發(fā)射光譜中的背景校正的制作方法
【專利摘要】一種用于獲得測量的光學(xué)發(fā)射光譜的一個背景校正部分的方法，該方法包括從該測量的發(fā)射光譜的部分中鑒別出兩個或多個背景校正點；獲得與這些已鑒別的背景校正點擬合的一個背景校正函數(shù)，并且將該背景校正函數(shù)應(yīng)用于該測量的發(fā)射光譜的部分上以便產(chǎn)生該發(fā)射光譜的一個背景校正部分，其中這些背景校正點通過考慮在這些測量數(shù)據(jù)點之間的梯度而從這些測量數(shù)據(jù)點中被鑒別出。
【專利說明】發(fā)射光譜中的背景校正 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)發(fā)射光譜學(xué)領(lǐng)域，并且具體涉及光譜數(shù)據(jù)處理W提供光譜發(fā)射數(shù) 據(jù)的背景校正部分。它可W被應(yīng)用于，例如，電感禪合等離子體或微波光學(xué)發(fā)射光譜法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 電感禪合等離子體和微波誘導(dǎo)等離子體光學(xué)發(fā)射光譜法（分別地ICP-0ES和 MIP-0E巧是用于確定一個樣品中的元素濃度的分析技術(shù)。將樣品溶液注入到一個等離子體 源中，該等離子體源的溫度使該樣品蒸發(fā)，破壞任何化學(xué)鍵，使原子電離并且導(dǎo)致原子和離 子的電子激發(fā)。一個等離子體光譜由一個連續(xù)背景和在包含在該樣品中的任何元素的特征 波長處的離散光譜線組成。任何給定的光譜線的強度與該樣品中的元素的濃度成比例，并 且然后元素濃度的定量評估是基于在為該元素的特征的波長處的光強度的測量。
[0004] 存在于涉及發(fā)射光譜的該種和其他分析技術(shù)中的問題是一個連續(xù)背景可能使 該些光譜線的形狀扭曲，使得元素濃度的精確評估變得困難。在"分析原子光譜法中的 ICPQCP in Analytical Atomic Spectrometry) "'Montaser & Goli曲tly'VCH, 1987,第 6. 6節(jié)中，W及在"用于去除低頻率背景偏移的中值濾波（Median Filtering化r Removal of Low-Frequency Background Drift)'，，Alvin W. Moore, James W. Jorgenson,分析化學(xué) (Anal^ical化emistry)，1993, 65, 188-191中討論了用于提供某一形式的背景校正的典 型的常規(guī)技術(shù)。最簡單的和一種相對不可靠的技術(shù)是讓用戶猜測一個或兩個背景點的波長 值并且使用該些波長值W將一個背景校正應(yīng)用于確定濃度估算中。該種波長的初始選擇典 型地用于所有隨后的樣品分析。背景校正是通過在背景點之間的線性內(nèi)插在感興趣的任何 具體波長處實現(xiàn)的。然而，該種技術(shù)是費時的并且要求相對熟練的技術(shù)人員來選擇合適的 背景點。
[0005] 類似的問題存在于紅外、氣相色譜、液相色譜和紫外分析儀器中，其中條件上的變 化影響由該儀器進行的測量。
[0006] 針對此背景，做出了本發(fā)明。
[0007] 發(fā)明概沐
[0008] 在一個第一方面中，本發(fā)明提供一種用于獲得測量的發(fā)射光譜的一個背景校正部 分的方法，該方法包括W下步驟：從該測量的發(fā)射光譜的部分中鑒別出兩個或多個背景校 正點，獲得與該些已鑒別的背景校正點擬合的一個背景校正函數(shù)，并且將該背景校正函數(shù) 應(yīng)用于該測量的發(fā)射光譜的部分上W便產(chǎn)生該發(fā)射光譜的一個背景校正部分；其中該測量 的發(fā)射光譜的部分包括測量的數(shù)據(jù)點，該些數(shù)據(jù)點由在離散的波長或?qū)?yīng)于波長A。的值 處的一系列n個強度值I。組成，該系列從第一個測量數(shù)據(jù)點延伸至最后一個測量數(shù)據(jù)點， 并且該些背景校正點通過W下步驟從該些測量的數(shù)據(jù)點中被鑒別：
[0009] (1)鑒別出作為該第一個測量數(shù)據(jù)點的第一個背景校正點；
[0010] (2)計算在該剛剛鑒別的背景校正點與該系列中的每個隨后的測量數(shù)據(jù)點之間的 直線的階梯Gm;
[0011] (3)鑒別出作為位于具有所有該些計算的梯度Gm中的最小梯度的直線上的測量數(shù) 據(jù)點的下一個背景校正點；
[0012] (4)如果該剛剛鑒別的背景校正點不位于最后一個測量的數(shù)據(jù)點上，重復(fù)從步驟 (2)的程序直到位于其上為止。
[0013] 將本發(fā)明的方法應(yīng)用于在該測量的發(fā)射光譜的一部分內(nèi)的數(shù)據(jù)點上并且W下描 述考慮僅僅該些數(shù)據(jù)點。該測量的發(fā)射光譜的每一部分包括測量的數(shù)據(jù)點，該些數(shù)據(jù)點由 一系列n個強度值I。組成，在離散的波長或?qū)?yīng)于波長A。的值處，該系列從第一個測量 數(shù)據(jù)點延伸至最后一個測量數(shù)據(jù)點。在每個部分內(nèi)的點的數(shù)量n可W從一部分到另一部分 不同。該測量的發(fā)射光譜可W處于如下形式，其中對應(yīng)于波長的該些值作為波長，或作為頻 率、距離、像素數(shù)、內(nèi)存塊數(shù)，或某一其他數(shù)值被存儲并且操控。
[0014] 該測量的發(fā)射光譜的部分可W由用戶手動地、或自動地找到。如果僅一條單一光 譜線需要進行背景校正，手動地選擇該第一和最后一個數(shù)據(jù)點可W給出對于該光譜線的改 進的結(jié)果。在該種情況下，該發(fā)射光譜的部分的第一和最后一個數(shù)據(jù)點由用戶進行選擇并 且本發(fā)明的方法從該發(fā)射光譜的選定部分中確定一個背景校正函數(shù)。然而通常，優(yōu)選地該 測量的發(fā)射光譜的部分使用W下自動化程序來找到。
[0015] 對該測量的發(fā)射光譜進行分析W找到強度上位于一個預(yù)定強度水平之上的并且 包括最小測量數(shù)據(jù)點數(shù)目（從而是一個預(yù)定的光譜寬度）的所有峰。然后可W對由此找到 的該些峰中的一些或所有進行選擇。優(yōu)選地該些峰基于它們在該測量的波長或?qū)?yīng)于波長 的值的譜中所處的位置而進行選擇，使得對應(yīng)于所選擇的元素的峰可W被選擇。所選擇的 每個此種峰包括多個測量數(shù)據(jù)點，并且該些測量數(shù)據(jù)點與該峰的兩側(cè)的多個相鄰的測量數(shù) 據(jù)點一起被選擇為該測量的發(fā)射光譜的一部分。該峰的兩側(cè)的相鄰測量數(shù)據(jù)點的數(shù)目可W 基于一個固定的預(yù)定數(shù)目、或通過分析該些相鄰點的強度進行選擇，W便選擇包括在該峰 的每一側(cè)處的信號最小值、至少一個最小值的另外的點。仍更優(yōu)選地對在該峰的兩側(cè)的相 鄰測量數(shù)據(jù)點的數(shù)目進行選擇，W便包括在該峰的每一側(cè)的至少一個信號最小值、W及超 過該信號最小值的一個或多個數(shù)據(jù)點。因此，將該發(fā)射光譜的部分通過一種峰檢測方法從 一個更大組的測量光譜數(shù)據(jù)中鑒別出。
[0016] 已經(jīng)選定了該測量發(fā)射光譜的一部分后，該方法通過考慮在該測量的發(fā)射光譜的 部分中的一個第一點開始，并且然后考慮隨后的點，直到達到該測量的發(fā)射光譜的部分中 的最后一個點。該第一個數(shù)據(jù)點可能是在該測量的發(fā)射光譜的部分中對應(yīng)于最低的波長或 最低的對應(yīng)于波長的值的點，在此情況下最后一個數(shù)據(jù)點是在該測量的發(fā)射光譜的部分中 對應(yīng)于最高的波長或最高的對應(yīng)于波長的值的點。相反地，本發(fā)明的方法可W通過取該第 一個數(shù)據(jù)點為在該測量的發(fā)射光譜的部分中對應(yīng)于最高的波長或?qū)?yīng)于波長的值的點來 進行，在此情況下最后一個數(shù)據(jù)點是在該測量的發(fā)射光譜的部分中對應(yīng)于最低的波長或?qū)?應(yīng)于波長的值的點。
[0017] 該些背景校正點如下進行鑒別。第一個背景校正點BCi被鑒別為第一個測量數(shù)據(jù) 點。下一個背景校正點BC,被確定為在該測量的發(fā)射光譜的選定部分中的一個數(shù)據(jù)點，在 該數(shù)據(jù)點處出現(xiàn)一個最小梯度，該梯度是在該第一個背景校正點與該測量的發(fā)射光譜的選 定部分中的任何其他隨后的數(shù)據(jù)點之間的一條直線的梯度。
[0018] 如果該背景校正點BC,不是該測量的發(fā)射光譜的選定部分中的最后一個數(shù)據(jù)點， 那么確定一個或多個另外的背景校正點。下一個背景校正點BCs被確定為在該測量的發(fā)射 光譜的選定部分中的一個數(shù)據(jù)點，在該數(shù)據(jù)點處出現(xiàn)一個最小梯度，該梯度是在該第二背 景校正點BC,與該測量的發(fā)射光譜的選定部分中的任何其他隨后的數(shù)據(jù)點之間的線的梯 度。隨后的數(shù)據(jù)點是位于該第二個背景校正點與最后一個點之間的數(shù)據(jù)點；在該最后一個 背景校正點BC,之前的數(shù)據(jù)點在該個步驟中不被考慮。如果由此找到的背景校正點BCs不 是該選定區(qū)域中的最后一個點，那么按如上所述的用于尋找BCs的相同方式確定一個或多 個另外的背景校正點，其中該梯度被取為在該剛剛鑒別的背景校正點與該系列中的每一個 隨后的測量數(shù)據(jù)點之間的直線的梯度。
[001引因此，該獲得背景校正點的方法可W如下進行描述，作用于n個點P。，該些點組成 了該測量的發(fā)射光譜的選定部分，該些點由在離散的波長或?qū)?yīng)于波長A。的值處的強度 值I。組成：
[0020]步驟（a) ;BCi = :Pi [002"步驟（b) ;i = : 1
[0022] 步驟（c);對于每個隨后的數(shù)據(jù)點Pm,其中m = i+1. . n，計算在前一背景校正點B。 與Pm之間的線的梯度Gm，其中
[0023]
【權(quán)利要求】
1. 一種用于獲得測量的發(fā)射光譜的一個背景校正部分的方法，該方法包括w下步驟： 從該測量的發(fā)射光譜的部分中鑒別出兩個或多個背景校正點； 獲得與該些已鑒別的背景校正點擬合的一個背景校正函數(shù)，并且 將該背景校正函數(shù)應(yīng)用于該測量的發(fā)射光譜的部分上，W便產(chǎn)生該發(fā)射光譜的一個背 景校正部分；其中 該測量的發(fā)射光譜的部分包括測量的數(shù)據(jù)點，該些數(shù)據(jù)點由在離散的波長或?qū)?yīng)于波 長入。的值處的一系列n個強度值I。組成，該系列從第一個測量數(shù)據(jù)點延伸至最后一個測 量數(shù)據(jù)點，并且 該些背景校正點通過W下步驟從該些測量數(shù)據(jù)點中被鑒別： (1) 鑒別出作為該第一個測量數(shù)據(jù)點的第一個背景校正點； (2) 計算在該剛剛鑒別的背景校正點與該系列中的每個隨后的測量數(shù)據(jù)點之間的直線 的階梯Gm ; (3) 鑒別出作為位于具有所有該些計算的梯度Gm中的最小梯度的直線上的測量數(shù)據(jù)點 的下一個背景校正點； (4) 如果該剛剛鑒別的背景校正點不位于最后一個測量數(shù)據(jù)點上，重復(fù)從步驟（2)的 程序直到位于其上為止。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該背景校正函數(shù)是的一個與該些背景校正點擬合 的數(shù)學(xué)函數(shù)，并且該數(shù)學(xué)函數(shù)是在位于橫跨該測量的發(fā)射光譜的部分的每個連續(xù)的背景校 正點對之間取的直線函數(shù)的組合。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該背景校正函數(shù)是的一個與該些背景校正點擬合 的數(shù)學(xué)函數(shù)，并且該數(shù)學(xué)函數(shù)是一條與H個或更多個背景校正點擬合的曲線。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，將該背景校正函數(shù)通過從Ik，在點Pk處的強度，減 去一個背景Bk而應(yīng)用于位于一對背景校正點之間的任何點Pk，其中Bk是通過位于點Pk的 兩側(cè)的一對背景校正點之間取的直線函數(shù)的線性內(nèi)插獲得的。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，將該背景校正函數(shù)通過從Ik減去一個背景Bk應(yīng)用 于位于該擬合曲線的該波長或?qū)?yīng)于波長的值的約束內(nèi)的任何點Pk，Ik是在點Pk處的強度 并且Bk是在該波長或?qū)?yīng)于波長A k的值處從該擬合曲線的強度縱坐標(biāo)獲得的。
6. 如W上任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，將該背景校正函數(shù)應(yīng)用于該測量的發(fā) 射光譜的部分中的所有點上。
7. 如W上任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，根據(jù)該函數(shù)計算多個梯度
其中（Im，Am)是對于隨后的測量數(shù)據(jù)點Pm的強度和對應(yīng)于波長的值，并且（li，A 1)是 對于該剛剛鑒別的背景校正點的強度和對應(yīng)于波長的值。
8. 如W上任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，如果該些已鑒別的背景校正點僅由在 該測量的發(fā)射光譜的部分中的第一個和最后一個數(shù)據(jù)點組成，使用該測量的光譜數(shù)據(jù)的部 分的一個子集再次進行步驟（1)至（4)，該子集是從并且包括該第二個數(shù)據(jù)點至倒數(shù)第二 個數(shù)據(jù)點的所有點，并且在該測量的發(fā)射光譜的部分中與該第一個和最后一個數(shù)據(jù)點一起
由此鑒別的另外的背景校正點用于獲得該背景校正函數(shù)。
9. 如權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其中，如果該些已鑒別的背景校正點僅由在 該測量的發(fā)射光譜的部分中的第一個和最后一個數(shù)據(jù)點組成，那么該方法進一步包括： (i) 從該峰的頂部至該第一個數(shù)據(jù)點進行步驟（1)至（4)，W鑒別一個第一組背景校正 占. ；、、、? (ii) 從該峰的頂部至最后一個數(shù)據(jù)點進行步驟（1)至（4)，W鑒別一個第二組背景校 正點； (iii) 丟棄在該第一組背景校正點中的第一個背景校正點并且丟棄在該第二組背景校 正點中的第一個背景校正點； (iv) 將該兩組背景校正點組合W提供一個單一組背景校正點； (V)獲得與該單一組中的該些已鑒別的背景校正點擬合的一個背景校正函數(shù)，并且 (Vi)將該背景校正函數(shù)應(yīng)用于該測量的發(fā)射光譜的部分上，W便產(chǎn)生該發(fā)射光譜的一 個背景校正部分。
10. 如W上任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，將該測量的光譜數(shù)據(jù)的部分通過一種 峰檢測方法從一個更大組的測量光譜數(shù)據(jù)中鑒別出。
11. 如W上任何一項權(quán)利要求所述的方法，進一步包括在鑒別該測量的數(shù)據(jù)光譜的一 個或多個部分之前測量光譜數(shù)據(jù)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，該測量的光譜數(shù)據(jù)是使用一種電感禪合等離子 體光學(xué)發(fā)射光譜儀進行測量的。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，該測量的光譜數(shù)據(jù)是使用一種微波誘導(dǎo)等離子 體光學(xué)發(fā)射光譜儀進行測量的。
14. 一種計算機可讀介質(zhì)，該計算機可讀介質(zhì)承載一個計算機程序，該程序具有用于進 行權(quán)利要求1至13中任一項所述的方法的程序代碼的模塊。
15. -種用于確定測量的發(fā)射光譜的一個背景校正部分的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括： 一臺計算機，該計算機具有一個輸入端和一個輸出端，該輸入端用于接收測量的發(fā)射 光譜數(shù)據(jù)的一部分，該輸出端用于輸出由該計算機從該測量的發(fā)射光譜數(shù)據(jù)的部分獲得的 測量的發(fā)射光譜的背景校正部分； 其中該計算機用一個程序編程，該程序包括： 一個或多個用于從該測量的發(fā)射光譜的部分中鑒別兩個或更多個背景校正點的程序 代碼的模塊； 一個或多個用于獲得與該些已鑒別的背景校正點擬合的一個背景校正函數(shù)的程序代 碼的模塊，W及 一個或多個用于將該背景校正函數(shù)應(yīng)用于該測量的發(fā)射光譜的部分上W便產(chǎn)生該發(fā) 射光譜的一個背景校正部分的程序代碼的模塊；其中 該測量的發(fā)射光譜的部分包括測量的數(shù)據(jù)點，該些數(shù)據(jù)點由在離散的波長或?qū)?yīng)于波 長A。的值處的一系列n個強度值I。組成，該系列從第一個測量數(shù)據(jù)點延伸至最后一個測 量數(shù)據(jù)點，并且 該些背景校正點通過W下步驟從該些測量數(shù)據(jù)點中被鑒別： (1)鑒別出作為該第一個測量數(shù)據(jù)點的第一個背景校正點； (2) 計算在該剛剛鑒別的背景校正點與該系列中的每個隨后的測量數(shù)據(jù)點之間的直線 的階梯Gm ; (3) 鑒別出作為位于具有所有該些計算的梯度Gm中的最小梯度的直線上的測量數(shù)據(jù)點 的下一個背景校正點； (4) 如果該剛剛鑒別的背景校正點不位于最后一個測量的數(shù)據(jù)點上，重復(fù)從步驟（2) 的程序直到位于其上為止。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，進一步包括一種電感禪合等離子體光學(xué)發(fā)射光譜儀。
17. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，進一步包括一種微波誘導(dǎo)等離子體光學(xué)發(fā)射光譜儀。
【文檔編號】G01N21/63GK104422684SQ201410428721
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】S·哈特韋爾, N·C·貝利 申請人:賽默電子制造有限公司