发射光谱中的背景校正的制作方法
【专利摘要】一种用于获得测量的光学发射光谱的一个背景校正部分的方法，该方法包括从该测量的发射光谱的部分中鉴别出两个或多个背景校正点；获得与这些已鉴别的背景校正点拟合的一个背景校正函数，并且将该背景校正函数应用于该测量的发射光谱的部分上以便产生该发射光谱的一个背景校正部分，其中这些背景校正点通过考虑在这些测量数据点之间的梯度而从这些测量数据点中被鉴别出。
【专利说明】发射光谱中的背景校正 发明领域
[0001] 本发明涉及光学发射光谱学领域，并且具体涉及光谱数据处理W提供光谱发射数 据的背景校正部分。它可W被应用于，例如，电感禪合等离子体或微波光学发射光谱法。
[0002] 发明背景
[0003] 电感禪合等离子体和微波诱导等离子体光学发射光谱法（分别地ICP-0ES和 MIP-0E巧是用于确定一个样品中的元素浓度的分析技术。将样品溶液注入到一个等离子体 源中，该等离子体源的温度使该样品蒸发，破坏任何化学键，使原子电离并且导致原子和离 子的电子激发。一个等离子体光谱由一个连续背景和在包含在该样品中的任何元素的特征 波长处的离散光谱线组成。任何给定的光谱线的强度与该样品中的元素的浓度成比例，并 且然后元素浓度的定量评估是基于在为该元素的特征的波长处的光强度的测量。
[0004] 存在于涉及发射光谱的该种和其他分析技术中的问题是一个连续背景可能使 该些光谱线的形状扭曲，使得元素浓度的精确评估变得困难。在"分析原子光谱法中的 ICPQCP in Analytical Atomic Spectrometry) "'Montaser & Goli曲tly'VCH, 1987,第 6. 6节中，W及在"用于去除低频率背景偏移的中值滤波（Median Filtering化r Removal of Low-Frequency Background Drift)'，，Alvin W. Moore, James W. Jorgenson,分析化学 (Anal^ical化emistry)，1993, 65, 188-191中讨论了用于提供某一形式的背景校正的典 型的常规技术。最简单的和一种相对不可靠的技术是让用户猜测一个或两个背景点的波长 值并且使用该些波长值W将一个背景校正应用于确定浓度估算中。该种波长的初始选择典 型地用于所有随后的样品分析。背景校正是通过在背景点之间的线性内插在感兴趣的任何 具体波长处实现的。然而，该种技术是费时的并且要求相对熟练的技术人员来选择合适的 背景点。
[0005] 类似的问题存在于红外、气相色谱、液相色谱和紫外分析仪器中，其中条件上的变 化影响由该仪器进行的测量。
[0006] 针对此背景，做出了本发明。
[0007] 发明概沐
[0008] 在一个第一方面中，本发明提供一种用于获得测量的发射光谱的一个背景校正部 分的方法，该方法包括W下步骤：从该测量的发射光谱的部分中鉴别出两个或多个背景校 正点，获得与该些已鉴别的背景校正点拟合的一个背景校正函数，并且将该背景校正函数 应用于该测量的发射光谱的部分上W便产生该发射光谱的一个背景校正部分；其中该测量 的发射光谱的部分包括测量的数据点，该些数据点由在离散的波长或对应于波长A。的值 处的一系列n个强度值I。组成，该系列从第一个测量数据点延伸至最后一个测量数据点， 并且该些背景校正点通过W下步骤从该些测量的数据点中被鉴别：
[0009] (1)鉴别出作为该第一个测量数据点的第一个背景校正点；
[0010] (2)计算在该刚刚鉴别的背景校正点与该系列中的每个随后的测量数据点之间的 直线的阶梯Gm;
[0011] (3)鉴别出作为位于具有所有该些计算的梯度Gm中的最小梯度的直线上的测量数 据点的下一个背景校正点；
[0012] (4)如果该刚刚鉴别的背景校正点不位于最后一个测量的数据点上，重复从步骤 (2)的程序直到位于其上为止。
[0013] 将本发明的方法应用于在该测量的发射光谱的一部分内的数据点上并且W下描 述考虑仅仅该些数据点。该测量的发射光谱的每一部分包括测量的数据点，该些数据点由 一系列n个强度值I。组成，在离散的波长或对应于波长A。的值处，该系列从第一个测量 数据点延伸至最后一个测量数据点。在每个部分内的点的数量n可W从一部分到另一部分 不同。该测量的发射光谱可W处于如下形式，其中对应于波长的该些值作为波长，或作为频 率、距离、像素数、内存块数，或某一其他数值被存储并且操控。
[0014] 该测量的发射光谱的部分可W由用户手动地、或自动地找到。如果仅一条单一光 谱线需要进行背景校正，手动地选择该第一和最后一个数据点可W给出对于该光谱线的改 进的结果。在该种情况下，该发射光谱的部分的第一和最后一个数据点由用户进行选择并 且本发明的方法从该发射光谱的选定部分中确定一个背景校正函数。然而通常，优选地该 测量的发射光谱的部分使用W下自动化程序来找到。
[0015] 对该测量的发射光谱进行分析W找到强度上位于一个预定强度水平之上的并且 包括最小测量数据点数目（从而是一个预定的光谱宽度）的所有峰。然后可W对由此找到 的该些峰中的一些或所有进行选择。优选地该些峰基于它们在该测量的波长或对应于波长 的值的谱中所处的位置而进行选择，使得对应于所选择的元素的峰可W被选择。所选择的 每个此种峰包括多个测量数据点，并且该些测量数据点与该峰的两侧的多个相邻的测量数 据点一起被选择为该测量的发射光谱的一部分。该峰的两侧的相邻测量数据点的数目可W 基于一个固定的预定数目、或通过分析该些相邻点的强度进行选择，W便选择包括在该峰 的每一侧处的信号最小值、至少一个最小值的另外的点。仍更优选地对在该峰的两侧的相 邻测量数据点的数目进行选择，W便包括在该峰的每一侧的至少一个信号最小值、W及超 过该信号最小值的一个或多个数据点。因此，将该发射光谱的部分通过一种峰检测方法从 一个更大组的测量光谱数据中鉴别出。
[0016] 已经选定了该测量发射光谱的一部分后，该方法通过考虑在该测量的发射光谱的 部分中的一个第一点开始，并且然后考虑随后的点，直到达到该测量的发射光谱的部分中 的最后一个点。该第一个数据点可能是在该测量的发射光谱的部分中对应于最低的波长或 最低的对应于波长的值的点，在此情况下最后一个数据点是在该测量的发射光谱的部分中 对应于最高的波长或最高的对应于波长的值的点。相反地，本发明的方法可W通过取该第 一个数据点为在该测量的发射光谱的部分中对应于最高的波长或对应于波长的值的点来 进行，在此情况下最后一个数据点是在该测量的发射光谱的部分中对应于最低的波长或对 应于波长的值的点。
[0017] 该些背景校正点如下进行鉴别。第一个背景校正点BCi被鉴别为第一个测量数据 点。下一个背景校正点BC,被确定为在该测量的发射光谱的选定部分中的一个数据点，在 该数据点处出现一个最小梯度，该梯度是在该第一个背景校正点与该测量的发射光谱的选 定部分中的任何其他随后的数据点之间的一条直线的梯度。
[0018] 如果该背景校正点BC,不是该测量的发射光谱的选定部分中的最后一个数据点， 那么确定一个或多个另外的背景校正点。下一个背景校正点BCs被确定为在该测量的发射 光谱的选定部分中的一个数据点，在该数据点处出现一个最小梯度，该梯度是在该第二背 景校正点BC,与该测量的发射光谱的选定部分中的任何其他随后的数据点之间的线的梯 度。随后的数据点是位于该第二个背景校正点与最后一个点之间的数据点；在该最后一个 背景校正点BC,之前的数据点在该个步骤中不被考虑。如果由此找到的背景校正点BCs不 是该选定区域中的最后一个点，那么按如上所述的用于寻找BCs的相同方式确定一个或多 个另外的背景校正点，其中该梯度被取为在该刚刚鉴别的背景校正点与该系列中的每一个 随后的测量数据点之间的直线的梯度。
[001引因此，该获得背景校正点的方法可W如下进行描述，作用于n个点P。，该些点组成 了该测量的发射光谱的选定部分，该些点由在离散的波长或对应于波长A。的值处的强度 值I。组成：
[0020]步骤（a) ;BCi = :Pi [002"步骤（b) ;i = : 1
[0022] 步骤（c);对于每个随后的数据点Pm,其中m = i+1. . n，计算在前一背景校正点B。 与Pm之间的线的梯度Gm，其中
[0023]
【权利要求】
1. 一种用于获得测量的发射光谱的一个背景校正部分的方法，该方法包括w下步骤： 从该测量的发射光谱的部分中鉴别出两个或多个背景校正点； 获得与该些已鉴别的背景校正点拟合的一个背景校正函数，并且 将该背景校正函数应用于该测量的发射光谱的部分上，W便产生该发射光谱的一个背 景校正部分；其中 该测量的发射光谱的部分包括测量的数据点，该些数据点由在离散的波长或对应于波 长入。的值处的一系列n个强度值I。组成，该系列从第一个测量数据点延伸至最后一个测 量数据点，并且 该些背景校正点通过W下步骤从该些测量数据点中被鉴别： (1) 鉴别出作为该第一个测量数据点的第一个背景校正点； (2) 计算在该刚刚鉴别的背景校正点与该系列中的每个随后的测量数据点之间的直线 的阶梯Gm ; (3) 鉴别出作为位于具有所有该些计算的梯度Gm中的最小梯度的直线上的测量数据点 的下一个背景校正点； (4) 如果该刚刚鉴别的背景校正点不位于最后一个测量数据点上，重复从步骤（2)的 程序直到位于其上为止。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，该背景校正函数是的一个与该些背景校正点拟合 的数学函数，并且该数学函数是在位于横跨该测量的发射光谱的部分的每个连续的背景校 正点对之间取的直线函数的组合。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，该背景校正函数是的一个与该些背景校正点拟合 的数学函数，并且该数学函数是一条与H个或更多个背景校正点拟合的曲线。
4. 如权利要求2所述的方法，其中，将该背景校正函数通过从Ik，在点Pk处的强度，减 去一个背景Bk而应用于位于一对背景校正点之间的任何点Pk，其中Bk是通过位于点Pk的 两侧的一对背景校正点之间取的直线函数的线性内插获得的。
5. 如权利要求3所述的方法，其中，将该背景校正函数通过从Ik减去一个背景Bk应用 于位于该拟合曲线的该波长或对应于波长的值的约束内的任何点Pk，Ik是在点Pk处的强度 并且Bk是在该波长或对应于波长A k的值处从该拟合曲线的强度纵坐标获得的。
6. 如W上任何一项权利要求所述的方法，其中，将该背景校正函数应用于该测量的发 射光谱的部分中的所有点上。
7. 如W上任何一项权利要求所述的方法，其中，根据该函数计算多个梯度
其中（Im，Am)是对于随后的测量数据点Pm的强度和对应于波长的值，并且（li，A 1)是 对于该刚刚鉴别的背景校正点的强度和对应于波长的值。
8. 如W上任何一项权利要求所述的方法，其中，如果该些已鉴别的背景校正点仅由在 该测量的发射光谱的部分中的第一个和最后一个数据点组成，使用该测量的光谱数据的部 分的一个子集再次进行步骤（1)至（4)，该子集是从并且包括该第二个数据点至倒数第二 个数据点的所有点，并且在该测量的发射光谱的部分中与该第一个和最后一个数据点一起
由此鉴别的另外的背景校正点用于获得该背景校正函数。
9. 如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，如果该些已鉴别的背景校正点仅由在 该测量的发射光谱的部分中的第一个和最后一个数据点组成，那么该方法进一步包括： (i) 从该峰的顶部至该第一个数据点进行步骤（1)至（4)，W鉴别一个第一组背景校正 占. ；、、、? (ii) 从该峰的顶部至最后一个数据点进行步骤（1)至（4)，W鉴别一个第二组背景校 正点； (iii) 丢弃在该第一组背景校正点中的第一个背景校正点并且丢弃在该第二组背景校 正点中的第一个背景校正点； (iv) 将该两组背景校正点组合W提供一个单一组背景校正点； (V)获得与该单一组中的该些已鉴别的背景校正点拟合的一个背景校正函数，并且 (Vi)将该背景校正函数应用于该测量的发射光谱的部分上，W便产生该发射光谱的一 个背景校正部分。
10. 如W上任何一项权利要求所述的方法，其中，将该测量的光谱数据的部分通过一种 峰检测方法从一个更大组的测量光谱数据中鉴别出。
11. 如W上任何一项权利要求所述的方法，进一步包括在鉴别该测量的数据光谱的一 个或多个部分之前测量光谱数据。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，该测量的光谱数据是使用一种电感禪合等离子 体光学发射光谱仪进行测量的。
13. 如权利要求11所述的方法，其中，该测量的光谱数据是使用一种微波诱导等离子 体光学发射光谱仪进行测量的。
14. 一种计算机可读介质，该计算机可读介质承载一个计算机程序，该程序具有用于进 行权利要求1至13中任一项所述的方法的程序代码的模块。
15. -种用于确定测量的发射光谱的一个背景校正部分的系统，该系统包括： 一台计算机，该计算机具有一个输入端和一个输出端，该输入端用于接收测量的发射 光谱数据的一部分，该输出端用于输出由该计算机从该测量的发射光谱数据的部分获得的 测量的发射光谱的背景校正部分； 其中该计算机用一个程序编程，该程序包括： 一个或多个用于从该测量的发射光谱的部分中鉴别两个或更多个背景校正点的程序 代码的模块； 一个或多个用于获得与该些已鉴别的背景校正点拟合的一个背景校正函数的程序代 码的模块，W及 一个或多个用于将该背景校正函数应用于该测量的发射光谱的部分上W便产生该发 射光谱的一个背景校正部分的程序代码的模块；其中 该测量的发射光谱的部分包括测量的数据点，该些数据点由在离散的波长或对应于波 长A。的值处的一系列n个强度值I。组成，该系列从第一个测量数据点延伸至最后一个测 量数据点，并且 该些背景校正点通过W下步骤从该些测量数据点中被鉴别： (1)鉴别出作为该第一个测量数据点的第一个背景校正点； (2) 计算在该刚刚鉴别的背景校正点与该系列中的每个随后的测量数据点之间的直线 的阶梯Gm ; (3) 鉴别出作为位于具有所有该些计算的梯度Gm中的最小梯度的直线上的测量数据点 的下一个背景校正点； (4) 如果该刚刚鉴别的背景校正点不位于最后一个测量的数据点上，重复从步骤（2) 的程序直到位于其上为止。
16. 如权利要求15所述的系统，进一步包括一种电感禪合等离子体光学发射光谱仪。
17. 如权利要求15所述的系统，进一步包括一种微波诱导等离子体光学发射光谱仪。
【文档编号】G01N21/63GK104422684SQ201410428721
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】S·哈特韦尔, N·C·贝利 申请人:赛默电子制造有限公司