Application of the discrete wavelet transforms for denoising in GC analysis

• Autorzy: Lasa J. , Śliwka I. , Rosiek J. , Wal K.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie dyskretnej filtracji falkowej do odszumiania chromatogramów w chromatografii gazowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The minimal detection level in gas chromatography (GC) depends strongly on the noise amplitude of a particular detector response. The reduction of the noise amplitude leads to the increased signal to noise ratio and can be achieved by using appropriate noise filters, like the Fourier transform (FT), Savitzky—Golay (SO) approach or a discrete wavelet transform (DWT), in addition to the stabilization of the pneumatic, termic and electronic factors also influencing the GC response. In this paper, the DWT method has been used, and the choice of the optimal wavelet function in DWT for denoising of chromatograms has been described. This method was applied for denoising the chromatograms of various chlorofluorocarbons (F-ll and F-113, freons, chloroform, 1,1,1-trichloroethane, and carbon tetrachloride) detected in air samples in ppt concentrations. As ideal chromatograms, which should be obtained after denoising filtration, a synthetic chromatogram and the mean of sum of 40 experimental chromatograms were used. It was shown that the application of the DWT filtration causes a three-fold increase in the accuracy of the concentration measurements of the above mentioned compounds. The decrease of the noise amplitude improves the accuracy of peak areas integration, which then depends mainly on the accuracy of the determination of the concentration of the compounds in applied standards.

PL

W chromatograficznej metodzie analitycznej minimalna wykrywalność określona jest amplitudą szumu sygnału detektora. Obniżenie amplitudy szumu prowadzi do wzrostu stosunku sygnału do szumu. Obniżenie amplitudy szumów można uzyskać przez stabilizacją czynników pneumatycznych i elektronicznych wpływających na pracę chromatografu oraz może być dokonane przez stosowanie odpowiednich filtrów obniżających poziom szumu, takich jak transformata Fouriera (Fourier Transform - FT), przybliżenie Savitzky-Golay'a (SG) lub dyskretnej transformacji falkowej (Disccrete Wavelet Transform - DWT). W pracy przedstawiono metodę DWT i sposób wyboru otymalnej funkcji falkowej do odszumiania chromatogramów. Metodę zastosowano w analizach związków chlorowcowych o stężeniach na poziomie ppt. Doświadczalne chromatogramy dotyczyły analizy freonu F—11 i F-113, chloroformu, 1,1,1-trichloroetanu i czterochlorku węgla. Jako chromatogram "idealny", do którego powinno prowadzić odszumianie stosowano chromatogram syntetyczny oraz chromatogram będący sumą 40 chromatogramów doświadczalnych. Wykazano, że zastosowanie filtru typu DWT do odszumiania chromatoramów prowadzi do trzykrotnego zwiększenia dokładności pomiaru stężenia wymienionych związków. Obniżenie amplitudy szumu poprawia dokładność pomiaru powierzchni pików analizowanych związków w próbce powietrza i standardzie względem którego prowadzone są obliczenia ilościowe.

Słowa kluczowe

EN

gas chromatography; chlorofluorocarbons; detection level; noise ratio; discret wavelet transform; chromatograms denoising

PL

chromatografia gazowa; związki chlorowcowe; wykrywalność minimalna; transformacja falkowa dyskretna; odszumianie chromatogramów; szum sygnału

• Wydawca: Komitet Chemii Analitycznej PAN
• Czasopismo: Chemia Analityczna
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 46, No. 4
• Strony: 529--537
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz.

Twórcy

autor

Lasa J.

• Institute of Nuclear Physics, 152 Radzikowskiego Str., 31-342 Cracow, Poland
• Academy of Mining and Metallurgy, 30 A. Mickiewicza Avenue., 30-059 Cracow, Poland

autor

Śliwka I.

• Institute of Nuclear Physics, 152 Radzikowskiego Str., 31-342 Cracow, Poland

autor

Rosiek J.

• Academy of Mining and Metallurgy, 30 A. Mickiewicza Avenue., 30-059 Cracow, Poland

autor

Wal K.

• Institute of Nuclear Physics, 152 Radzikowskiego Str., 31-342 Cracow, Poland

Bibliografia

• 1. Chromatographic nomenclature, Witkiewicz Z., [Soczewiński E., Suprynowicz Z., Eds.] Polish Chemical Society, Warszawa 1996, (in Polish).
• 2. Barclay V.J., Bonner R.F, Hamilton I.P., Anal. Chem., 69, 78 (1997).
• 3. Cai C., Harrington P.B., J. Chem. Comput. Sci., 38, 1161 (1998).
• 4. Śliwka I. and Lasa J., "Optimization of the system analysis of the halogenated compounds active in Earth ozone layer destruction", Proceedings of Symposium: 16-18 September, 1997 Toruń (in Polish).
• 5. Śliwka I. and J. Lasa, "Quantitative measurements of the halogenated compound concentration in air", Proceedings of Symposium: Ecoanalytics in Environmental Chemistry, 8-10 September, 1998 Toruń (in Polish).
• 6. Daubechies, Ten lectures on wavelets, SIAM, Philadelphia, Pennsylvania 1992.
• 7. An introduction to Wavelets: http://www.amara.com/IEEEwave/IEEEwavelet.html
• 8. http://playfair.Stanford.edu/~wavelab/
• 9. Śliwka I. and J. Lasa, A method for the improvement of precision and accuracy in concentration measurements based on external standard, Chem. Anal. (Warsaw), (in press).
• Additional reference:
• 10. Mittermayr C.R., Nikolov S.G., Hutter H. and Grasserbauer M., Chemometrics and Intelligent Lab. Systems, 34, 456 (1996).
• 11. Mittermayr C.R., Frischenschlager H., Rosenberg E. and M. Grassenbauer, Fresenius J. Anal. Chem., 358, 456 (1997).