CH7P167–194谱图A4.doc

PAGE  PAGE 200 第七章 分析测试中的信息技术 随着仪器分析数字化、智能化，硬件软件化，计算机数据处理成为分析测试信息技术的核心。如：人机交互即时帮助、自动诊断校正仪器参数、多元回归和校正算法、快速富氏变换、频谱分析、图像分析、数据库、谱图检索系统、专家系统、人工智能软件等层出不穷，计算机分析软件包在分析测试系统中的作用越来越重要。 7-1 分析测试信息通用处理 7-1-1 分析仪器中的信息变换 1．分析仪器信息变换模式 尽管分析仪器和方法种类繁多，应用和特点各不相同，但都有相似的信息处理过程。 如图7.1.1所示，激励或探测信号（波/粒、热、声、电、磁或化学等）作用于样品，由分析器和检测器将样品的响应信息转变为电信号，构成分析仪器的主体。 图7-1-1 仪器分析测试过程 只要激发和探测信号作用于样品的应答信息,对物质的质和量,具有特征性、计量对应性和可操作检测性，就可用来组合成为某种分析测试方法。 根据分析测试的基本过程，将分析仪器中信息变换归纳为几种模式，如图7-1-2。 （a）复合探测信号单一化后作用于试样，用单检测器检测应答信息。如X光波谱仪。 （b）采用应答信息单一化方式，例如在红外吸收光谱中，用不分光的红外光束照射样品后，再将得到的复合应答信息单一化为单色光P（n）（波长λ）由同一个检测器顺序检测，记录P（n）与相应信号强度I(n)（透过率％）的关系即为红外吸收光谱图。 (a)和(b)是扫描式，可以是波长扫描、能量扫描、质量扫描、位置扫描等工作模式。 （C）采用多检测器（多道检测）其它同(b)。例如X光能谱仪，多道检测就无需（b）那样通过位置扫描使不同波长的单色光依次由位置固定的单一检测器检测。 （d）把复合响应信息一次全部输入单一检测器，将输出一个复杂的、通常无法辨认的电信号。例如富里叶变换核磁的自由感应衰减信号（FID），通过计算机用快速富里叶变换的方法处理才会得到一张常规的核磁共振波谱图。如果没有计算机，尤其是相应软件，富里叶变换核磁、红外、质谱等现代分析技术是无法实现的。 图7-1-2 分析仪器中信息变换模式 2．分析信息的流通和转换 计算机测控分析仪器和处理分析信息原始数据的一般形式和方法如图7-1-3所示。 首先要采样，即将模拟信号x(t)按一定的时间间隔抽样成时间上离散而幅值上连续的离散模拟信号x*（nT），采样过程由采样器完成； 图7-1-3（b）中的T为采样周期，τ为采样时间。采样后的离散模拟量由A/D转换器通过量化过程转换为数字信号x（nT），所谓量化是采用一组二进制数码来逼近离散模拟信号的幅值，将它转换成数字信号，如图（C）所示； 数字信号在时间和幅值（已经量化）上都是离散的，它代表某一物理量的数值大小，所以数字信号的字长（二进制代码的位数）将影响量化时的误差和计算精度。 分析信息经采样量化后再输入计算机，由计算机处理后仍输出数字信号。在需要把数字信号转换为模拟信号时，首先要用D／A转换器把数字信号y（nT）转换为离散模拟信号y*（nT）。 为了解决各离散点间的插值问题，要用保持器通过外推法把各离散点连接起来转换为模拟信号y(t)，其中最常见的是以折线形式输出，整个信息输出过程恰好是信息输入的反过程。 x(t)→x*（nT）→τ(nT) 为信息输入，采样A/D数字化；τ(nT) →y（nT）为计算机信息处理；y(nT)→y*（nT）→y（t）为D/A输出模???信号。 图7-1-3 分析信息的传输和转换 计算机处理后，由图（a）和（f）所示，原始的输入信号X（t）和最终的输出信号y(t)由一条光滑曲线变为一条折线，虽然在采样点足够多或时间坐标被压缩时从外观上用肉眼往往看不到区别，但实际上后者只是前者的一种近似情况。 3．分析信息数据的类型 按研究对象的性质，试验观测数据分为静态与动态数据、 离散与连续数据。 静态数据：重复试验中，观测对象总体不随时间变化所测得的数据，如对某金属中某稳定组分的含量测定。反之为动态数据。 分析测试信息表达的类型有： ①实验读数记录，即分立的观察数据； ②记录连续波形和二维或多维数据链表。如仪器的测试曲线，反映电流（电压）信号强度，随时域或空域变化的二维波型数据链表； ③直接拍摄照片或转换为图像数据。 模/数转换记录的离散数据常需选取合适的坐标和比例，描绘成各种表格和连续图形以分析趋势和规律； 连续波形或图像则须仪器和计算机取样离散化、数字化。 两种信息变换方向相反。两者关系在图形与图像关系中将进一步说明。 传统的信息分析方法是采用列表、图示，运用相关与回归、插值与拟合数据处理； 现代分析获得信息的主要形式是：由某种物理量P，如波谱分析的波长、能量，衍射分析的位置、色谱分析的保留时间，质谱分析时的质荷比等，与信