉有效响应比散点图中落入该范围的数据；
获取有效响应比平台的范围，生成有效响应比平台数据散点图；
接收点击噪点数据的信号，删除有效响应比平台数据散点图中被点击的噪点数据；
根据删除噪点后的有效响应比平台数据，计算并输出元素有效响应比平均值。
作为优选，元素有效响应比的预设算法为：计算元素本底值和有效响应值，由元素有效响应值除以基准元素有效响应值得到元素有效响应比，其中，本底值为3s-20s内所有元素响应值的平均值，元素有效响应值为20s后的元素响应值减去本底值。
作为优选，还包括以下步骤：生成原始数据散点图和/或元素有效响应值散点图。
作为优选，还包括以下步骤：样品包括普通样品和标准样品，所述方法还包括以下步骤：计算标准样品的综合平均值，由普通样品元素有效响应比平均值除以标准样品的综合平均值得到普通样品元素比的mmol/mol值。
作为优选，还包括以下步骤：计算样品元素的检出限和定量限。
作为优选，还包括以下步骤：以表格的形式导出数据。
作为优选，还包括以下步骤：接收滑动信号，放大滑动区域的图形。
作为优选，数据散点图的x轴为时间，y轴为有效响应比数据。
作为本发明的另一个方面，提出一种样品元素数据处理系统，包括：
数据读取模块，用于读取样品元素的原始数据；
响应比计算模块，用于根据预设算法计算得到元素有效响应比；
响应比图形模块，用于根据元素有效响应比数据生成元素有效响应比散点图；
杂质数据过滤模块，用于获取杂质的有效响应比范围，过滤掉有效响应比散点图中落入该范围的数据；
响应平台图形模块，用于获取有效响应比平台的范围，生成有效响应比平台数据散点图；
噪点删除模块，用于接收点击噪点数据的指令，删除有效响应比平台数据散点图中被点击的噪点数据；
响应比平均值计算模块，用于根据删除噪点后的有效响应比平台数据，计算并输出元素有效响应比平均值。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明可以直接读取导入的样品元素原始数据，并计算样品中每个元素的有效响应比，将每个元素的有效响应比以图形的形式进行展示，用户可以通过图形直观地分析数据；通过设置属于杂质层的有效响应比，可以将杂质层无效数据过滤；根据图形分析也方便用户设置每个元素的有效平台，并进一步将有效平台内的噪点删除，相较于手动分析数据过程繁琐、耗时长、容易出错且难以保证结果准确性的问题，本发明可以自动计算并将数据以图形进行显示，使得噪点过滤以及平台的选择更加精准，具有速度快、计算结果精确的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明样品元素数据处理方法的流程图；
图2为本发明样品元素数据处理方法中生成的有效响应比数据散点图的示例图。
图3为本发明样品元素数据处理方法中生成的有效响应比平台数据散点图的示例图。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。
作为本发明的一个方面，提出一种样品元素数据处理方法，直接读取导入的样品元素原始数据，根据预设算法计算样品中每个元素的有效响应比，将每个元素的有效响应比以图形的形式进行展示，数据图形化可以使用户很直观地分析数据；通过设置属于杂质层的有效响应比，可以将杂质层无效数据过滤；根据图形分析也方便用户设置每个元素的有效平台，并进一步将有效平台内的噪点删除，相较于手动分析数据过程繁琐、耗时长、容易出错且难以保证结果准确性的问题，本发明可以自动计算并将数据以图形进行显示，使得噪点过滤以及平台的选择更加精准，具有速度快、计算结果精确的优点。
参见图1所示，样品元素数据处理方法包括以下步骤：
S1、读取样品元素的原始数据；
原始数据是时间与元素响应值一一对应的数组，读取样品元素的原始数据，并可以以列表的形式展示原始数据。
在此步骤中，作为进一步地优选实施例，还可以将每个元素的原始数据通过图形的形式显示，得到元素原始数据散点图，该散点图的X轴为时间，Y轴为原始响应值。通过图形显示，可以供用户很直观地观察到数据的分布规律，更加有利于对数据进行分析。
S2、根据预设算法计算得到元素有效响应比；
当接收到用户要求计算元素有效响应比的指令之后，基于原始数据开始计算，具体地预设计算方法为：计算3s-20s内所有元素响应值的平均值，该值为本底值；用20s以后的元素响应值减去上步的本底值，得到元素有效响应值；用元素有效响应值除以基准元素有效响应值，得到元素有效响应比。具体地，本实施例以Ca(钙)为基准元素进行说明，即元素有效响应比为元素有效响应值/Ca有效响应值。
作为进一步地优选实施例，在计算得到元素有效响应值之后，还可以将每个元素的有效响应值通过图形的形式显示，得到原始有效响应值散点图，该散点图的X轴为时间，Y轴为原始有效响应值。通过图形显示，可以供用户很直观地观察到数据的分布规律，更加有利于对数据进行分析。
该步骤由系统根据上述预设方法自动计算，无需人工计算，节省的大量的时间。
S3、根据元素有效响应比数据生成元素有效响应比散点图；
当S2步骤计算出每个元素有效响应比之后，该步骤基于有效响应比数据生成有效响应比散点图，在该图中，X轴为时间，Y轴为对应时间的有效响应比数值。参见图2所示，图2示例性地展示出有效响应比散点图。
将每个元素的有效响应比以图形散点的形式展示，可以方便用户直观地分析数据。
S4、获取杂质的有效响应比范围，过滤掉有效响应比散点图中落入该范围的数据；
样品的初始数据中难免会存在杂质层的数据，为了过滤掉杂质层的无效数据，当S3步骤生成有效响应比散点图之后，可以很方便用户在散点图上进行杂质层污染数据的过滤操作，具体为：由用户设置杂质层的有效响应比范围，系统接收到该范围后，将有效响应比散点图中落入该范围的数据过滤掉。此处需要说明的是，系统获取杂质的有效响应比范围的方式可以是获取用户的设置，也可以由系统自动计算，例如在系统中预设以Al(铝)的有效响应比为删除范围，系统根据Al的有效响应比，将其他元素的有效响应比散点图中的在Al有效响应比范围内的污染数据删除。
S5、获取有效响应比平台的范围，生成有效响应比平台数据散点图；
在进行微区分析时，需要考虑分析位置、数据有效区间选取等问题，在S4步骤删除杂质无效数据之后，用户可以对有效响应比散点图进行分析，选取特定时间段内元素有效响应比平台，该有效响应比平台即为数据的有效计算区间，系统接收到用户设置的有效响应比平台范围之后，生成有效响应比平台数据散点图。
本发明的该步骤将数据图形化，以便于用户从图形上分析出有效响应比平台范围，可以非常直观、精准、快速的确定数据有效计算区间。
S6、接收点击噪点数据的指令，删除有效响应比平台数据散点图中被点击的噪点数据；
有效响应比平台数据确定后，还不能直接进行数据计算，因为还需要进一步删除噪点数据。用户可以在上步有效响应比平台散点图上点击噪点，系统接收到点击信号后，将被点击的数据删除。进一步地，系统还设置有撤销删除、恢复已删除数据的功能。
有效响应比平台散点图更便于用户识别噪点，从而可以保证快速有效去除噪点。
S7、根据删除噪点后的有效响应比平台数据，计算并输出元素有效响应比平均值。
删除噪点之后，就可以进行平均响应比的计算，系统将有效响应比平台数据散点图内的数据求平均，得到元素有效响应比平均值。
进一步地，本发明还可以按照以上步骤分别计算得到标准样品的综合平均值，以及普通样品的有效响应比平均值，将普通元素有效响应比平均值除以标准样品的综合平均值得到样品元素比值的mmol/mol值，可供后续数据的对比研究。
进一步地，本发明还可以包括计算样品元素的检出限和定量限的步骤。
进一步地，在数据计算处理完成之后，可以将以上计算数据以表格的形式导出，以供后续用户研究使用。
进一步地，在生成散点图之后，为了便于用户观察细节数据，本发明还包括：区域图形放大功能，即系统接收滑动信号，放大显示滑动区域的图形。用户可以点击鼠标框选预放大区域，系统接收到指令后，将该部分区域图形放大显示。
作为本发明的又一方面，提供一种样品元素数据处理系统，包括数据读取模块、响应比计算模块、响应比图形模块、杂质数据过滤模块、响应平台图形模块、噪点删除模块和响应比平均值计算模块；其中，数据读取模块用于读取样品元素的原始数据；响应比计算模块用于根据预设算法计算得到元素有效响应比；响应比图形模块用于根据元素有效响应比数据生成元素有效响应比散点图；杂质数据过滤模块用于获取杂质的有效响应比范围，过滤掉有效响应比散点图中落入该范围的数据；响应平台图形模块用于获取有效响应比平台的范围，生成有效响应比平台数据散点图；噪点删除模块用于接收点击噪点数据的指令，删除有效响应比平台数据散点图中被点击的噪点数据；响应比平均值计算模块用于根据删除噪点后的有效响应比平台数据，计算并输出元素有效响应比平均值。
本发明可以自动计算样品元素的有效响应比，将每个元素的有效响应比以图形的形式进行展示，用户可以通过图形直观地分析数据；通过设置属于杂质层的有效响应比，可以将杂质层无效数据过滤；根据图形分析也方便用户设置每个元素的有效平台，并进一步将有效平台内的噪点删除，相较于手动分析数据过程繁琐、耗时长、容易出错且难以保证结果准确性的问题，本发明可以自动计算并将数据以图形进行显示，使得噪点过滤以及平台的选择更加精准，具有速度快、计算结果精确的优点。
为了详细说明本发明样品元素数据处理方法的有效性，以及样品元素数据处理系统，以下以具体示例进行说明：
导入数据：用户将LA-ICP-MS检测的碳酸盐样品、碳酸盐标准及NIST610标准的原始数据导入系统，在导入数据之前为了区分实验数据，可以在系统交互界面设置样品信息，包括实验名称、关注元素、创建时间等；系统读取原始数据并可以将原始数据以散点图的形式展示在交互界面，形成原始数据散点图，其中，图形的X轴为时间，Y轴为不同时间下对应的原始数据。
数据处理：计算样品元素本底值、有效响应值和有效响应比平台，计算过程有系统自动完成，只需在系统中预设计算方法：计算3s-20s内所有元素响应值的平均值为本底值，用20s以后的元素响应值减去本底值为有效响应值，用有效响应值除以Ca(钙)的有效响应值得到有效响应比。
系统完成计算后，可以以图形的形式展示得到有效响应值数据散点图和有效响应比数据散点图，具体参见图2所示，有效响应值数据散点图的X轴为时间，Y轴元素有效响应值，有效响应比数据散点图的X轴为时间，Y轴元素有效响应比。在系统生成数据散点图之后，用户可直观地从交互界面了解到数据的分布，便于分析和处理数据。
用户可以通过交互界面对散点图进行操作，根据Al(铝)/Ca的散点图过滤掉杂质数据。系统接收用户通过鼠标点击的数据信号，然后将该无效数据删除，即可以实现无效数据的删除。
无效数据删除后，用户通过在有效响应比数据散点图上设置有效响应比平台，系统接收指令，生成有效响应比平台数据散点图，用户可以对有效响应比平台数据散点图操作。系统接收用户通过鼠标点击的数据信号，然后将该噪点数据删除。
数据处理完成后，系统计算得到元素有效响应比平均值。
系统可以根据指令要求进一步计算NIST610标准样品的综合平均值、每个样品关注元素的mmol/mol值、以及检出限和定量限,。
数据计算完成后，系统可以以EXCEL的格式显示以上所有数据，用户可将数据导出。
本系统可以批量处理样品数据，速度快，通过图形展示，有利于用户快速有效剔除污染数据、噪点以及设置平台，具有处理简便、计算结果精准的优点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种样品元素数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
读取样品元素的原始数据；
根据预设算法计算得到元素有效响应比；元素有效响应比的预设算法为：计算元素本底值和有效响应值，由元素有效响应值除以基准元素有效响应值得到元素有效响应比，其中，本底值为3s-20s内所有元素响应值的平均值，元素有效响应值为20s后的元素响应值减去本底值；
根据元素有效响应比数据生成元素有效响应比散点图；
获取杂质的有效响应比范围，过滤掉有效响应比散点图中落入该范围的数据；
获取有效响应比平台的范围，生成有效响应比平台数据散点图，有效响应比平台为数据的有效计算区间；
接收点击噪点数据的信号，删除有效响应比平台数据散点图中被点击的噪点数据；
根据删除噪点后的有效响应比平台数据，计算并输出元素有效响应比平均值。
2.根据权利要求1所述的样品元素数据处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：生成原始数据散点图和/或元素有效响应值散点图。
3.根据权利要求1所述的样品元素数据处理方法，其特征在于，样品包括普通样品和标准样品，所述方法还包括以下步骤：计算标准样品的综合平均值，由普通样品元素有效响应比平均值除以标准样品的综合平均值得到普通样品元素比的mmol/mol值。
4.根据权利要求1所述的样品元素数据处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：计算样品元素的检出限和定量限。
5.根据权利要求1所述的样品元素数据处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：以表格的形式导出数据。
6.根据权利要求1所述的样品元素数据处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：接收滑动信号，放大显示滑动区域的图形。
7.根据权利要求1所述的样品元素数据处理方法，其特征在于，数据散点图的X轴为时间，Y轴为有效响应比数据。
8.一种样品元素数据处理系统，其特征在于：包括：
数据读取模块，用于读取样品元素的原始数据；
响应比计算模块，用于根据预设算法计算得到元素有效响应比；元素有效响应比的预设算法为：计算元素本底值和有效响应值，由元素有效响应值除以基准元素有效响应值得到元素有效响应比，其中，本底值为3s-20s内所有元素响应值的平均值，元素有效响应值为20s后的元素响应值减去本底值；
响应比图形模块，用于根据元素有效响应比数据生成元素有效响应比散点图；
杂质数据过滤模块，用于获取杂质的有效响应比范围，过滤掉有效响应比散点图中落入该范围的数据；
响应平台图形模块，用于获取有效响应比平台的范围，生成有效响应比平台数据散点图，有效响应比平台为数据的有效计算区间；
噪点删除模块，用于接收点击噪点数据的指令，删除有效响应比平台数据散点图中被点击的噪点数据；
响应比平均值计算模块，用于根据删除噪点后的有效响应比平台数据，计算并输出元素有效响应比平均值。
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