[發明專利]一種自動化氣相色譜控制系統

在審

• 申請號: 201410567617.1
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104297504A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 胡文俊;黃宇青;應建華;戎俊琪
• 申請（專利權）人: 上海申騰信息技術有限公司
• 主分類號: G01N35/00
• 分類號: G01N35/00;G01N30/88;G06F17/30;H04L29/08
• 代理公司: 上海三方專利事務所 31127
• 代理人: 李美立;單大義

[技術領域]

本發明涉及檢測分析儀器技術領域，具體來說是一種自動化氣相色譜控制系統。

[背景技術]

氣相色譜儀在石油、化工、生物化學、醫藥衛生、食品工業、環保等方面應用很廣，不僅能用于定量和定性分析外，還能測定樣品在固定相上的分配系數、活度系數、分子量和比表面積等物理化學常數。

為了在生命科學、材料科學和環境科學等領域取得突破和發展，以及新興技術的不斷出現，氣相色譜儀趨向于全自動化，全自動化氣相色譜儀是一種高科技產品，它的發展受益于綜合各種前沿技術的最新成果，同時，也面臨各種前沿技術不斷創新和發展的挑戰。全自動化氣相色譜儀需在氣體流量、壓力控制、多種檢測器、自動進樣器、色譜控制數據處理工作站以及網絡系統實現自動化、智能化等方面需要不斷創新，由于產品功能的發展越來越依賴于信息技術，其整體水平與競爭力不僅表現在儀器本身的性能，包括靈敏度、可靠性、穩定性等，而且更加注重儀器的計算機化、智能化、網絡化。同時，與儀器硬件相配套的軟件系統正成為科學儀器的核心所在。

目前，在全自動氣相色譜儀方面國外有許多先進的產品，而在國內尚無同類產品。國內氣相色譜儀產品也不少，但普遍落后于國外產品，因此，在高端產品方面主要依賴于進口，每年用于購買國外高端產品的花費巨大。尤其是在自動化、智能化、配套軟件等方面較落后，主要表現在：

1)色譜控制、管理、處理、分析等的一體化程度低，使用不便；

2)網絡化、集成化程度低，大多為單機操作系統，對遠程操控、網絡共享等方面支持不夠；

3)發展速度跟不上專業領域的應用需求，配套軟件的組態化、構件化程度底，兼容性不高，一旦需要增加新的功能，往往造成軟件開發的推倒重來。

[發明內容]

本發明的目的是根據以上所述的氣相色譜儀自動化、智能化、配套軟件等方面較落后、跟不上專業領域的應用需求等不足，發明一種采用嵌入式技術、軟件構件技術、網絡化技術等，涉及氣相色譜儀中的從嵌入式控制、作業管理、數據采集、色譜處理與分析、色質聯用、到網絡化共享等一體化的自動化氣相色譜控制系統。

為了實現上述目的，設計一種自動化氣相色譜控制系統，包括自動化氣相色譜儀中心控制器、網絡化及數據通信接口、自動化色譜數據處理控制工作站和色譜分析數據庫，自動化色譜數據處理控制工作站包括色譜圖處理與分析模塊，所述的色譜圖處理與分析模塊具體方法如下：

a.數據預處理：任何一個色譜系統都存在系統噪聲，從色譜儀檢測器輸出的模擬信號是毫伏級的微小信號，需要經過放大器放大到-5～+5v之間，再由采集設備采集并轉化為數字信號輸入到計算機中，這個過程就常伴隨有較大的隨機干擾，必須經過數據預處理，噪聲濾除，噪聲濾除通過數字濾波實現，預處理的數字濾波方法包括：移動平均法、最小二乘曲線擬合法、阻尼最小二乘估計濾波法；

b.色譜峰識別：包括峰檢測、峰上各特征點的檢測、峰結構的識別、相鄰峰重疊的判別、譜圖基線校正，通過譜圖識別，就可以獲取譜圖中峰的位置及凈強度，為后續的定性、定量計算提供依據；

c.基線校正：色譜圖的基線是在沒有分析樣品的情況下系統的本底信號,計算色譜峰大小時需扣除儀器系統的本底背景，即需要扣除基線以下的面積以獲得色譜峰的凈面積，因為待測物質的含量只與色譜峰的凈強度有對應關系,色譜圖中的基線往往會發生漂移、扭曲現象，屬于色譜圖中寬度大于峰寬水平的低頻類噪聲，當接連發生色譜峰重疊時，譜圖中還會出現基線消失的情況，譜圖基線校正方法主要有：線性模型法、高階模型法、動態模型法；

d.色譜峰校正：理想狀態下的色譜峰應該是高斯形曲線，然而對于某些混合物，無論怎樣改變儀器的操作條件，很難使其中的某些組分在譜圖上充分分離，這就形成了譜圖中常見的譜峰重疊現象，為了準確測定面積，就需要進行色譜峰的校正，即對重疊峰進行分割，在進行重疊峰分割時，系統主要考慮常見的兩種情況：連峰型重疊峰和肩峰型重疊峰，對于分離度極為不好的峰的識別，或者遇到特殊混合樣的情況，需要手動進行處理,由用戶設置峰高門限、最小峰面積、以及分組時N值的大小參數，從而使系統重新分析該周期的數據，滿足樣品分析和色譜峰校正；

e.峰高、峰面積計算：峰高和峰面積都可實現對色譜信號的定量分析，峰高即色譜峰的最高點至基線的垂直距離，峰面積是色譜圖上的基本定量數據，峰面積測量的準確度直接影響定量結果，采樣得到的色譜數據必須首先通過峰識別函數識別出色譜峰的各個特征點，然后定出譜圖的基線，最后由積分函數對每個色譜峰進行積分得到峰面積；