色谱数据处理参数讨论2

平滑技术

我们总是希望得到高质量的色谱信号——良好的色谱分离，良好的信噪比。即信号更高，噪声更低。

然而在分析条件一定的情况下，并不总是能够得到，那么工作站的平滑技术（主要是抑制噪声），就显现出其必要性了。

常见的平滑技术是基于经典数字滤波理论的。根据根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。或者说，色谱信号可以看作是由不同频率的多个信号叠加而成。

噪声信号大多分布在高频率段，有用的色谱峰信号，大部分分布在较低频率段。那么就可以采取一定的数学算法，将高频段的噪声信号加以滤出或者抑制。从而得到较好的信噪比。

下面给出一个简单的图示。图中黑色实线表示的谱图是由红色、绿色、蓝色三条虚线所示谱图叠加而成。

红色的信号，可以视为噪声信号。

图 2.1 原始信号时域图

图2.2 原始信号频域图

假设我们采用滤波的办法，抑制红色的高频信号，那么就可以得到如下图所示的平滑谱图。

图2.3 平滑之后的信号

当然，实际的情况要远比图示中的例子复杂，噪声和信号的频率范围也是比较宽的。但是基本原理是这样的。

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2012/10/22 23:16:34 沙发管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

不同的工作站有不同的平滑方式，通常采用方法如下所述。

a 响应时间（Response）

Shimadzu色谱仪器的检测器参数中有响应时间参数，采用不同的响应时间，对基线的影响如下图：

图2.4 响应时间对基线的影响

可以看出，采用较大响应时间，噪声信号得到明显的抑制。

响应时间对色谱峰信号也有一定的影响，如图2.5

图2.5 响应时间对色谱峰的影响

可以看到，类似使用较低的采样频率，色谱峰也发生了峰高降低、峰宽增大。

但是不同于采用较低采样频率，色谱数据的大小没有发生变化（色谱峰数据点的个数没有发生变化。仔细比较一下，改变响应时间的色谱图比改变采样频率的色谱图要“光滑”）。色谱峰面积也不受影响。

响应时间是一种简单的平滑，类似于一个低通滤波器（响应时间的单位是秒，即数字低通滤波器的时间常数）。噪声信号中含有较多的高频成分被滤除掉，使基线变得平滑。同时，使色谱峰也变得不太尖锐。

虽然，峰高和噪声都回产生一定的衰减，但是相对而言，噪声衰减的更多，信噪比就会得到提升。

响应时间的意义：色谱数据点被分成间隔一定的区间（响应时间越大，此区间越大），工作站自动将区间内的数据平均处理。

根据定积分的几何意义，我们也可以理解响应时间不同时，峰面积变化不大的原因，如图2.6：

图2.6 积分原理图示

采用不同的响应时间，就是改变了Δx的大小。在响应时间远小于色谱峰宽的情况下，Δx的一定变化对峰面积的影响不太大。

2 移动平均法平滑

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，然后移动到下一个点。然后重复此过程，直至完成全谱图的处理。

实例：

例如设定间隔为7，那么图中的第1至第7点进行平均，替换第4点。然后窗口向后移动，从第2点至第8点，重复此计算过程，直至数据结束。

图2.7 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。窗口一般选择小于峰宽的1/10。

有些工作站也提供加权的移动平均平滑法，如图，距离第4点越远的数据点，对平滑的贡献越小，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，也称双边法平滑。

我们看一下LCsolution的Smooth 功能，就是使用了移动平均法。

滤波效果如图2.8所示：