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GCMSsolution工作站数据平滑的几种方法介绍

  • 安平
    2021/10/09
    红小豆
  • 私聊

气质联用(GCMS)

  • GCMSsolution工作站数据平滑的几种方法介绍

    概述



    GCMSsolution色谱质谱数据工作站实现数据平滑的集中方法与基本原理解释

    数据平滑的意义



    色谱仪或者色谱-质谱联用仪采集到的数据文件,进行平滑之后,可以提高色谱峰的信噪比并降低检出限,是常见的色谱信号的处理手段。需要至于,不良的平滑参数,反而可能会导致检出限上升,或者造成分离度问题,参见https://bbs.instrument.com.cn/topic/7642927

    数据平滑的常见方法



    下面以ShimdzuGCMSsolution色谱-质谱数据工作站为例予以说明,从基本原理上来讲,GCMSsolution工作站本质上可以使用三种数据平滑的方法,标准法,双边法和最小二乘法,如图1所示:



    1 GCMSsolution的数据平滑参数





    各种平滑方法的基本原理:

    1、移动平均法包括标准法和双边法

    移动平均法的原理,确定一定的间隔(窗口),将窗口内的数据点取平均值之后替代原始数据点,然后移动到下一个点。不断重复此过程,直至完成全谱图的处理。

    实例:例如设定平滑的数据点间隔为7,那么图中的第1数据点至第7数据点进行平均,替换第4数据点。然后窗口向后移动,从第2点至第8点重复此计算过程,以此类推直至数据结束。如图2所示:



    2 移动平均法图示



    窗口选择越大,滤波效率越好,但是会造成较大的色谱峰畸变一般情况下会造成色谱峰宽增加,相邻的色谱峰分离度下降,极端情况下可能会使得相邻几个色谱峰混乱成单个色谱峰。窗口一般选择小于峰宽的1/10此即为标准法的基本原理

    双边法为带有权重因子的的移动平均平滑法,如图2,距离第4点越远的数据点,对平滑的贡献越小因为数据点的强度降低在平滑计算中赋予较低的权重。

    同时考虑数据点强度的权重的方法,称双边法平滑。

    Shimadzu 的色谱数据工作站LCsolutionLabsolutions内置有Smooth功能,是使用了移动平均法类似于GCMSsolution的标准法。滤波效果如图3所示:





    3 色谱信号平滑前后的比较



    2最小二乘法 Savitzky-Golay 方法)

    Savitzky-Golay法,本质上是采用构造多项式方程来拟合色谱信号的方法平滑色谱-质谱信号

    首先假设一组数据点服从某个特定的多项式,根据最小二乘的原理,确定出多项式中各项系数。然后用多项式的值代替实验值,实现平滑。

    常用的办法是五点二次平滑和七点三次拟合。

    算法如下:

    七点三次平滑:




    五点二次平滑:




    总体上最小二乘法滤波的效果要好于移动平均法标准法和双边法)。







    小结



    注意:平滑本质上会丢失原始色谱信号的细节,需要谨慎选择平滑强度。

    在一定的范围内增加平滑强度,会改善色谱峰信噪比(这是极为常见的数据处理方法),但如果平滑强度太大,会使得色谱信号高频部分丢失严重。表现为色谱峰峰宽增加,相邻色谱峰的分离度降低,峰高降低,反而会降低信号的信噪比。
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  • symmacros

    第1楼2021/10/10

    应助达人

    好像去年看过安平老师类似的文章?

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  • qqqid

    第2楼2021/10/13

    原理部分讲的平滑是把信号从时域变换到频域,去掉高频成分,再从频域反变换回时域,要做傅立叶变换之类的处理。
    实际处理部分没有用上述原理,用的是移动平均法和最小二乘法。
    这个文章结构可能有点问题。

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  • 安平

    第3楼2021/10/13

    应助达人

    正文已修改,不好意思,记错了。


    移动变带平均、多项式拟合、快速傅里叶变化、小波分析法都是数字滤波的手段。

    总体的效果类似于电路行业的低通滤波,最终实现的目的也是滤除掉高频次的信号部分。

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  • symmacros

    第4楼2021/10/13

    应助达人

    请问和smooth色谱图有时候不同?

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  • Ins_1fee9bc3

    第5楼2022/01/09

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  • Ins_1fee9bc3

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