[發明專利]一種分峰擬合解耦化學反應過程或物質化學結構的方法

在審

• 申請號: 202010445496.9
• 申請日: 2020-05-24
• 公開（公告）號: CN111707574A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 石磊;張瑞榮;劉振宇;劉清雅
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04;G01N24/08;G01N21/65;G01N23/2273
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本發明公開了一種分峰解耦化學反應過程或物質化學結構的方法。本發明依據化學反應自身規律特點或物質化學結構特性選擇分峰函數并設定分峰擬合限定條件，依據分峰結果的擬合度R²和各子峰之間的重疊度共同判斷子峰個數。本發明所述方法適用于對重疊在一起的復雜化學反應過程或復雜物質結構進行解析。本發明具有簡單易行的特點，可用于分析包括熱重、質譜、核磁共振、順磁共振、紅外光譜、拉曼光譜、X射線光電子能譜、X射線衍射、氣相色譜、液相色譜等在內的多種曲線或圖譜解析。

技術領域

本發明構建了一種解耦化學反應過程或解析物質化學結構的分峰擬合方法。

背景技術

分析產物的組成是研究基元反應的常規方法，依據產物的生成量或反應物的消耗量可以建立該反應過程中的動力學，但這樣的研究方式對于復雜反應而言并不適用，在復雜反應過程中，從原料到反應過程再到產物通常是多個基元反應平行、部分重疊或遞次發生的過程，單純從最終產物角度分析該過程無疑難以獲得準確信息，因此采用在線研究的方式是分析復雜反應過程的有效方法，例如，對于化合物熱反應而言，采用熱重-質譜聯用(TG-MS)的方式，可以實時在線記錄原料的熱分解過程，同時還可以獲得揮發性產物的生成過程。盡管如此，失重曲線或氣態產物的生成曲線仍就只是反應進度的一個表觀綜合結果，對該過程的解析經常需要用到分峰解耦的方式，以便解析其中包含的各反應過程。

同樣，采用儀器分析的方式如核磁(NMR)、紅外(FTIR)，X射線光電子能譜(XPS) 等對復雜物質進行解析時得到的譜圖也是一個包含該物質多種結構信息的綜合結果，為了解析物質的結構信息，同樣需要對該譜圖進行分峰解耦。

然而，對于這些曲線或譜圖進行分峰解耦時，由于方法不同，得到的結果也不相同，導致誤差較大，甚至出現解耦結果相反的情況，因此需要基于化學反應本身或物質結構自身特性建立一個分峰解耦的原則性方法。理論上，分峰擬合時，子峰個數越多，擬合度參數R²會越高，但子峰越多，峰與峰之間的重疊程度也會變大，這無法有效解耦不同類型的反應或不同種類的物質結構，而子峰個數較少時，又無法獲得分峰解耦的理想結果，因此，合理的分峰擬合目標是，在保證擬合度R²的前提下，盡可能使得相鄰兩個子峰之間的重疊程度最小。

發明內容

本方法對化學反應曲線或化學結構譜圖的分峰擬合從三個方面進行限定，包括：子峰的函數選擇，子峰個數、半峰寬和子峰之間限制性條件的設定，以及擬合結果可信度的判斷原則。

本發明的技術方案是：

(1)分峰函數的選擇原則是依據化學反應本身特征或物質化學結構特性進行設定，如，采用熱重研究無機物熱分解過程時，無機物的熱分解速率曲線(DTG曲線)的函數擬合應選擇非正態分布函數，而有機物的熱分解速率曲線應選擇正態分布函數；當依據質子之間相互作用影響而得到的物質化學結構譜圖時，應采用高斯函數作為子峰擬合函數，而依據電子之間的相互作用影響得到的物質化學結構譜圖時，應采用洛倫茲函數作為子峰擬合函數。

(2)子峰的個數應以該反應過程中包含的反應類型數量來確定，或待測物質中不同類型組分結構的數量來確定；子峰的半峰寬度限定條件如下：

其中，半峰寬度指子峰擬合函數峰高度一半處的峰寬度值，

峰底寬度指子峰擬合函數值為零的兩點之間的寬度，可以通過子峰擬合函數的二階導數左右兩端為零的點確定其橫坐標。具體見說明書附圖圖1所示。相鄰兩個子峰的峰值點之間的距離值不應小于這兩個子峰函數標準偏差值σ的平均值，其中，子峰擬合函數的標準偏差σ為該函數兩個拐點之間距離的一半。

(3)當無法確定反應類型或物質結構種類時，即無法確定子峰個數時，應比較擬合結果與重疊度參數，獲得最優(最可幾)結果。重疊度參數定義如下：