核磁共振数据JCAMP-DX存取和谱自动相位校正研究

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核磁共振(NMR)技术作为一种先进的物质结构分析手段,在化学、生物、医学等领域发挥着越来越重要的作用。经过几十年的发展,NMR技术取得了巨大进步,但在硬件和软件上仍有许多需要完善的地方。本论文主要讨论NMR数据处理中数据存储和自动相位校正两方面的问题。由于不同厂商生产的NMR谱仪采用不同的数据存储格式,即使同一家公司生产的谱仪也有多种数据存储格式,因此不同NMR数据之间的交换,一般要通过专业NMR软件才能实现。这种情况不利于NMR的发展。JCAMP-DX的出现正是为了解决这样的难题。JCAMP-DX是一种谱学数据交换的国际标准,目的是实现不同存储格式的谱学数据的交换。JCAMP-DX5.00已成功应用于NMR领域。但随着NMR技术的进步,JCAMP-DX5.00已不能满足NMR发展的需要,因此确定新的标准显得十分必要。本论文基于JCAMP-DX6.00草案与JCAMP-DX5.00之后国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)发布的多个对NMR的规范讨论了NMR的JCAMP-DX6.00需要改进的部分内容,提出了NMR的JCAMP-DX6.00的软件实现方案,并用Java JDK1.6对其进行了实现。核磁共振的FID信号经快速傅立叶变换后得到的谱图由于存在相位偏差,通常表现为非纯吸收线形。相位校正即是计算NMR谱图的相位偏差,再将计算结果用于校正谱图相位的过程。相位校正是NMR数据处理必不可少的步骤。本论文研究了色散吸收(dispersion absorption,DISPA)线形分析法、扩展色散吸收(extended dispersion absorption,eDISPA)、熵最小化等多种常见的自动相位校正方法,分析了这些方法的优缺点。在此基础上,建立了自己的数据点选择方法,构造了与相位校正相关的目标函数。基于该目标函数,我们提出了两种新的自动相位校正方法。一种是方向加速自动相位校正,使用方向加速法对目标函数进行二维优化,计算谱图的相位偏差,实现了方向加速自动相位校正。另一种为自动支点相位校正,模拟支点手动相位校正的实现过程,用不用导数的布伦特方法对目标函数进行两次一维优化,计算谱图的相位偏差,实现了支点相位校正自动化。两种新方法均能实现NMR谱图的相位校正。
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