色谱谱图峰的识别算法

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1、第２６卷第８期计算机应用与软件Ｖｏｌ２６Ｎｏ．８２００９年８月ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅＡｕｇ．２００９色谱谱图峰的识别算法张磊王珏明王勇军（上海市计算技术研究所上海２０００４０）摘要针对于色谱仪器采集得到的谱图数据，介绍了色谱谱图中可能出现的各种类型的峰，并对各种类型的峰提出了不同的识别方法。关键词色谱谱图峰ＡＲＥＣＯＧＮＩＴＩＯＮＡＬＧＯＲＩＴＨＭＦＯＲＴＨＥＰＥＡＫＯＦＣＨＲＯＭＡＴＯＧＲＡＰＨＺｈａｎｇＬｅｉ　ＷａｎｇＪｕｅｍｉｎｇ　ＷａｎｇＹｏｎｇｊｕｎ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓ

2、ｈａｎｇｈａｉ２０００４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　　Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍｄａｔａｗｈｉｃｈｏｂｔａｉｎｓｉｎｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｇａｔｈｅｒｉｎｇ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍｐｏｓｓｉｂｌｙａｐｐｅａｒｓｅａｃｈｋｉｎｄｏｆｔｙｐｅｐｅａｋ，ａｎｄｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｔｏｅａｃｈｋｉｎｄｏｆｔｙｐｅｐｅａｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ　Ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍ　Ｐｅａｋ一个峰还

3、未完全回到基线，第二个峰就又开始了，二个色谱峰发０　引言生重叠。图２中峰１、峰２都是重叠峰。色谱谱图是物理变化被某些特定的物理和化学传感器所感知而转换成电信号随着时间变化而产生的起伏或称波形，即相对色谱值－时间函数关系的曲线图。通过模－数转换后成为数字量谱图。数字信号可以进一步处理，如数字滤波、峰的判别和图２　局部重叠峰峰面积或峰值的计算，以得到化学信息，如浓度、组份、化学成份的结构，成为化学计量的依据。１．３　完全重叠混合峰色谱流出曲线即色谱峰出现前后次序是由组份在样品中的完全重叠混合峰是重叠很严重或两峰面积差异太大，从而分配系数决定的，反映了色谱热力学过程；色谱峰宽窄是由组份两

4、峰之间无谷点存在。在仪器中的扩散速度决定，反映了色谱动力学过程。这是色谱１．３．１　肩峰峰的主要特征，也是色谱定性定量分析的主要依据。由此得知，肩峰分为前肩峰和后肩峰两种，是一个在大峰的上升或下对色谱峰有效而准确的判别在色谱分析过程中是至关重要的。降沿上未成形的峰，不存在峰顶（上升沿）或峰谷（下降沿），一般主峰的面积包含了肩峰的面积。图３中峰１为前肩峰。图４１　峰的类型中峰２为后肩峰。１．１　完全分离的孤立峰（分离峰）每个峰是独立可识别的，与相邻的其他峰无重叠部分，峰形成正态分布。图１中峰１、峰２都是完全分离的峰。图３　前肩峰图４　后肩峰前肩峰是完全重叠峰的一种特列，该类型的峰的特

5、点是没有峰的下降部分。图３中峰１为前肩峰。后肩峰也是完全重叠峰的一种特列，该类型的峰的特点是图１　分离峰没有上升部分。图４中峰２为后肩峰。１．２　局部重叠混合峰两个或多个相邻的峰部分重叠在一起，不能完全分开。第收稿日期：２００８－０６－１２。张磊，硕士生，主研领域：计算机应用技术。第８期张磊等：色谱谱图峰的识别算法２５７１．３．２　拖尾峰一阶导数体现的是曲线的坡度、数字信号的态势及变化率。小峰骑在大峰的下降沿上，并且小峰的峰高和大峰比很小，一阶导数为正表示曲线处于上升状态；一阶导数为负表示曲线则此种小峰称为拖尾峰，如图５中峰２。拖尾峰还可以重叠，如处于下降状态；一阶导数由正到负标志

6、着峰顶的到来，在峰顶位图６中峰２和峰３。置，一阶导数为零。二阶导数体现的是曲线的曲率，是一阶导数的变化率。当曲线开始上升时，曲率为正；直至到达上升拐点时，曲率为零。此时上升拐点后，曲率逐渐下降；直至曲线到达峰顶时，曲率取得极小值；然后曲线的曲率逐渐变大，直至到达曲线下降拐点是曲率为零；然后曲线的曲率逐渐递增到极大值；在曲线到达峰结图５　拖尾峰图６　拖尾峰束点时，曲率又回到零。３．２．１　分离峰模式２　传统的峰的识别方法分离峰中，各个峰在曲线上完全分离，峰与峰之间没有重叠部分，可将分离峰的每个峰所在曲线部分当成只关于一个峰的传统的峰的识别方法是：设定一个数值Ｌ，从信号采集开始曲线处理

7、。分离峰的峰型模式如图８所示。到结束依次处理，每次处理Ｌ个信号值。在此Ｌ个信号之中，如３．２．２　局部重叠峰模式果呈上升趋势的信号点数多于呈下降趋势的信号点数，并且平局部重叠峰可分为两种：轻微重叠峰、严重重叠峰。如果峰均斜率值大于起始阈值Ｔ，则认为是峰的开始；如果呈上升趋势的拐点没有包含在重叠部分中，则称为轻微重叠峰；反之，则称的信号点数等于呈下降趋势的信号点数，认为到达了峰的顶点；为严重重叠峰。峰型模式如图９、图１０所示。如果呈上升趋势的信号点数少于呈下降趋势的信号