离子迁移谱检测仪的基于离子图序列的物质识别方法技术

本发明专利技术公开一种离子迁移谱检测仪的基于离子图序列的物质识别方法，包括：步骤1：对一个经预处理后的离子图利用寻峰算法执行一次初步物质识别，并存储该次物质识别中所匹配到的物质；步骤2：以时间间隔Δt连续执行步骤1直到初步物质识别次数达到预定次数M，其中M为大于2的自然数；和步骤3：从M次初步物质识别中匹配到的物质中排除干扰物质。对于某些多峰物质，出峰数量、峰位等信息会随时间发生变化，如果仅根据从一个经预处理离子图的识别结果进行报警，会引起误报，从而给使用仪器的检察人员造成误导。采用本发明专利技术的这种基于离子图序列的物质识别方法，可降低误报警概率从而减少对检察人员的误导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于离子迁移谱的痕量物质检测技术，更具体地，涉及一种离子迁移 谱检测仪的基于离子图序列的物质识别方法。
技术介绍
离子迁移谱(IMQ检测技术是一种有效的化学物质分析方法，已广泛被应用于在 机场、码头、车站等场所进行爆炸物、毒品等的痕量检测，检测精度一般能达到微克甚至纳 克量级以下。一个IMS检测仪的基本构成如图1所示，IMS检测仪主要由迁移管和外围的 控制电路及其他设备构成。迁移管是仪器最核心的部件，是被检测样品中的物质分子电离 成离子和使离子漂移的场所。数据处理系统对迁移管输出的离子迁移谱信号进行处理与物 质识别。图2给出了一种常见的迁移管的基本结构。被检测样品中的物质分子在离化区被 充分电离后，通过控制信号开启格栅离子门，此时离子将进入迁移区中在内电场的作用下 漂移，同一种物质分子的离子到达法拉第盘的时间基本相同，迁移管末端的法拉第盘把收 集到的离子转换成电流作为信号输出。因而可通过不断测量输出信号强度，即电流来判定 离子迁移时间，迁移时间就是产生瞬时强电流信号的时刻。若每隔一定时间开启离子门信 号一次，则在两次开启离子门的时间间隔内将得到一条电流强度随时间变化的波形图，称 为离子图。由于同一种物质分子的离子到达法拉第盘的时间基本相同，则在离子图中的某 些时间位置存在电流强度的峰值(即峰位)，不同的物质将对应不同的峰位，某些复杂物质 有多个峰位。以一定的采样频率对迁移管输出的模拟电信号进行A/D转换，就得到离子图 的数字信号，数据处理系统将对该信号进行后续处理与识别。图3示例性的给出了离子图的数字信号的形式。图3中有两个较大的峰。图3中 的信号并不含有明显的噪声，这是因为该信号是经过将在一定时间内连续采集的原始信号 进行平均得到，这种时间平均去除噪声是数据处理系统对原始信号所做的一种常见的预处理。数据处理系统的基本功能模块如图4所示。数据预处理模块一般对多次连续采集 的离子图数据进行时间平均以降低噪声。寻峰模块的作用找出离子图中的各个峰位，常见 的寻峰算法有导数法、小波变换法等，其中小波变换法是一种十分有效的方法，该方法具有 很强的抗噪声、重峰分辨能力。环境参数补偿模块的作用是修正由于环境参数变化引起的物质峰位的变化。在一般的IMS检测仪的数据处理系统中，只根据在一个经预处理后离子图中所寻 得的峰位进行物质识别。物质识别方法采用将当前离子图中检测到的峰位值做环境参数补 偿后的值与物质库中每种物质的各个峰位值进行匹配，在物质库中匹配最接近的一种或多 种物质即为最后的识别结果。一般的IMS检测仪数据处理系统中的物质识别方法的一个普遍存在的不足，则在 于仅从一个经预处理后离子图中提取峰位信息进行物质识别，而实际上却存在某些物质，其在被送入仪器检测的一定时间(通常为数秒)内，其出峰的数目、峰位等信息会随着时间 发生变化，对于这些物质一般物质识别方法无法仅从一个经预处理后的离子图得出正确的 识别结果，会引起误报，从而给使用仪器的检察人员造成误导。
技术实现思路
基于上述问题提出本专利技术。根据本专利技术的一个方面，一种离子迁移谱检测仪的基于离子图序列的物质识别方 法，包括步骤1 对一个经预处理后的离子图利用寻峰算法执行一次初步物质识别，并存 储该次物质识别中所匹配到的物质；步骤2 以时间间隔At连续执行步骤1直到初步物质 识别次数达到预定次数M，其中M为大于2的自然数；和步骤3 从M次初步物质识别中匹配 到的物质中排除干扰物质。可选地，其中，当单峰物质在当前及上一个连续两个经预处理后的离子图中都存 在与该单峰物质在物质库中的标准峰位相匹配的峰位时，认定该单峰物质在当前的初步物 质识别中匹配；当多峰物质在当前的经预处理后的离子图中存在与该多峰物质在物质库中 的标准峰位相匹配的至少两个峰位，或在当前及上一个连续两个经预处理后的离子图中都 存在与该多峰物质在物质库中的同一标准峰位相匹配的峰位时，认定该多峰物质在当前的 初步物质识别中匹配。优选地，当前离子图中进行环境参数补偿后的一个峰位与物质库中一个标准峰位 的比较相对误差在预定阈值以内，则认为两者相匹配。优选地，在步骤1中还存储每次物质识别中所匹配到的物质的置信度、及在当 前的经预处理后的离子图中有匹配的各峰的峰高，其中，所匹配到的物质的置信度为在 当前的经预处理后的离子图中该物质各个峰的峰位的置信度的平均值；且在步骤3中， 利用在M次初步物质识别中所匹配到的物质中的最大置信度大于0.9的优先级高的物 质来排除最大置信度大于0. 9但是与之相比优先级低的物质，如果PeakHeightMaxO > I atioExclude*PeakHeightMaxl，其中，PeakHeightMaxO 为一个最大置信度大于 0. 9 的 优先级高的物质的各个峰的平均峰高在各次初步物质识别中的最大值，RatioExclude 为对应于所述一个最大置信度大于0. 9的优先级高的物质的被排除物质中的第j个待排除 物质的排除系数，j为自然数，第j个待排除物质为匹配到的优先级低的物质中的一个，而 PeakHeightMaxl为所述第j个待排除物质的各个峰的平均峰高在各次初步物质识别中的 最大值，则，所述一个最大置信度大于0. 9的优先级高的物质排除所述第j个待排除物质。进一步地，峰位数较多的物质的优先级高于峰位数较少的优先级。不过，物质库中 也可以规定个别单峰物质的优先级高于某些多峰物质。有利地，所述方法还包括步骤4:对匹配到的物质中未被排除的物质向用户报警。 优选地，仅对匹配到的物质中未被排除的、且最大置信度大于0. 9的物质向用户报警。或者可选地，当单峰物质在当前及上一个连续两个经预处理后的离子图中都存在 与该单峰物质在物质库中的标准峰位相匹配的峰位时，认定该单峰物质在当前的初步物质 识别中匹配；当多峰物质在当前的经预处理后的离子图中存在与该多峰物质在物质库中的 多个标准峰位分别匹配的多个峰位时，认定该多峰物质在当前的初步物质识别中匹配。优选地，在步骤1中还存储在当前的经预处理后的离子图中有匹配的各峰5的峰高，且利用匹配到的物质中优先级高的物质排除与之相比优先级低的物质，如果 PeakHeightMaxO > RatioExclude*PeakHeightMaxl，其中，PeakHeightMaxO 为匹配到的 优先级高的物质的各个峰的平均峰高在各次初步物质识别中的最大值，RatioExclude 为对应于该匹配到的优先级高的物质的被排除物质中的第j个待排除物质的排除系数，j 为自然数，第j个待排除物质为匹配到的优先级低的物质中的一个，而PeakHeightMaxl为 所述第j个待排除物质的各个峰的平均峰高在各次初步物质识别中的最大值，则，该匹配 到的物质排除所述第j个待排除物质。有利地，At为0. 5s_ls，且M*At < 10s，即该方法要在小于IOs的时间内得出识别结果。采用本专利技术的这种基于离子图序列的物质识别方法，可降低误报警概率从而减少 对检察人员的误导。一般的用于离子迁移谱检测仪的物质识别方法仅利用从采集数据中提取的特征 参数(例如峰位、峰高等)进行识别，没有利用这些参数随时间变化的规律。而实际上却存 在某些物质，其某些参数会随时间发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种离子迁移谱检测仪的基于离子图序列的物质识别方法，包括：步骤１：对一个经预处理后的离子图利用寻峰算法执行一次初步物质识别，并存储该次物质识别中所匹配到的物质；步骤２：以时间间隔Δｔ连续执行步骤１直到初步物质识别次数达到预定次数Ｍ，其中Ｍ为大于２的自然数；和步骤３：从Ｍ次初步物质识别中匹配到的物质中排除干扰物质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马建湖，阮明，赵崑，曹学光，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11