摘要
化学计量学（Chemometrics）是一门将数学和计算机科学应用于化学的交叉学科，而光谱分析是化学计量学的重要研究内容之一。光谱分析技术的核心是光谱信号分析算法，对后续分析的可靠性有着直接影响，决定着光谱技术的分析性能及其应用发展前景。液体电极辉光放电光谱分析技术作为一种新兴的光谱分析技术，在水质快速分析检测等领域具有广泛的应用，通过检测元素的谱峰峰位和强度信息来实现对溶液样品中元素的定性与定量分析。目前，液体电极辉光放电光谱信息的处理主要通过人工来完成，无法做到快速、准确的定性与定量分析。此外，现有的光谱分析算法寻峰分辨率不高、准确度不足、算法的自适应能力较差，不能准确获得峰值信息。因此，为本文从光谱分析算法的优化以及软件分析系统的设计开展了相关研究工作，主要研究内容和研究成果如下： (1)针对现有光谱分析算法对重叠峰和弱峰分辨较弱的问题，提出一种加权连续小波变换的寻峰方法。该方法选择了线宽较小的Gaus2小波作为变换的母函数，小间距的尺度参数对重叠峰和弱峰的分辨极其重要，自定义的阈值能够有效地截断复合脊线，可以避免峰值检测出现偏差。加权连续变换能够将变换系数的极大值压缩移动到小尺度参数范围内，而小尺度范围内的极大值能更准确反映峰值位置。分析结果表明，该方法在重叠峰和弱峰分辨能力以及寻峰精度等方面具有明显优势，同时具有很好的寻峰可靠性。 (2)针对峰值检测算法自适应能力较差的问题，提出了一种基于图像处理技术的寻峰方法。该方法将图像阈值分割方法与小波变换方法相结合，首先对原始光谱信号进行小波变换得到变换后的系数矩阵，并通过逻辑映射模式将系数矩阵转换为灰度图像。根据灰度图像直方图确定图像分割阈值，通过该阈值对灰度图像进行分割，将峰值区域分割出来，再从分割的峰值区域搜索变换系数的极大值，并根据极大值形成的脊线最终确定峰值位置。通过对比分析研究，发现基于加权连续小波变换和Otus分割的小波变换图像分割方法效果最好，具有较好的谱峰识别性能和较低的假阳性识别率。该算法根据图像处理技术确定阈值，具有较强的自适应能力，能够应用于多种光谱信号的分析处理。 (3)针对的液体电极辉光放电光谱技术现实分析需求，设计了具有图形用户界面的液体电极辉光放电光谱软件分析系统。该系统主要包括光谱信号采集、光谱分析以及定量分析三个模块。能够实现光谱仪控制、光谱仪参数设置和光谱信号实时采集与保存，具有良好的光谱预处理和光谱分析效果，能够准确识别谱线的定性显示元素信息，具备放电参数计算能力，可以根据元素浓度与对应的谱线强度建立定标曲线，并分析元素检出限以及计算最终定量结果。分析系统能够满足LEGD光谱分析技术的分析要求。
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