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如何进行FT-IR光谱平滑?

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:图4-5-2Savitzeky-Golay卷积平滑法 不同平滑点数量的对比

如何进行FT-IR光谱平滑?

光谱平滑(smooth)技术的实质是通过软件的手段降低光谱的噪音,从而达到改善光谱形状的目的,也就是所谓的将光谱变得“更光滑”。本书相关章节可以看到,实际得到的光谱含有噪音本就无法避免,因此在现在几乎所有的仪带器自身都带有相关的平滑处理。

从产品运用的角度上来看,仪器通常可以在默认情况下进行自动平滑处理,也可以手动选择数据点进行平滑处理。

算法分析研究的角度上来看,平滑技术的实质是“采用数据点附近几个点来重新计算该数据点”,比较经典的算法就是Savitzeky-Golay算法以及后来在此基础上发展而来的Savitzeky-Golay卷积平滑法以及移动平均法等。

其中比较好理解也是最简单的是移动平均法,即类似与计算机网络数据发送的窗口一样,采用一个平滑窗,将窗内的数据进行平均,平均值即作为平滑窗中心所对应数据点平滑后的值;

Savitzeky-Golay卷积平滑法的则是选择不同的平滑点,平滑点数量必须是奇数,图4-5-1给出了红外线处理软件中常用的平滑点数的选择界面,然后采用最小二乘法对平滑点进行拟合。将中间数据点的拟合结果作为光谱平滑后的值,其实质可以看成是找到了一种“合理”的加权平均方法。从理论上将,随着光谱平滑点数的增加,吸收峰变得越来越宽,直至消失。因此平滑的数据点数越多,光谱的分辨率越低。参考文献[2]给出了同一张光谱采用Savitzeky-Golay卷积平滑法,仅仅只是不同平滑点数量导致的光谱平滑处理图的变化,如图4-5-2所示。通过该图可以明显看到,其中A图为原图,当平滑点数分别为5、9、15、25以后所得的光谱图,此时吸收峰明显变宽,甚至于在有一些范围内(比如当平滑点数为15、25时,波数范围1800~1600cm-1)时,和原来的光谱相比,吸收峰“干脆”就消失了。(www.xing528.com)

图4-5-1 红外线处理软件中常用的平滑点数选择界面

因此平滑技术虽然降低了噪音的干扰,但实际上也降低了红外线光谱的“真实性”甚至是分辨率。也就是说,光谱的分辨率并不低,但通过平滑处理以后反而降低了,因此很多技术人员认为可以直接采取降低分辨率的做法来得到想要的数据,不再进行平滑处理,因为降低分辨率更直接,仪器反应速度更快。

图4-5-2 Savitzeky-Golay卷积平滑法 不同平滑点数量的对比

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