常用的(核数据)谱数据分析处理之寻峰方法

2017-04-19 00:10 阅读 1,045 次 评论 0 条

寻峰方法分析比较总结

在谱数据中精确地计算出各个峰的峰位是能谱分析中的最关键的问题。在谱的定性分析中,只有正确地找到谱中全部峰的位置,才能根据主峰和各验证峰的能量来决定在被测样品中是否存在某种核素。在谱的定量分析中,尤其是用最小二乘法函数拟合进行重峰分析时,一般使用迭代法,峰位作为迭代参数的初值,如果峰位的误差很大,或混入了假峰,漏失了真峰,则会造成迭代次数增多,甚至不收敛,使迭代失败。

由于谱结构的复杂和统计涨落的影响,从谱中正确地找到全部存在的峰是比较困难的。尤其是找到位于很高本底上的弱峰,分辨出相互靠得很近的重峰更为困难。

 

1.谱分析对寻峰方法的基本要求

(1) 比较高的重峰分辨能力。能确定相互距离很近的峰的峰位。

(2) 能识别弱峰,特别是位于高本底上的弱峰。

(3) 假峰出现的几率要小。

(4) 不仅能计算出峰位的整数道址,还能计算出峰位的精确值,某些情况下要求峰位的误差小于0.2道。

很多作者对寻峰方法进行了研究,提出了很多有效的寻峰方法。有的方法分辨重峰的能力较强;有的方法适于在很高的本底上寻找弱峰;有的方法计算简单,寻峰速度快。但是各种不同的寻峰方法都可以概括为谱变换和峰判定二个步骤。谱变换一般采用线性滤波技术,其目的是减少谱数据的统计涨落,消除本底的影响,突出峰位信息。峰判定主要是根据预先设置的条件来识别真峰和剔除假峰。

 

2.常用的寻峰方法

(1)对称零面积对合法

(2)比较法寻峰法

(3)导数法寻峰法:一阶导数法寻峰、二阶导数法寻峰和三阶差分法寻峰

和一阶导数法相比,二阶导数法寻峰的优点是分辨重峰的能力较强。使用二阶导数法可以分辨出相距为FWHM、而净面积比例为1:4的两个峰和二阶导数法相似的是二阶差分法。

(4)协方差法寻峰

1975年H.P.BLOK 等提出了一种新的寻峰方法,称为协方差法。这种方法不仅有很好的分辨重峰的能力,而且适于在统计涨落很大的高本底谱上寻找弱峰,因而是一种比较好的寻峰方法。

由于协方差法以峰形函数拟合各点谱数据,所以Rm值对于由统计涨落造成的宽度很窄的峰不敏感。这就使得协方差法能在统计涨落很大的高本底上寻找弱峰,而假峰出现的几率较小。

协方差法寻峰的主要优点是既有很好的分辨重峰的能力,又适于寻找弱峰,因而特别适合于复杂谱的分析。其缺点是计算公众较为复杂,运算速度较慢。

(5)线性拟合寻峰方法

前面讨论的匹配滤波器寻峰方法由于有很强的抑制统计涨落的能力,能够在很高的本底上探测弱峰而假峰出现的几率小。但是匹配滤波器寻峰方法分辨重峰的能力较差。吸取匹配滤波器方法的优点,同时用一阶导数法和线性拟合双重峰的技术来提高分辨重峰的能力,形成了一种新的寻峰方法,称为线性拟合寻峰方法。

 

3.几种常用寻峰方法的比较

(1)寻找弱峰的能力

由于谱数据中存在很大的统计涨落,在寻峰过程中必然导致两类误差。第一类误差是由于统计涨落而造成的假峰。设寻峰过程中出现假峰的概率为P0。第二类误差是由于很弱的真峰被统计涨落淹没,使寻峰程序漏失了真峰。设P1为寻峰程序能探测出弱峰的概率。P0P1与寻峰方法、寻峰阈值、峰高与本底的比值等因素有关。对于好的寻峰方法,应用较小的P0和较大的P1,即能探测出较多的弱峰而假峰出现的几率较小。同时也要求在改变寻峰阈值时P0P1的变化比较缓慢,以使这种寻峰方法有更大的适用范围和稳定性。

(2)分辨重峰的能力

能否分辨出相距很近的峰是衡量寻峰方法好坏的另一个重要指标。以计算机生成的模拟谱对各种寻峰方法检验表明,各种寻峰方法分辨重峰的能力有很大的差别。

匹配滤波器法寻找弱峰的能力最强,假峰出现的概率小,适于弱放射性核素的分析。而线性拟合法具有最好的的分辨重峰的能力,适用于通用的谱分析系统中。矩形滤波器法和一阶导数法虽然寻峰能力较差,但计算方法简单、运算速度快,适用于运算速度比较慢的微型计算机系统。

(3)几种常用的寻峰方法分辨重峰能力的比较

条件

能分辨的最

小峰距

方法

二重峰

三重峰

峰高比

峰高比

1:11:0.51:0.251:0.11:0.5:11:0.25:1
线性拟合法1.51.53.533.5
协方差法1.52.52.53.53.54
匹配滤波器法2.52.53.544
矩形滤波器法2.533.53.54.5
一阶导数法44.54.545
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