Разработка и исследование автоматизированных методов спектрального экспресс-анализа на основе виртуальных эталонов

• Автор: Малиновский, Сергей Константинович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 188 с. : ил.

Введение

Глава 1. Методы обработки измерительной информации в спектральном

анализе

1.1 Сущность атомноэмиссионного спектрального анализа.

1.1.1 Интенсивность спектрального излучения и ее зависимость от содержания элементов.

1.1.2 Методы определения относительной интенсивности излучения

1.2 Способы практического определения количественного состава элементов

1.2.1 Фотографический метод регистрации излучения

1.2.2 Фотоэлектрический метод регистрации излучения

1.2.3 Аналитический метод определения концентрации с использованием одного стандартного образца

1.3 Определение погрешностей в спектральном анализе

1.3.1 Фотографический метод исследований.
1.3.2 Фотоэлектрический метод исследований.
1.4 Методы совершенствования количественных анализов.
1.4.1 Фотографические методы анализа.
1.4.2 Фотоэлектрические методы анализа.
1.5 Выводы.
Глава 2. Особенности аналитических систем анализа с виртуальными
эталонами и условия их создания.
2.1 Перспективы применения виртуальных эталонов
2.2 Исследование особенностей предлагаемых методов.
2.2.1 Метод изолированного контрольного эталона
2.2.2 Сущность метода расчетного эталона.
2.3 Условия создания систем анализа с расчетными параметрами эталонов.
2.3.1 Разработка метода многопараметровых функциональных
зависимостей
2.4 Основные требования к методическому и программному обеспечению
2.5 Выводы.
Глава 3. Разработка и исследование методик расчетов оптимальных
параметров виртуальных эталонов для исследуемых образцов
3.1 Постановка задачи.
3.1.1 Исходные уравнения модели
3.2 Принцип автоматического корректирования и определение параметров элементов виртуального эталона.
3.3 Структурная схема и алгоритм анализа
3.3.1 Построение структурной схемы и методика выполнения анализов
3.3.2 Вывод основного уравнения эталона для ветвей
3.3.3 Пример построения градуировочной функции для элемента стандартного образца.
3.3.4 Алгоритм анализов и пример расчета массовых долей элементов
3.3.5 Пример определения массовой доли элемента
3.4 Экспериментальная проверка.
3.5 Выводы.
Глава 4. Разработка способов дальнейшего повышения эффективности
анализов с использованием стандартных образцов и виртуальных эталонов
4.1 Постановка задачи
4.2 Сущность метода стандартного образца контрольного эталона
4.3 Разработка метода внутреннего стандарта виртуального эталона
4.3.1 Пример практического расчета параметров виртуального эталона
4.4 Экспериментальная проверка предложенного способа.
4.5 Определение марок неизвестных материалов.
4.5.1 Выбор способа обработки информации.
4.5.2 Алгоритм и программное обеспечение.
4.6 Разработка принципов практического использования систем входного контроля на основе виртуальных эталонов
4.6.1 Метод последовательных приближений.
4.6.2 Метод одного виртуального эталона
4.7 Выводы.
Глава 5. Разработка, исследование и оптимизация методик и
программного обеспечения для виртуального эталона
5.1 Определение состава контролируемых объектов
5.1.1 Метод расчетной матрицы
5.1.2 Оценка приближенного результата анализа
5.1.3 Корректирование полученного результата.
5.1.4 Пример определения конечных результатов.
5.2 Методика определения задающего параметра.
5.3 Разработка методического обеспечения.
5.3.1 Конечный результат анализа.
5.3.2 Пример определения конечных результатов
5.4 Градуирование систем обработки результатов измерений.
5.5 Программный порядок проведения анализов
5.6 Дальнейшее повышение точности с использованием двух стандартных образцов.
5.6.1 Построение алгоритма для фотоэлектрического анализа
5.7 Выводы.
Глава 6. Разработка комплексного фотоэлектрического анализатора на
основе фотодиодных линеек.
6.1 Традиционный способ использования линеек.
6.2 Общие принципы работы рассматриваемого анализатора.
6.2.1 Введение.
6.2.2 Конструкция
6.2.3 Многофазный тактовый генератор.
6.2.4 Блок управления
6.2.5 Функционирование устройства
6.2.6 Программное обеспечение
6.3 Физические основы работы фотодиодных преобразователей
6.3.1 Особенности анализатора
6.3.2 Порядок проведения анализов
6.4 Определение параметров виртуальных эталонов на стадии градуирования системы
6.4.1 Сущность предлагаемого способа градуирования.
6.4.2 Порядок определения коэффициентов К1.
6.5 Программное обеспечение для градуирования
6.5.1 Структура и состав базы данных.
6.5.2 Формирование групп материалов
6.5.3 Стирание групп материалов
6.5.4 Создание анализируемых марок сплавов.
6.5.5 Стирание анализируемых марок сплавов.
6.5.6 Режим поиска.
6.6 Экспериментальная проверка.
6.7 Выводы.
Заключение.
Литература


В результате взаимодействия в облаке низкотемпературной плазмы возбужденная элементарная частица при определенных условиях может перейти на более низкий энергетический уровень, что сопровождается излучением кванта света . ЫоехрЕвЕикТ, 1. Ев и Ен энергии верхнего и нижнего уровней. М0 КУЫс В кТ ехрУДТ, 1. Наряду с рассмотренным явлением существует и обратный процесс перехода на верхние энергетические уровни, в результате чего часть излучения поглощается. Кроме этого поглощение происходит и за счет взаимодействия частиц с внешними слоями низкотемпературной плазмы. Наступает состояние насыщения спектрального излучения. В таком состоянии наиболее четко проявляется отставание роста интенсивности по отношению к изменениям количественного содержания элементов. На рисунке 1. Сг Сз. Здесь же выделена область линейного изменения интенсивности от концентрации элементов. Из 1. Наибольшая чувствительность спектрального анализа наблюдается при минимальных потенциалах возбуждения и ионизации . В данной формуле отношение определяет концентрацию элементов в газообразной среде С а С их концентрация в твердой фазе. Поэтому формулу 1. К i. Ii0 С1 К ехрЕ, кТ . А доля возбужденных атомов, покидающих в результате излучения уровень в единицу времени. Для относительной интенсивности излучения, определяющей интенсивность излучения по отношению к линии сравнения внутреннему стандарту выражение 1. А,А2Ч, Ч К,1 к2 ехрЕ, Е2кТ , . Наряду с процессами излучения происходят и процессы поглощения и при этом переход частиц на более высокий энергетический уровень у. Количество поглощенной энергии Рк в этом случае пропорционально концентрации атомов т. РыВыПкО. Данное поглощение уменьшает результирующую интенсивность. При этом, чем больше концентрация элементов, тем больше доля поглощенной энергии. В этом и заключается процесс самопоглощения в низкотемпературной плазме. По этой причине простое использование формулы 1. Она может быть определена исходя из условий протекания всей совокупности процессов, происходящих в горячей плазме. Определение относительной интенсивности излучения по уравнению Больцмана 1. Поэтому чаще всего используют известные способы представления нелинейной кривой совокупностью прямых линий в виде касательных к кривой на отдельных ее участках. Исра Схь , 1. Для линеаризации уравнения 1. I ь x . Она неоднозначна вследствие многообразия процессов, протекающих на поверхности электродов при переходе вещества из твердого состояния в газообразное. К ним следует отнести процессы излучения и поглощения возбужденных частиц в низкотемпературной плазме, процессы выхода излучения из облака разряда . Кроме этого, существенное влияние на интенсивность излучения данного элемента оказывает количественный и качественный состав других элементов путем их непосредственного взаимодействия с атомами и ионами контролируемого элемента. Данное явление получило название влияния третьих элементов. И, наконец, сказывается влияние условий проведения эксперимента силы разрядного тока, индуктивности контура, определяющей длительность переходных процессов в цепи разряда, мощность и продолжительность выбранных режимов. Для устранения влияния режимов эксперимента в 1. Внутренний стандарт здесь применяется в качестве дополнительного элемента, следящего за условиями получения спектра. Для исключения других причин, обусловливающих влияние качественного состава пробы и особенностей процессов в плазме, уравнение 1. В этом случае параметры а и Ь считаются постоянными, т. Да0 ДЬ0. Задача практического определения массовых долей элементов сводится к подстановке в формуле 1. Для этого при фотографическом способе анализа пользуются разностью почернений спектральных линий элемента и л линии сравнения, образующих аналитическую пару. При фотоэлектрическом хметоде определения процентного содержания измеряют относительное напряжение, соответствующее излучению данной длины волны. Каждый из этих случаев имеет свои особенности и поэтому подлежит рассмотрению в каждом отдельном случае. В этом случае используется свойство фотопластинок преобразовывать световое излучение в почернение пропорциональное .