Введение к работе
Актуальность работы. Широкое распространение методов атомной и ядерной спектроскопии в различных областях фундаментальных и прикладных исследований, таких, как экология, биология, медицина, элементный анализ, физико-химические исследования, пробоотборныи анализ, делает актуальной задачу автоматизации обработки спектрометрической информации. Разработка и внедрение интеллектуальных автоматизированных рабочих мест на базе профессиональных персональных ЭВМ позволяют выйти на .качественно новый уровень обеспечения научных исследований, опытно-конс-труктсрских работ и управления сложным наукоемким производством.
В настоящее время для экспрессного получения информации о строении и свойствах вещества наиболее широко используются иетоды. основанные на измерении рентгеновских, гамма- или альфа-сзлучений. Вследствие технического усовершенствования регистрирующей аппаратуры л. - соответственно, увеличения точности ізмерения экспериментальных данных возникает необходимость создания новых математических моделей, адекватно описывающих гсследуемые физические явления и процессы.
Обработка и интерпретация наблюдаемых данных сводится к )ешению обратных задач регуляризирующими методами и статиети-іескими процедурами с целью извлечения максимума достоверной інформации из результатов эксперимента. Поэтому вопросы разработки алгоритмов решения такого типа задач, как декомпозиция іазличних спектров, приближение базовой (фоновой) компоненты пектра, оценивание параметров спектроподобных кривых, разделе-ие мулътиплетоь, кмєюї важнее значение при создании ангомати-ированных рабочих мест (АРМ) исследователя-спектрометриста.-
Для успешного решения некорректно поставленных^обратных адач анализа и интерпретации результатов экспериментов1 требу-тся дополнительная априорная информация, а также определенный пыт и знания исследователя-эксперта. Однако до сих пор прог-аммные. комплексы обработки экспериментов были рассчитаньг-на рофессионала-эксперта в своей области. Создание экспертной исТемы в рамках программного обеспечения АРМ позволит! техноло-ам и исследователям использовать накопленный опыт [экспертов га автоматизированной обработки спектрометрических данных.
Ї і
I - 4 -
Заметное| место среди других методов современной аналитической химии1 в настоящее время занимает рентгенофлуоресцентныи метод определения химического состава веществ, в связи с чем актуальной становится проблема создания АРМ химика-аналитика— для автоматизации обработки и интерпретации результатов экспериментов- по рентгенофлуоресцентному анализу (РФА) образцов".
Цель работы - создание математического, программного и экспертного обеспечений АРМ исследователя и технолога для. выполнения полной обработки результатов спектроскопических экспериментов.
Основные задачи работы:
вывод функциональных зависимостей, аде::ватно описывающих форму одиночных линий и базовых компонент рентгеновских,' гамма-и альфа-спектров в рассматриваемых экспериментах;
разработка методов декомпозиции рентгеновских, гамма- и альфа-спектров, включая алгоритмы приближения базовой компоненты, оценивания параметров спектроподобных кривых и разделения мультиплетов;
создание программного обеспечения полной обработки экспериментальных спектрометрических-данных, с элементами экспертной поддержки пользователя на всех этапах обработки;
создание АРМ химика-аналитика-вс-рентгенофлуоресцентному анализу веществ.
Научная новизна работы.
Для классов гамма-, альфа- и. рентгеновских излучений исследуемых образцов веществ разработаны новые многокомпонентные математические модели спектров, отражающие особенности -используемой регистрирующей аппаратуры.
Разработана методика обработки и интерпретации рентгеновских, альфа- и гамма-спектров. В частности, предложены и обоснованы существенно учитывающие специфику экспериментальных данных и априорную информацию об исследуемых явлениях
алгоритм приближения фоновой компоненты рентгеновских спектров в рамках параметрической функциональной зависимости -полиномиальной экспоненты,
способ предварительного оценивания декремента (сложного нелинейного параметра) и его последующего уточнения в рамках итерационного процесса,
метод выбора параметров сетки при переходе от
- о -мультиплета к сумме экспонент,
- алгоритм расчета интенеивностей и концентраций элементов в условиях РФА веществ.
Указанные модели и алгоритмы используются в выставляемых
на защиту компонентах АРМ обработки гамма-, альфа- и рентге
новских спектров.
Разработан сценарий экспертной поддержки АРМ по анализу спектрометрической информации. Создано экспертное обеспечение: информационная и обучающая системы на базе ППП "SPECTRUM".
Защищаемые положения.
-
Многокомпонентные математические модели гамма-, альфа-и рентгеновских спектров от полупроводниковых детекторов.
-
Новые компоненты алгоритмов декомпозиции гамма-, альфа-и рентгеновских спектров.
-
Компоненты АРМ:
ШШ "SPECTRUM" декомпозиции гамма-спектров,
компоненты ШШ "Альфа-ЕС" обработки альфа-ёпектров,
ППП "RFA", "RFA1" по анализу рентгеновских спектров..
4. Сценарий экспертной поддержки АРМ обработки спектромет
рической информации.
Практическая значимость работы.
Работа проводилась в соответствии с Договором "Создание АРМ для научных исследований к управления наукоемкими технологическими процессами" на основании Госзаказа на проведение НИР и ОКР по проекту N 106 "Интеллектуальные АРМ для научных исследований и управления технологическими процессами" государственной научно-технической программы "Перспективные информационные технологии".
Пакет программных модулей "Альфа-ЕС", предназначенный для обработки амплитудных альфа-спектров проб выбросов в атмосферу и воздуха рабочих помещений, используется на производственном объединении "Маяк" (г. Челябинск-65).
ППП "RFA1", позволяющий автоматизировать рабочее место химика-аналитика по рентгенофлуоресцентному. анализу микрокомпонентов почв, используется в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского (г. Москва).
ППП "SPECTRUM" полной обработки гамма-спектров использовался в качестве компьютерной поддержки учебного курса "Дополнительные главы численных методов, математического моделирова-
- 6 -ния и компьютерных технологий" для студентов, аспирантов, слушателей инженерных потоков факультетов ЕМиК и механико-математического МГУ; в системе повышения квалификации и переподготовки инженеров-технологов при проведении семинаров и практикумов в Центральном институте повышения квалификации (г. Обнинск).
ІШП обработки результатов спектрометрических экспериментов переданы мГП "СиСА" (г.Москва, Институт Механики МГУ) для внедрения и распространения.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на- заседании рабочей группы по обработке спектрометрической информации (г.Новороссийск, пос.Абрау-Дюрсо, 1990), на Всесоюзной школе "ЭЕМ в химии" (г. Звенигород, 1390), на Международном семинаре-выставке-ярмарке "Автоматизация научных экспериментов на основе перспективных информационных технологий" (г.Москва, 19910, на Всесоюзной конференции "Математические методы и ЭВМ з аналитической химии" (г.МрскЕа, 1991), на Международной конференции "Восток-Запад по новым информационным технологиям в образовании" (г. Москва, 1992).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы б работах [1-5].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и трех приложений. Объем диссертации без приложений - 158 страниц. Библиография включает 82 наименования. Диссертация содержит 16 рисунков, 5 таблиц.
