核磁共振谱图处理系统

第󰀁卷第󰀁期󰀁󰀂󰀂 年󰀁月󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁用化学》《计算机与应󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁乞󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀂核磁共振谱图处理系统胡鸿彬󰀁中󰀁张晓东吴冬辉怀念沈联芳国科学院武权物理研究所波谱与原子物理开放实验室武汉󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀂计算机处理的数据量迅速增加而谱仪专用计算机受到容量和速度的对大批量数据的处理能力有限影响谱仪的使用效率而目前个人计算机特别是超级小型机和工作站的性能速度和容量远胜过谱仪专用机且具有优良的性󰀁󰀁󰀁数据的脱机处理一󰀁󰀁󰀁数据处理站的建立已成必然能价格比本文初步对我所在国内首次实现󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀂脉冲傅立叶变换核磁共振谱仪与超级小型机󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁联机及所建立的󰀁󰀁󰀁数据处理站作一介绍该站目前对一维谱数据的常规󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁处理软件已经完成摘要随着󰀁󰀁󰀁谱的出现关挂词󰀁核磁共振谱数据处理数据通讯一引言二󰀂󰀁󰀁数据通讯硬件和软件通讯硬件西德󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁公司生产的󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁核磁共振谱仪配有󰀁󰀁位字长的专用计算机󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀂󰀂高速图形显示器和数字绘图仪以及本地网络控制器󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁等󰀁󰀁超级小型机󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁是󰀁󰀁󰀁󰀁路由节点󰀁配有以太网单总线网络适配器󰀁󰀁󰀂 !浮点加速板图形终端󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂高级智能绘图仪󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 󰀁等有关设备通讯软件通讯软件󰀁󰀁󰀁󰀂机的文件传输󰀂󰀁󰀁󰀁󰀂按照󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁通讯协议实现󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀂󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁计算机和其它计算本文于󰀁󰀁󰀁󰀁年󰀁月󰀁󰀁日收到初稿国家自然科学基金资助项目󰀁󰀁󰀁计算机与应用化学󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁年󰀁第九卷󰀂󰀁讯软件󰀁󰀂󰀁因此可同时在󰀁󰀁󰀂上继续运行其它通其传输速率为󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 抗干扰性强出错率低󰀂󰀁除可通过󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁直接通过以太粗缆与󰀁󰀁󰀁通迅又可使用控制板󰀁󰀁󰀂完全于其它任何󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀂软件上的内部收发器利用细缆通讯只是传输速率稍低一些三网络拓扑结构如图󰀁所示󰀁数据处理同是󰀁󰀁位字长它的数据存储格式与、叭󰀁完全不由网络传输到󰀁󰀁󰀂的原始数据要经过数据格式转换将其转为󰀁󰀂 的数据格式由于谱仪专用计算机󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁才能在󰀁󰀁󰀁计算机上作进一步处理󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂 !为此我们编写了转换程序本处理软件全部采用󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂语言编写图形功能采用󰀁󰀂 图形核心系统谱图输出采用󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁高级智能绘图仪输出程序自己编写数据处理流程如下󰀁可以方便地移植到其它各类绘图仪上软件的传输到󰀁󰀁󰀂的数据据判断数据类型并作相应的数据格式转换换󰀁󰀁󰀂预处理理󰀁󰀁󰀁数谱峰拟之功率相基线校正谱图显积分谱图输出定标谱双显不检逆󰀁󰀁󰀁多值谱位峰谱显谱修正口不不󰀂󰀁󰀁数据格式转换󰀁󰀁󰀁󰀂 机中󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂 二进制整数的转换󰀂󰀁󰀁󰀁字节为字的开始地址在内存中占一个字长四个字节󰀁字节是最高字节󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁其存储顺序如图󰀁所示󰀁󰀁󰀂󰀁在传送数据时首先传送󰀁最高字节然后是中间字节󰀁最低字节如图󰀁所示字节和第󰀁字节交换然后按照󰀁字节构成󰀁󰀂 的格式󰀁󰀁浮点数转换󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁在内存中的格式如图浮点数转换较整数转换复杂位尾数取绝对值归一化尾数的最高位󰀁省去最末位尾数󰀁舍接收的数据第首先将所字节最高位将数据从󰀁字节扩充为󰀁在进行数据转换时󰀁󰀁󰀁为尾数符号浮点数为󰀁人第󰀁期胡鸿彬等󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁核磁甚振道里丝丝巫󰀁鱼一一一一一一一一一卫卫󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁中浮点时阶码为时󰀁的补码却󰀁个字节数的格式与󰀁󰀁󰀂不同每个浮点数在内存中占有󰀁个字如图󰀁所示尾󰀂󰀁一󰀁阶码数绝对值范围为󰀁尾数均为󰀁的补码其最高位视为符号位浮点数为󰀁󰀁󰀁士󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁士󰀁󰀁时阶码和尾数均为氏一马一军󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂巨󰀁󰀂蛋󰀁󰀂󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁一屠󰀂󰀂巨二三󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂 󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂篮罢一“一王“粗缆收发器电缆—󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁细缆图󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁】󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁图󰀁图󰀁图󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁妙󰀁󰀁󰀁尾符尾󰀂󰀁 󰀂󰀁阶符阶码码󰀁高位󰀁尾数󰀁低位󰀁数图󰀁图󰀁弄清󰀁󰀂 和󰀁󰀁󰀂󰀁󰀂󰀂󰀁󰀁󰀁󰀁的浮点格式后转换工作也就不困难了因为󰀁󰀁󰀁的󰀁字节󰀁转换就可满足要求󰀁缸󰀁󰀂󰀂󰀁的尾数高位󰀁󰀂中尾数仅󰀁󰀂位所以我们只需将󰀁󰀁󰀂󰀁然后确定其尾数根据尾符求其绝对值得到󰀁󰀁󰀂所需要的尾数通过移位指令按照󰀁󰀂󰀁中浮点的存储格式放在规定的数位上同样地将第󰀁󰀁󰀁字节转换成󰀁󰀁󰀁中的长整数形式从中提取阶码安放在󰀁󰀂 规定的数位上就能完成浮点数的转换因此可以将首先读人的󰀁字节尾数转换为󰀁󰀁󰀂的长整数形式预处理在时域对󰀁󰀁󰀂󰀁自由感应衰减󰀁信号进行简单的数学处理不佳灵敏度不好等缺陷通常󰀁󰀁预处理包含去直流偏置等其中最重要的是乘窗函数和充零方法󰀂󰀁󰀁󰀁󰀂󰀁可以弥补截断分辨率对󰀁󰀁󰀂充零乘窗函数󰀂󰀁󰀁计算机与应用化学󰀁󰀂 !年)第九卷原则上对FID可用任何一种窗函数又可改善分辨率应用最广泛的是指数函数另外还有梯形函数变换方法既可提高灵敏度函数具体使用哪个应根据具体的实验而定对FID充零可以提高数据点分辨率有效地改善谱的质量谱线的基线校正由于仪器的不稳定或者假信号等都可能造成基线的宽变化为改善下步处理的精确度需要去掉这些宽包络线基线修正有多种方法如去直流偏置线性拟合三次样条插值等其中三次样条插值方法用得最多相位修正_由于谱仪不是完全理想的所得频谱总要引起某种相移使吸收型和色散型发生混合而产生误差相位误差有两类一是由于检波器参考相位不对引起的零级误差它与频率无关;二是由于射频脉冲功率有限脉冲的前延迟时间电子滤波等引起的一级误差它与频率一般呈线性关系谱的相位校正通常采用数字校正方法即使相位差中度角采用如下公式进行逐点修正艺)二凡eos蚕:一几sin蚕:蚕、+DY(‘)=R、sins:入Co垂(1)凡和人分别是谱中第葱点的实部和虚部:垂二垂。十2蚕1/N蚕。中1分别是零级和一级相位修止角积分积分是谱分析中重要的定量分析手段通常谱积分的计算是在谱作过相位修正及基线修正后进行的为削掉谱线上的噪音对积分值的影响要求得谱的直流偏差BIA然后由下式求出积分区间上的积分值:()sI(。)一[‘艺Y()一(。一‘x)BIAs]XsCALE(2)式中约为第艺点的谱值大小亡和。分别为积分区间的起始和结束点是对积分值的缩放因子MSL00机对核磁共振谱图处理实例上作的六甲基苯CPe传输到VAX机数据经Bruknt用本软件处理结果如图7所示四结束语NMR实验数据处理在VAX计算机上的实现功能不仅为本所的核磁共振谱仪扩充了提高了谱仪的使用效率而且还可以在国内推广谱仪上采集到数据后就可脱机处理理工作可以迅速开展起来特别是在此基处上使拥有VAX计算机的用户在二维三维等NMR谱处第2期胡鸿彬等:核磁共振谱图处理系统153,}{{}}本.uH^NH月已、ZH日D八T〔1210讨O丫,.0Tl洲E000日.251TOg枯40,6204.今0SJ落3万公.0璐仁帕S0口Z,了公0TEO丫切0之L吕.a.000000.,,.000.000027护5.12.00盆CY.01阅PP月二图7参[裘祖文l2』Aspeet【考文北京献裴奉奎核磁共振波语00科学出版杜s二aoual,二{!ndon司Liess51Zi【wouKp』akevyL」3}VAX00,,manuasls亡ele加人肠gD亡罗.ee.功盯jnNMRSP二0亡al亡reDEonanee人俗卯e亡cReis加eeaoeeop少五d即亡esoreRoo二ane0伪‘~理zle万aoeResonanee(Lbf加伍g亡ans伪je”eAcade刘区ngocdA七m丘naoen翻少fs七jsecdMblee日ar00P为isyscessentially.ThesotfawreandhardawrefortheNMReenestablishedino滋nghasbruraaranseentttdefbFTewrlabortaoy00江