专利名称：一种极谱数据分析方法
技术领域：
本发明涉及一种极谱分析方法，具体的涉及一种极谱数据采集、数据处理，最后得出需要结果的快速准确的极谱数据分析方法。
背景技术：
极谱对样品中离子浓度的计算，是通过计算电势峰高或者面积并且与相同条件下的标准溶液相比较得出，默认浓度为0时电势为0。所以在极谱对样品进行测量前，先对标准溶液进行标定，找到当前样品浓度和电流峰高或面积之间对应关系。极谱仪器在扫描得到谱线数据后，峰的基线不为简单的直线；且峰型不规则，峰型与扫描前的富集时间、扫描过程中扫描速率(电压改变速率)、扫描电压范围、扫描电压步长和样品本身浓度有关；所述富集时间的定义如下以玻碳或者金盘作为工作电极，将还原电势施加于工作电极并不停搅拌溶液，当电极电势超过某种金属离子的析出电势，溶液中被分析的金属离子还原为金属电镀于工作电极表面，电势施加时间越长，还原出来电镀于电极表面的金属越多，电势施加的时间就为富集时间。直接对谱线进行峰面积计算时本底扣除困难且误差较大，导致金属离子浓度计算误差较大。
发明内容
为克服现有技术中金属离子浓度计算误差较大的不足，本发明旨在提供一种快速准确的极谱数据分析方法，以使得金属离子浓度的计算快速准确。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现一种极谱数据分析方法，其包括以下步骤，步骤1)极谱数据采集通过极谱仪扫描得到谱线，设置所述极谱仪的扫描条件富集时间范围为5-50s ；扫描速率范围为200-600mV/s ；扫描电压范围为_4000mV +4000mV ； 扫描电压步长范围为l_20mV;步骤2、数据处理计算所述谱线中选定的峰窗口的峰面积；步骤幻金属离子浓度计算步骤3. 1)对已知浓度的标准样品进行极谱数据采集及数据处理后，得到标注样品的峰面积，进而可得出样品浓度和峰面积比例关系，默认峰面积为O时浓度为0 ；步骤3. 2)对测量样品进行极谱数据采集及数据处理后，得到测量样品的峰面积，根据样品浓度和峰面积比例关系则可计算出样品离子浓度。进一步的，所述步骤2数据处理，包括以下具体实施步骤步骤2. 1)对所述谱线采用4点滑动平均的方法进行除噪，所述4点滑动平均的公式为ρ (η) = (ρ(η-1)+ρ(η)+ρ(η+1)+ρ(η+2))+4(1)式⑴中，p(n-l)表示谱线数据点集合ρ中第n-1个点的纵坐标值；ρ (η)表示第 η个点的纵坐标值；ρ(η+1)表示第η+1个点的纵坐标值；ρ(η+2)表示第η+2个点的纵坐标值；
步骤2. 2)通过所述极谱仪对金属离子溶液进行多次扫描后，选择其峰窗口的最大范围作为峰窗口范围，以确保每次处理时都能正确包含金属扫描峰；步骤2. 3)对选定的峰窗口范围进行基线处理实现峰型校正，所述峰窗口范围即确定进行基线处理的谱线的横坐标的范围；步骤2. 4)通过步骤2. 3中选择的谱线的横坐标范围计算峰窗口的峰面积，计算方法为选定谱线的横坐标范围内各点纵坐标上对应值相加。进一步的，所述步骤2. 3对选定的峰窗口范围通过基线处理进行峰型校正的具体步骤如下步骤2.3. 1)添加凸函数，对被处理的谱线数据上添加一个凸函数，公式为f (x) = (ymax-ymin) + a X (χ-χ0)2 + (xe-x0)2(2)式O)中，f (χ)表示凸函数；ymax表示被处理谱线数据纵坐标最大值；ymin表示被处理谱线数据纵坐标最小值；χ表示被处理谱线数据的横坐标值；^表示被处理谱线数据的中间点横坐标值；^表示被处理谱线数据的最后一个点横坐标值；a为一个经验值，范围为1 50，优选的，所述a取10 ；步骤2. 3. 2)寻找下凸包，首先对P中点集排序，产生一个有序点列{P1; P2,..., pn}，然后逐一引入P中的点，并且在凸包中每增加P中一个点，都对当前凸包做相应的调整和更新，所述P为添加过凸函数的谱线数据的数据集，所述的调整和更新包含如下步骤step 1 对P中点根据横坐标从小到大字典排序，得到序列P1, P2, ...，Pn ；step 2 在Llow中加入P1与P2,开始计算下凸包，所述Llov为空的凸包列表；Step 3 循环点集 P for i = 3 to η ；向Llow 中加入 Pi ；if L1ot中至少还有三个点，而且最末尾的三个点所构成的不是一个左拐then将倒数第二个顶点从L1m中删除；否则直接循环下一个数据点；i = i+1循环下一个数据点；Step 4 得到下凸包 L1ot ；步骤2. 3. 3)扣除基线，找到的下凸包中第一个点到最后一个点依次直线连接形成一条折线曲线，并根据下凸包中各点横坐标值形成折线函数，得到的折线函数就为被处理数据的基线，所述折线函数通过下凸包各点多项式拟合得到，将步骤2. 3. 1处理后的数据减去折线函数对应值即得到基线处理后的数据。优选的，所述步骤2. 3对选定的峰窗口范围通过基线处理进行峰型校正可进行多次执行。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明通过设置扫描条件使得采集到的数据峰型稳定；并通过算法使得采集到的数据谱线由不规则的峰型校正成规则的峰型；通过标准样品标定计算金属离子浓度。其优点在于条件设置后峰型稳定；数据处理后峰型规则使峰面积计算更快速准确；标定后浓度计算更准确。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1为本发明的极谱数据分析方法的处理流程图。图2为本发明数据处理实施流程中求凸包简图。图3为本发明实例一数据处理效果图。图中校正数据为对原始数据选择峰窗口范围为-1200到-800处理后的曲线，基线为原始数据处理到校正数据时扣除的数据。图4为本发明实例二数据处理效果图
具体实施例方式下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。参见图1所示，一种极谱数据分析方法，其包括以下步骤，步骤1)极谱数据采集通过极谱仪扫描得到谱线，设置所述极谱仪的扫描条件富集时间范围为5-50s ；扫描速率范围为200-600mV/s ；扫描电压范围为_4000mV +4000mV ； 扫描电压步长范围为l_20mV;步骤2、数据处理计算所述谱线中选定的峰窗口的峰面积；步骤幻金属离子浓度计算步骤3. 1)对已知浓度的标准样品进行极谱数据采集及数据处理后，得到标注样品的峰面积，进而可得出样品浓度和峰面积比例关系，默认峰面积为O时浓度为0 ；步骤3. 2)对测量样品进行极谱数据采集及数据处理后，得到测量样品的峰面积，根据样品浓度和峰面积比例关系则可计算出样品离子浓度。进一步的，所述步骤2数据处理，包括以下具体实施步骤步骤2. 1)对所述谱线采用4点滑动平均的方法进行除噪，所述4点滑动平均的公式为ρ (η) = (ρ(η-1)+ρ(η)+ρ(η+1)+ρ(η+2))+4(1)式⑴中，p(n-l)表示谱线数据点集合ρ中第n-1个点的纵坐标值；ρ (η)表示第 η个点的纵坐标值；ρ(η+1)表示第η+1个点的纵坐标值；ρ(η+2)表示第η+2个点的纵坐标值；步骤2. 2)通过所述极谱仪对金属离子溶液进行多次扫描后，选择其峰窗口的最大范围作为峰窗口范围，以确保每次处理时都能正确包含金属扫描峰；步骤2. 3)对选定的峰窗口范围进行基线处理实现峰型校正，所述峰窗口范围即确定进行基线处理的谱线的横坐标的范围；步骤2. 4)通过步骤2. 3中选择的谱线的横坐标范围计算峰窗口的峰面积，计算方法为选定谱线的横坐标范围内各点纵坐标上对应值相加。进一步的，所述步骤2. 3对选定的峰窗口范围通过基线处理进行峰型校正的具体步骤如下步骤2.3. 1)添加凸函数，对被处理的谱线数据上添加一个凸函数，公式为f (x) = (ymax-ymin) + a X (χ-χ0)2 + (xe-x0)2(2)式O)中，f (χ)表示凸函数；ymax表示被处理谱线数据纵坐标最大值；ymin表示被处理谱线数据纵坐标最小值；X表示被处理谱线数据的横坐标值；^表示被处理谱线数据的中间点横坐标值；^表示被处理谱线数据的最后一个点横坐标值；a为一个经验值，范围为1 50，优选的，所述a取10 ；步骤2. 3. 2)寻找下凸包，首先对数据集P(添加过凸函数的谱线数据)中点集排序，产生一个有序点列{p1; P2,..., PJ，然后逐一引入P中的点，并且在凸包中每增加P中一个点，都对当前凸包做相应的调整和更新，当处理凸包采用按照谱线横坐标范围由小到大，即从左到右的方式添加时，获得的凸包称为下凸包，其凸包中点的序为从最左端的点P1 出发，从数据集P的下方按逆时针行进到最右端点Pn ；凸包点集Q的凸包是指一个最小凸多边形，满足Q中的点或者在多边形边上或者在其内。图2中由表示的多边形就是点集Q= {pl，p2，p 3...pl0}的凸包。求凸包一组平面上的点，求一个包含所有点的最小的凸多边形，这就是求凸包。 这可以形象地想成这样在地上放置一些不可移动的木桩，用一根绳子把他们尽量紧地圈起来，这就是凸包了。具体实现step 1 对P中点根据横坐标从小到大字典排序，得到序列P1, P2, ...，Pn ；step 2 在空的凸包列表L1ot中加入P1与P2,开始计算下凸包；step 3 循环点集 P for i = 3 to η ；向Llow 中加入 Pi ；If L1ot中至少还有三个点，而且最末尾的三个点所构成的不是一个左拐then将倒数第二个顶点从L1m中删除；否则直接循环下一个数据点；i = i+1循环下一个数据点；step 4 得到下凸包 L1ot。三个数据点是否构成左拐的问题可通过定义一个判别函数来解决。定义判别函数f (Pi, Pj, pk,) = (Xj-Xi) X (Yk-Yi) -(Xk-Xi) X (Yj-Yi)。(1)落在直线的左侧半平面内< ==>f(Pi, Pj, pk, ) > 0 ；(2)落在直线上 < ==>f(Pi, Pj, Pk,) = 0 ；(3)落在直线的右侧半平面内< ==>f(Pi, Pj, pk, ) < 0。步骤2. 3. 3)扣除基线，找到的下凸包中第一个点到最后一个点依次直线连接形成一条折线曲线，并根据下凸包中各点横坐标值形成折线函数，得到的折线函数就为被处理数据的基线，所述折线函数通过下凸包各点多项式拟合得到，将步骤2. 3. 1处理后的数据减去折线函数对应值即得到基线处理后的数据。优选的，所述步骤2. 3对选定的峰窗口范围通过基线处理进行峰型校正可进行多次执行。下面就本发明做出实例分析，实例中标准样品处理过程省去。实例1 步骤1)极谱数据采集通过极谱仪扫描得到谱线，设置所述极谱仪的扫描条件富集时间为20s ；扫描速率范围为500mV/s ；扫描电压范围为_1200mV _800mV ；扫描电压步长范围为ImV ；
步骤幻数据处理计算所述谱线中选定的峰窗口的峰面积，本处峰窗口范围为-1200 -800，凸函数中a取值为10，通过基线处理进行峰型校正执行一次。效果图如附图3，与原始数据相比，校正数据曲线的峰型规则，且峰背景被完全扣除，由图中可以清晰看出处理后的校正数据峰面积的计算更简单，计算结果更精确。步骤3)金属离子浓度计算根据处理后的谱线数据计算极谱峰全面积，并根据已有样品浓度和峰面积比例关系则可计算出样品离子浓度。实例2 步骤1)极谱数据采集通过极谱仪扫描得到谱线，设置所述极谱仪的扫描条件富集时间为20s ；扫描速率范围为500mV/s ；扫描电压范围为_1200mV _800mV ；扫描电压步长范围为ImV ；步骤幻数据处理计算所述谱线中选定的峰窗口的峰面积，本处峰窗口范围为-1200 -800，凸函数中a取值为1. 5，通过基线处理进行峰型校正执行一次。效果图如附图4，由图可知原始数据峰型及其不规则，且峰背景成变化趋势；经数据处理扣除基线后，校正数据峰型规则，且峰背景被完全扣除。显然由本步处理后计算峰面积时更加简单， 计算出的结果更精确。步骤3)金属离子浓度计算根据处理后的谱线数据计算极谱峰全面积，并根据已有样品浓度和峰面积比例关系则可计算出样品离子浓度。以上所述仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种极谱数据分析方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤1)极谱数据采集通过极谱仪扫描得到谱线，设置所述极谱仪的扫描条件富集时间范围为5-50S ；扫描速率范围为200-600mV/s ；扫描电压范围为_4000mV +4000mV ；扫描电压步长范围为l_20mV ；步骤幻数据处理计算所述谱线中选定的峰窗口的峰面积；步骤幻金属离子浓度计算步骤3. 1)对已知浓度的标准样品进行极谱数据采集及数据处理后，得到标注样品的峰面积，进而可得出样品浓度和峰面积比例关系，默认峰面积为 0时浓度为0 ；步骤3. 2)对测量样品进行极谱数据采集及数据处理后，得到测量样品的峰面积，根据样品浓度和峰面积比例关系则可计算出样品离子浓度。
2.根据权利要求1所述的极谱数据分析方法，其特征在于，所述步骤2数据处理，包括以下具体实施步骤步骤2. 1)对所述谱线采用4点滑动平均的方法进行除噪，所述4点滑动平均的公式为 P (η) = (ρ (η-1) +ρ (η) +ρ (η+1) +ρ (η+2)) +4(1)式(1)中，p(n-l)表示谱线数据点集合ρ中第η-1个点的纵坐标值；ρ(η)表示第η个点的纵坐标值；P (η+1)表示第η+1个点的纵坐标值；ρ (η+2)表示第η+2个点的纵坐标值； 步骤2. 2)通过所述极谱仪对金属离子溶液进行多次扫描后，选择其峰窗口的最大范围作为峰窗口范围，以确保每次处理时都能正确包含金属扫描峰；步骤2. 3)对选定的峰窗口范围进行基线处理实现峰型校正，所述峰窗口范围即确定进行基线处理的谱线的横坐标的范围；步骤2. 4)通过步骤2. 3中选择的谱线的横坐标范围计算峰窗口的峰面积，计算方法为选定谱线的横坐标范围内各点纵坐标上对应值相加。
3.根据权利要求2所述的极谱数据分析方法，其特征在于，步骤2.3对选定的峰窗口范围通过基线处理进行峰型校正的具体步骤如下步骤2. 3. 1)添加凸函数，对被处理的谱线数据上添加一个凸函数，公式为 f (x) = (ymax-ymin)+aX (XI。)2+(XeItl)2(2)式(2)中，f (X)表示凸函数；ymax表示被处理谱线数据纵坐标最大值；ymin表示被处理谱线数据纵坐标最小值；χ表示被处理谱线数据的横坐标值；^表示被处理谱线数据的中间点横坐标值表示被处理谱线数据的最后一个点横坐标值；a为一个经验值，范围为1 50 ；步骤2. 3. 2)寻找下凸包，首先对P中点集排序，产生一个有序点列{P1; P2, ... , PJ, 然后逐一引入P中的点，并且在凸包中每增加P中一个点，都对当前凸包做相应的调整和更新，所述P为添加过凸函数的谱线数据的数据集，所述的调整和更新包含如下步骤 step 1 对P中点根据横坐标从小到大字典排序，得到序列P1, P2, ...，Pn ； step 2 在Llow中加入P1与P2,开始计算下凸包，所述L1ot为空的凸包列表； step 3 循环点集 P for i = 3 to η ； 向Llow中加入Pi ；If Llw中至少还有三个点，而且最末尾的三个点所构成的不是一个左拐then将倒数第二个顶点从Llw中删除；否则直接循环下一个数据点； i = i+1循环下一个数据点；s t e ρ 4 得到下凸包Llw ；步骤2. 3. 3)扣除基线，找到的下凸包中第一个点到最后一个点依次直线连接形成一条折线曲线，并根据下凸包中各点横坐标值形成折线函数，得到的折线函数就为被处理数据的基线，所述折线函数通过下凸包各点多项式拟合得到，将步骤2. 3. 1处理后的数据减去折线函数对应值即得到基线处理后的数据。
4.根据权利要求3所述的极谱数据分析方法，其特征在于所述步骤2.3对选定的峰窗口范围通过基线处理进行峰型校正可进行多次执行。
5.根据权利要求3所述的极谱数据分析方法，其特征在于所述a取10。
全文摘要
一种极谱数据分析方法，包括极谱数据采集通过极谱仪扫描得到谱线，设置极谱仪的扫描条件富集时间范围为5-50s，扫描速率范围为200～600mV/s，扫描电压范围为-4000mV～+4000mV，扫描电压步长范围为1～20mV；数据处理计算谱线中选定的峰窗口的峰面积；和金属离子浓度计算对已知浓度的标准样品进行极谱数据采集及数据处理后，得到标注样品的峰面积，进而可得出样品浓度和峰面积比例关系，默认峰面积为0时浓度为0；对测量样品进行极谱数据采集及数据处理后，得到测量样品的峰面积，根据样品浓度和峰面积比例关系则可计算出样品离子浓度。本发明数据处理后峰型规则使峰面积计算更快速准确，浓度计算准确。
文档编号G01N27/48GK102435661SQ20111026197
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发明者吴升海, 夏洪海, 彭建波, 方军, 方卫龙, 程胜 申请人:江苏天瑞仪器股份有限公司