一種離子遷移譜譜圖重構及特征峰提取算法

張根偉， 彭思龍， 郭騰霄， 楊 杰， 楊俊超， 張 旭， 曹樹亞*， 黃啟斌*

1. 國民核生化災害防護國家重點實驗室， 北京 102205 2. 中國科學院自動化研究所， 北京 100190 3. 中國科學院大學， 北京 100190

引 言

離子遷移譜(ion mobility spectrometry, IMS)技術是基于氣相中不同的離子在電場中遷移速率的差異來對化學離子物質(zhì)進行分離表征的一項分析技術， 是目前最為廣泛使用的痕量化學物質(zhì)檢測技術之一。 離子遷移譜檢測儀具有常壓下檢測、 分析靈敏度高、 響應時間短、 成本低等突出優(yōu)點， 廣泛應用于化學戰(zhàn)劑、 爆炸物、 毒品和代謝組學等檢測領域[1-3]。

離子遷移譜儀采集到的原始信號為微弱電流信號， 微弱信號容易淹沒在噪聲中而無法檢測， 嚴重影響化學物質(zhì)種類識別的準確性。 因此， 在進行化學物質(zhì)種類定性分析之前需對譜圖進行重構。 國內(nèi)學者采用多項式數(shù)據(jù)平滑、 傅里葉變換和小波分析等方法用于離子遷移譜譜圖去噪重構[4-5]。 離子遷移譜特征峰表征了待分析樣品的化學組成和含量信息， 進行特征峰提取是信號處理中很基礎也至關重要的一個環(huán)節(jié)。 導數(shù)法是當前應用最普遍的一種特征峰提取方法， 按照原理不同可分為一階、 二階導數(shù)法及其結合方法等[6-7]。 導數(shù)法的步驟簡單易實現(xiàn)， 對于信噪比好的數(shù)據(jù)能獲得很好的尋峰效果， 但其在應對噪聲和背景的干擾、 重疊峰以及峰形畸變等情形時有明顯缺陷。

現(xiàn)有的離子遷移譜譜圖特征峰提取是在譜圖去噪重構后進行， 需采用不同的算法實現(xiàn)。……