Разработка и апробация угольно-пастовых электродов на основе моторных масел
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
В»ьзование мультиэлектродных систем оправдано лишь в том случае, если они позволяют решать задачи, принципиально недостижимые с помощью единичных электродов. Побудительными мотивами применения мультиэлектродных систем в ВА являются:
расширение перечня определяемых соединений, каждое из которых дает селективный сигнал-отклик только одного электрода мультиэлектродной системы;
объединение нескольких электродов в единый блок для облегчения обработки сигналов (блок операционного контроля, усиления и обработки сигналов отдельных электродов);
одновременное определение нескольких соединений, сигналы-отклики которых частично перекрываются друг с другом и с сигналами матричных или мешающих компонентов; выделение индивидуальных откликов производится путем простейших манипуляций, таких как нахождение разностного сигнала двух электродов и др.;
установление значений сигналов-откликов нескольких компонентов, взаимно влияющих друг на друга, с помощью методов статистического анализа (многопараметрическая обработка данных);
получение непараметрической информации, связанной с химическим составом объекта анализа (оценка качества продукта, его происхождения, присутствие в нем особо опасных компонентов и т.п.).
Первые два случая не выходят за рамки традиционного применения электродов в вольтамперометрии, поскольку объединение их в единую систему не меняет характеристик отдельных измерений. В этих случаях мультиэлектродные системы представляют собой массив нескольких электродов, сигналы которых не связаны друг с другом и не оказывают взаимного влияния на параметры селективности и чувствительность определения отдельных компонентов. Компьютер воспринимает отклики электродов и анализирует сигналы, давая на выходе результат анализа (рис. 1.1). Создание таких систем диктуется требованиями миниатюризации и автоматизации измерений, а также снижением их стоимости. Желательно, но не обязательно, чтобы операционные характеристики отдельных электродов совпадали.
Другие варианты мультиэлектродных систем предполагают обработку массива экспериментальных данных (измерений) с помощью методов хемометрики, направленных как на оценку метрологических характеристик, особенно в случае нелинейных и многопараметрических концентрационных зависимостей сигнала, так и на выделение сигналов-откликов индивидуальных компонентов [3-7]. В отдельную группу выделены методы, призванные решать задачи, не связанные с установлением концентраций веществ, - методы установления различий и близости объектов по априорным или апостериорным критериям, которые применяются в экспертных системах.
Рис. 1.1. Массив вольтамперометрических сенсоров
Заметим, что методы, основанные на применении мультиэлектродных систем с математическими способами классификации данных измерений, первоначально развивались в области газового анализа, где подобные системы получили название электронный нос. Несколько позднее появились мультиэлектродные потенциометрические устройства на основе ИСЭ, сначала на основе халькогенидных стекол, а затем на основе комплексов переходных металлов, для которых по аналогии было предложено название электронный язык [2, 8, 9]. Разработка систем электронный язык стимулируется желанием смоделировать и расширить возможности человека, а в некоторых случаях заменить такую человеческую способность, как восприятие вкуса. В частности, разработан вкусовой сенсор на основе полимерных липидных мембран, позволяющий различать сладкие, горькие, кислые и соленые растворы [10-12]. Поскольку в указанных системах используются методы обработки данных высокой размерности и нейрокомпьютерные подходы, то электронный язык можно рассматривать как ветвь развития искусственного интеллекта - электронного мозга.
Для обработки сигналов мультиэлектродных систем в ВА обычно используются стандартные программные пакеты, реализующие общие подходы к обработке массивов многомерных данных, такие как искусственные нейронные сети или метод главных компонент. Следует отметить, что несмотря на наличие стандартных алгоритмов обработки данных измерений, применение мультиэлектродных систем часто требует индивидуальных подходов, опирающихся на особенности генерирования сигналов-откликов электродов [13-15] и их операционные характеристики. В частности, до сих пор большинство методов хемометрической обработки данных в ВА не согласованы по времени с получением многомерного сигнала и их обработка проводится в отрыве от процесса его генерирования. Иными словами, получение сигнала и его обработка не совмещены по времени и ограничивают возможности автоматизации измерений.
.2 Применение методов хемометрики в мультисенсорных системах типа электронный язык
.2.1 Методы качественного анализа
Наиболее распространенным методом в решении задач качественного анализа является метод главных компонент (МГК), позволяющий эффективно сжать многомерные данные и представить полезную химическую информацию в более компактном виде, удобном для визуализации и интерпретации [16].
В методе главных компонент в n-мерном пространстве строится эллипсоид, наилучшим образом охватывающий данные измерений. Затем эти данные переносятся в другую систему координат, осями которой являются главная (ГК1) и перпендикулярная ей (ГК2) оси эллипсоида, а центром - среднее арифметическое из всех измерений. Координат