质谱数据寻峰算法设计与实现开题报告

全文总字数：3442字

1. 研究目的与意义（文献综述）

在我们日常的生活中，农药的残留和非法添加剂以及毒品对我们的身体有很大的危害。长期接触或食用含有农药残留的食品，可以使农药在体内不断积累，对人的身体健康造成危害。农药可以影响人的神经系统，破坏肝脏功能，造成生理障碍，影响生殖系统，产生畸形怪胎，导致癌症。滥用非法添加剂也会对我们的健康造成很大危害，比如说“大头婴儿奶粉”。在社会上也会引起不良影响。毒品进入体内，会对健康造成严重的损害，甚至吸毒过量会导致死亡。此外，由于毒品对消化系统、呼吸系统、心血管系统、免疫系统的影响，滥用毒品可导致多种并发症的发生。毒品不仅会对躯体造成伤害，对心理也会造成很大危害，使吸毒者产生依赖性，对吸毒者家庭也会造成很大危害。而质谱能够快速准确的检测食品中的农药残留、非法添加剂，鉴别农药真假以及农药检测，测量下限可达ppb量级，因此广泛适用于食品安全现场分析、农资打假，和毒品快速筛查等领域。质谱技术主要是利用带电粒子质荷比的不同排列所形成的图谱进行定性定量分析。

农药残留量检测是微量或痕量分析,必须采用高灵敏度的检测技术才能实现。自20世纪50年代,各国科学家就开始研究农药残留的检测方法。常规检测的分析方法有光谱法、酶抑制法和色谱法。然后根据所得质谱进行质谱分析，此次的设计就是设计一个质谱数据寻峰算法，来帮助质谱分析。在国外的研究中,都是利用高斯分布的数学期望，如参考文献[16]中所提到的峰值检测算法。在滤波方面，国外的研究都是采用sg滤波，如参考文献[7]中所提到的利用sg进行分析前的前处理。

在国内的研究中，比较新的如改进的基于连续小波变换的脊线寻峰方法，采用的是卡尔曼滤波法，如参考文献[10]中采用了卡尔曼滤波法对原数据进行平滑滤波的预处理，这种利用卡尔曼滤波算法对质谱数据进行平滑去噪的方法可以较好地提高原质谱数据的信噪比。滤波工作中，国内也会采用sg滤波，如参考文献[9]雷林平所著的基于savitzky-golay算法的曲线平滑去噪。

2. 研究的基本内容与方案

本设计的基本内容是设计一个质谱寻峰算法，用于快速确定质谱十强峰，并计算棒状图能量值。整个系统包括质谱数据模拟器、寻峰算法模块、数据分析软件三部分。第一步是研究质谱数据并根据单标混标确定质谱数据特征，目标在于研究质谱数据的特征，进行质谱数据分析，质谱数据分析包括噪声分析、化学成分扫描、谱图退卷积。

第二步根据生成条件、强度、时间窗口完成数据模拟器，目标是与真实数据误差不超过0.1%，需要根据质谱数据的分析，选择合适的数学模型进行模拟，并考虑噪声等干扰，完成质谱数据模拟器的搭建。

第三步研究质谱数据特征，确定寻峰算法，目标是时间窗口、寻峰阈值可调，且提供自动优化接口，优化结果一致性误差不超过0.1%。滤波部分有两种方案，一是利用savitzky-golay卷积平滑与求导运算进行平滑滤波来滤除干扰信号；二是利用卡尔曼滤波算法。技术方面：后者虽然对质谱数据进行平滑去噪可以较好地提高原质谱数据的信噪比,也有较高的特征识别的可靠性和效率，但后者更适合在小波滤波中使用。前者与传统算法相比,savitzky-golay算法具有更稳定、误差更小的平滑去噪效果；经济方面：savitzky-golay算法的误差更小，运算更快年经济性更好。故采用savitzky-golay算法。

3. 研究计划与安排

第一周：查阅相关文献，了解质谱数据的特征；阅读相关算法文献，每周写一篇周记

第二周：根据相关文献撰写开题报告

第三周：翻译外文文献

4. 参考文献（12篇以上）

[1]jeffrey richter /christophe nasarre 等著 windows核心编程第五版 清化大学出版社 2008年09月01日

[2]karli watson、christian nagel著 c#经典第五版 清华大学出版 2010年12月第1版

[3]christian nagel 著 c#高级编程第11版(professional c# 7 and .net core 2.0) 清华大学出版社 2019年03月01日