一种液相色谱仪采集信号噪声抑制方法及系统

本发明涉及液相色谱信号处理，具体是一种液相色谱仪采集信号噪声抑制方法及系统。

背景技术：

1、液相色谱仪在梯度洗脱过程中，流动相组成变化、泵送波动及检测器基线漂移均可能在紫外采集信号中形成噪声。现有技术通常采用频域滤波、基线校正、空白谱图扣除或改善流动相混合等方式降低噪声。

2、然而，在含三氟乙酸水相和含三氟乙酸乙腈相的反相二元高压梯度洗脱过程中，微小组成波动会伴随三氟乙酸在反相固定相与流动相之间的暂态重新分配形成随梯度状态变化的紫外基线波动。当基线波动与样品响应局部重叠时，现有方法难以区分两类信号，容易出现噪声残留或样品响应被同步削弱的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种液相色谱仪采集信号噪声抑制方法及系统，以解决含三氟乙酸流动相的反相二元高压梯度洗脱过程中，三氟乙酸相关基线波动与样品响应局部重叠时难以准确识别并抑制的问题。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种液相色谱仪采集信号噪声抑制方法，应用于采用含三氟乙酸水相和含三氟乙酸乙腈相进行反相二元高压梯度洗脱的液相色谱分析场景，所述方法包括以下步骤：

3、s1、获取洗脱期间的紫外采集信号、梯度有机相比例、有机相泵运行状态参数和混合器容积。

4、s2、根据有机相泵运行状态参数确定泵送时刻和泵送体积；根据泵送体积和对应泵送时刻的梯度有机相比例确定有机相体积周期，将有机相体积周期大于混合器容积的泵送事件确定为候选组成扰动事件。

5、s3、按梯度有机相比例划分梯度组成区间，根据区间内候选组成扰动事件的泵送时刻对紫外采集信号进行事件触发分段，根据多个信号分段中重复出现的相邻反向响应确定事件响应延迟和响应窗口。

6、s4、对响应窗口进行局部基线校正，计算正负响应的积分面积差异和响应间隔，选取积分面积差异满足面积差异阈值且响应间隔满足间隔一致性条件的多个响应窗口作为参考响应窗口；根据多个参考响应窗口确定三氟乙酸成对扰动模板和模板匹配阈值。

7、s5、分别将各响应窗口的正负响应段与三氟乙酸成对扰动模板对应侧进行匹配，将满足模板匹配阈值的响应段确定为有效响应段；根据有效响应段与对应侧模板的幅值比例缩放三氟乙酸成对扰动模板，得到三氟乙酸波纹分量并从紫外采集信号中扣除；未得到有效响应段时，保留对应响应窗口的紫外采集信号。

8、进一步的，所述按梯度有机相比例划分梯度组成区间的方法包括：

9、按照梯度有机相比例递增顺序排列候选组成扰动事件，从梯度有机相比例最小的未归集候选组成扰动事件开始依次加入后续候选组成扰动事件。

10、每加入一个候选组成扰动事件，计算已加入候选组成扰动事件对应有机相体积周期最大值与最小值之差占有机相体积周期中位值的比例，得到周期变化度；加入后续候选组成扰动事件使周期变化度大于周期变化阈值时，将加入前候选组成扰动事件对应的梯度有机相比例范围确定为初始梯度组成区间，并从下一未归集候选组成扰动事件继续划分，得到多个初始梯度组成区间。

11、统计各初始梯度组成区间内的候选组成扰动事件数量，将候选组成扰动事件数量小于事件数量阈值的初始梯度组成区间确定为待合并梯度组成区间；计算待合并梯度组成区间与各相邻梯度组成区间合并后的周期变化度，将待合并梯度组成区间与合并后周期变化度最小的相邻梯度组成区间合并。

12、重新统计合并后梯度组成区间内的候选组成扰动事件数量，并在候选组成扰动事件数量小于事件数量阈值且存在相邻梯度组成区间时继续进行相邻梯度组成区间合并，得到多个梯度组成区间。

13、进一步的，所述根据区间内候选组成扰动事件的泵送时刻对紫外采集信号进行事件触发分段，根据多个信号分段中重复出现的相邻反向响应确定事件响应延迟和响应窗口的方法包括：

14、将梯度组成区间内各候选组成扰动事件的泵送时刻作为时间基准，对紫外采集信号进行事件触发分段和局部趋势校正，得到多个信号分段；提取各信号分段内相邻反向响应的第一响应极值时刻，计算第一响应极值时刻与对应泵送时刻之间的时间差，得到候选响应时移。

15、按照紫外采集信号的采样间隔对候选响应时移进行分组，统计各时移组对应信号分段数量占梯度组成区间内候选组成扰动事件数量的比例，得到同步重复率；将同步重复率最大且不小于同步重复率阈值的时移组内候选响应时移中位值确定为事件响应延迟。

16、将泵送时刻与事件响应延迟相加，得到响应定位时刻，根据相邻响应定位时刻的中点划分紫外采集信号，得到各候选组成扰动事件对应的响应窗口。

17、进一步的，所述计算正负响应的积分面积差异和响应间隔，选取积分面积差异满足面积差异阈值且响应间隔满足间隔一致性条件的多个响应窗口作为参考响应窗口的方法包括：

18、分别对局部基线校正后的响应窗口中的正向响应和负向响应进行积分，得到正向响应积分面积和负向响应积分面积绝对值；计算正向响应积分面积与负向响应积分面积绝对值之差的绝对值占正向响应积分面积与负向响应积分面积绝对值之和的比例，得到积分面积相对差值。

19、计算正向响应极值时刻与负向响应极值时刻之间的时间差，得到响应间隔；计算同一梯度组成区间内多个响应间隔的中位值，得到基准响应间隔；计算响应间隔与基准响应间隔之差的绝对值占基准响应间隔的比例，得到间隔相对偏差；将积分面积相对差值不大于面积差异阈值且间隔相对偏差不大于间隔一致性阈值的响应窗口确定为参考响应窗口。

20、进一步的，所述根据多个参考响应窗口确定三氟乙酸成对扰动模板和模板匹配阈值的方法包括：

21、按照正向响应与负向响应的出现顺序对同一梯度组成区间内的参考响应窗口进行分组；根据每组参考响应窗口的第一响应极值时刻进行时间对齐，并根据正向响应积分面积与负向响应积分面积绝对值之和进行幅值归一化，得到归一化参考响应窗口。

22、计算同组归一化参考响应窗口在各采样时刻的响应值中位值，得到对应响应方向顺序的三氟乙酸成对扰动模板；分别计算归一化参考响应窗口的正向响应段与三氟乙酸成对扰动模板的正向响应侧之间的形态偏差，以及归一化参考响应窗口的负向响应段与三氟乙酸成对扰动模板的负向响应侧之间的形态偏差，得到正向参考形态偏差集合和负向参考形态偏差集合。

23、根据正向参考形态偏差集合的预设分位值确定正向模板匹配阈值，根据负向参考形态偏差集合的预设分位值确定负向模板匹配阈值，正向模板匹配阈值和负向模板匹配阈值构成模板匹配阈值。

24、进一步的，所述分别将各响应窗口的正负响应段与三氟乙酸成对扰动模板对应侧进行匹配，将满足模板匹配阈值的响应段确定为有效响应段的方法包括：

25、分别提取响应窗口中的正向响应段和负向响应段；计算正向响应段与三氟乙酸成对扰动模板的正向响应侧之间的幅值比例，得到正向候选幅值比例；根据正向候选幅值比例缩放三氟乙酸成对扰动模板的正向响应侧，得到正向缩放模板；计算正向响应段与正向缩放模板之间的形态偏差，得到正向形态偏差。

26、计算负向响应段与三氟乙酸成对扰动模板的负向响应侧之间的幅值比例，得到负向候选幅值比例；根据负向候选幅值比例缩放三氟乙酸成对扰动模板的负向响应侧，得到负向缩放模板；计算负向响应段与负向缩放模板之间的形态偏差，得到负向形态偏差。

27、将正向形态偏差不大于正向模板匹配阈值的正向响应段确定为有效正向响应段；将负向形态偏差不大于负向模板匹配阈值的负向响应段确定为有效负向响应段。

28、进一步的，所述响应窗口仅存在有效正向响应段和有效负向响应段中的一者时，所述根据有效响应段与对应侧模板的幅值比例缩放三氟乙酸成对扰动模板的方法包括：

29、响应窗口仅存在有效正向响应段时，将正向候选幅值比例确定为扰动幅值比例；响应窗口仅存在有效负向响应段时，将负向候选幅值比例确定为扰动幅值比例；根据扰动幅值比例缩放与响应窗口的响应方向顺序一致的三氟乙酸成对扰动模板，得到候选组成扰动事件对应的三氟乙酸波纹分量。

30、进一步的，所述响应窗口同时存在有效正向响应段和有效负向响应段时，所述根据有效响应段与对应侧模板的幅值比例缩放三氟乙酸成对扰动模板的方法包括：

31、计算正向候选幅值比例与负向候选幅值比例之差的绝对值占正向候选幅值比例与负向候选幅值比例平均值的比例，得到幅值比例相对差值；将幅值比例相对差值不大于比例一致性阈值的响应窗口确定为双侧一致响应窗口；计算双侧一致响应窗口对应的正向候选幅值比例与负向候选幅值比例的平均值，得到扰动幅值比例；根据扰动幅值比例缩放与双侧一致响应窗口的响应方向顺序一致的三氟乙酸成对扰动模板，得到候选组成扰动事件对应的三氟乙酸波纹分量。

32、基于同一发明构思，另一方面，本发明还提供了一种液相色谱仪采集信号噪声抑制系统，所述系统包括：

33、数据获取模块，用于获取洗脱期间的紫外采集信号、梯度有机相比例、有机相泵运行状态参数和混合器容积。

34、扰动筛选模块，用于根据有机相泵运行状态参数确定泵送时刻和泵送体积；根据泵送体积和对应泵送时刻的梯度有机相比例确定有机相体积周期，将有机相体积周期大于混合器容积的泵送事件确定为候选组成扰动事件。

35、响应定位模块，用于按梯度有机相比例划分梯度组成区间，根据区间内候选组成扰动事件的泵送时刻对紫外采集信号进行事件触发分段，根据多个信号分段中重复出现的相邻反向响应确定事件响应延迟和响应窗口。

36、模板构建模块，用于对响应窗口进行局部基线校正，计算正负响应的积分面积差异和响应间隔，选取积分面积差异满足面积差异阈值且响应间隔满足间隔一致性条件的多个响应窗口作为参考响应窗口；根据多个参考响应窗口确定三氟乙酸成对扰动模板和模板匹配阈值。

37、波纹抑制模块，用于分别将各响应窗口的正负响应段与三氟乙酸成对扰动模板对应侧进行匹配，将满足模板匹配阈值的响应段确定为有效响应段；根据有效响应段与对应侧模板的幅值比例缩放三氟乙酸成对扰动模板，得到三氟乙酸波纹分量并从紫外采集信号中扣除；未得到有效响应段时，保留对应响应窗口的紫外采集信号。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

39、1.结合有机相泵运行状态参数、梯度有机相比例和混合器容积筛选候选组成扰动事件，并利用同次洗脱中的事件响应时序、参考响应窗口和三氟乙酸成对扰动模板确定三氟乙酸波纹分量，使噪声抑制过程与当前梯度状态及实际泵送过程建立对应关系，减少固定频率滤波、空白扣除等方式面对梯度变化时产生的波纹残留，并在未获得有效响应段时保留对应紫外采集信号，降低对样品响应的误削弱。

40、2.在三氟乙酸成对扰动模板建立后，分别判断正向响应段和负向响应段与对应侧模板的匹配状态；单侧有效时利用有效响应段对应的幅值比例重构完整三氟乙酸波纹分量，双侧有效时利用正向候选幅值比例与负向候选幅值比例的一致性确定扰动幅值比例，使样品响应与三氟乙酸波纹局部重叠导致一侧响应失真的情况下仍能够利用另一侧有效响应完成波纹重构，并利用双侧响应的相互校验降低形态相似干扰被误认为三氟乙酸波纹并扣除的概率。