книга 2 (1110135), страница 75
Текст из файла (страница 75)
(В неорганическом 'аэлизе речь обычно идет о реакциях комплексообразования.) Известен (измерены), как правило, общие, аналитические концентрации Ре а ца компонентов, нужно же найти их равновесные концентрации, а а"ле Равновесные концентрации продуктов всевозможных реакций. С за ,, гматкческой точки зрения зта, твк называемая аря ааа, эадача Мсчс еже Раеноес гй пюдится к решению системы нелинейных урввне-' авй / (материального баланса), стандартной в вычислительном огношееа процедуре. Отметим лишь два распространенных алгоритм .
меюд 395 Ньютона — Рафсона и метод Гинзбурга. Заыетим также, что вьгшсл ниа тРебУют знаниЯ констант Равновесна возможных Реакций НО1, «О Онн Отсутств! ют е литературе; тОгда аналитикам приходьгтся опра делять их по экспериментальным денным. Это обрашкая задача ра, пга равновесий, основу математического аппарата вдесь составяя„ нелинейный МНК, В более сложных случаях модель объекта нв столь определе»н Характерные для обьектов данного вида соотношения между держанием разных компонентов приходится устанавливать по мно жеству типичных экспериментальных значений.
Естественно, этз "тренировочный", используемый для построения эмпирической модели набор денных должен включать и данные о содержании тех коц- поивнтов, которые впоследствии не будут определяться непосред- ственно. В этой области снова прибегают к математическим приемам и ком- пьютерным алгоритмам распознавания образов, прежде всего — клас- терному и факторному анализу. Заметим, что эти же подходы часто применяют и к построению такой математической модели обьекга, которая определяет связь состава и свойств последнего. Данная задача лежит уже вне рамок аналитической химии, но тесно к ней примыкает и нередко обсуждается в литературе по химии.
Эта глава является, по существу, лишь введением в обширную область компьюшризации кимического анализа. Л1нагие аапросм рассмотрены конспективно, ряд приложений апобще только упоминает- ся. Для углубленного знакомства с предметом полезно обратиться к журнальной периодике. Статьи, касающиеся применения компькпероа, публикуют все аналитические издания, такие как аЖурнач аналити- ческой химии" нли аАпа!уйса! СЬепгайгу".
два журнала в значитель- ной степени посавщены именно компьютеризации анализа. Это ауангпа! о! СЬеп~ошсгг!Оьа и ОСЬсгоошеспса «пб !пгей!Аепс ЬаЬогасогу Бужепж". Много интересного найдется в Общехимических изданиях "Сошрогегз !п СЬет!ассу", ауоцгва! о! Сопгрцгайопа! СЬепижгу' "МАТСВь (аМАТЬепгабса! СНегпнигу"). Наконец, существует мн' жество учебников и монографий. 1. Почему г в рят, что мкь р а яю,яеюя просю свсрхможкым ар~У мометрому Какие применения ЭВМ, помимо собственно вычиштсний, вы ися тс назвать! тсгж 2 ЭВМ выволняют сотни тысяч операций в секунду; это Легтсг ' Узэ' льио таи. Крупиью компьютеры, формально хараптериэующиеся бысгролыгюиием, зыьолюпот научные расчеты гораздо быстрге.
Кап аы думаете, почему? у ч т и т е, что: а) операции, число которых характеризует скорость счета, д~ощгяются с мащинными словами; б) лля обеспечения точности, иеобходий в научных «ычислениях, цифры, пап правило, должны прелстьзлятъся „ю,имтм с 32 лэоичиыми Разрядами. 3, Почему при цифровом дифференцировании обычно сначала аппроисимиРуют исходную кривую паним-либо гладним ноитуром? 4 Необходимо построить граруиргвочный графин для достато'юо широкого ,цэюпюна определяемых концентраций. По тому, нап располагаются эхсперишитальпые ючхн, андпс, что графин дслпиж быть ириволинейиым. В ващем Ржпорюкении еюъ лзе станаартиые программы, пригодные в ганой ситуации.
Пша пгюзодит кривую, поэьэуясь МНК с аппроксимацией пслинсмом, в друюй применяется сплайи-интерполяция. Капой вы воспочшуетесъ? б. Для компьютерной идентификации аргапичесних соединений при помощи НК- и масс-спентроскопии можно испольювать информационно-поисховую систему либо систему иснусстзепиыо иитююекта (экспертную систему). Капой вариант еы выберете, если речь идет об: а) «оитрсле загрязнений саруэюющей оралы; б) обслуживании нужд химипоэ-синтетиков, раэрабатыза вщнх новые фармакологические препараты? ГЛАВА ?б.
АВТОМАТИЗАЦИЯ АНАЛИЗА К «этсмнтизации аналитических процедур относит: оснюцение ыалитичесник приборов сервисными механиамзми и электронными гхемами; совдвние автономных анализаторов для промышленности и глинических аивлиаов; внедрение ЭВМ и др. Н этом многообрааин щпгно выделить три главных направленияг мехаиивация зналиаз, его ыто матизация и, наконец, автоматический аиалиа. Несмотря н» кажуэцюся тавтологию, между направлениями есть довольно сушествениые Различии. Па м е х в н и з в ц и е й анализа понимают азмеиу ручного тр?да м М машинным, таи что в ее сферу попадакч пробяемы виалитичесного п ибо Риборостроения и более широкого использования механических з алекс Роиных устройств на всех этапах аналитического цикла. Говоря аэто и а т и а а ц и и, имыот в виду передачу машине (компьюУикций контроля и управления.
Например, микропроцессорное гфу) е. ние — сканирование спектра в современном спектрофглометре. Раааени Рзой ил иллюстрацией являются также лабораторные роботы и лабора- 397 торные иомпьютерные системы, интегрирующие в единое целое ра „ родное оборудование. А в то и а т и ч е с к и й анализ базируется на несколы , ином подходе.
Если автоматизация и механизация относятся к от стадиям аналитического цикла (пробоотбор, пробоподготовка апре ление), то «втоматичегкий анализ подразумевает "вытеснение" чехол ка из всего цикла Для химика естественно отдельно разлагать обр эец, отдельно проводить иеобходиыые реакции, отдельяо выполнять определение(все зто мпжет происходить даже в разных помещениях „ «о всяком случае, е разной посуде). Такой подход ограничивает рост производительности в чрезвычайно ва:аном к частом а практике массовом анализе однотипных объектов. При серийном анализе образцу была бы естественнее проходить есе стадии сразу, с минимальныьщ задержками и по воаможности в минимальном рабочем пространстве Отому требованию удовлетворяют построенные по конвейерному прин ципу схемы автоматического анализа.
Возможно, их и следовало бм называть конвейерными. Приведенная классификация достаточно условна и, конечно, це единственно возможная. Так, учитывая различие з цели автоматизации, можно выделить автоматиаацньо лабораторного «налива и проиышленного, заводского. В последнем случее ча«то говорит об автсма.- тизированном технологнче «ом контроле, или автоматизированнои контроле качества.
!6.Е АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПРОМЫШЛВННЫЯ АНАЛИЗ Здесь преимущества автоматизации особенно очевидны. Она ас только повышаег производительность труда, но и влияет на качество готовой продукции. Высокая эксирессность автоматизированного ана. лиза позволяет более оперативно реагировать на изменение согшы сырья или промеасуточиых продуктов, точнсю выдерживать технолопг ческий режим (положительно сказывается и повышение точносгз анализа при автоматизацик). Задачи контроля технологи привыкли решать, наблюдая за танин' ив параметрами процесса, как температура реакционной снеси зл ила давление в реакторе, вязкость или плотность растворов и т.п. Нснсль зовали,конечно, и прямой химический анализ. Но лишь с появлению еысокоавгоматиаированных инструментальных методов стало вози чмиым следить за изменением химического состава в ходе техноло~'"' х а кого процесса, например применение многоканальных оптичаск" бмчзс рентгеновских кваитомегров в черной и цветной металлургии.
Об»' 398 „х соединяют с ЭВМ н даже устройством для подачи проб. Экономичюкий эффект от внедрения таких автоматизированных систем состав1ет немалую сумму. Вше болыпей сгешмью автоматизации аиалнаа характериауютс» обстаенно химические пРонзвоДства — нефтехимиЯ, тажелый оРганисзский синтез. действительно, анализ газов или жидких сред легче поддает«н автоматизации, чем определение состава твердык образцов.
Автоматические УстРойствз чаще всего Размепсают пРЯмо еиа потоке", „овтролируя состав в ключевых точках пропасса превращения сырья в продукцию. Поскольку из технологических регламентов известна, чтб, на фене чего и в ь ьнх примерна количествах нуя но определять, приборы па возможности упрощавж, еугекаяе потенциальные аналитические воэгюжности; тем самьпч облегчвегся полная автоматизация оставшихся функций. В промышленности же хроматографы глужэт анализаторами, автоматически получающими и мнтерпрегирующими денные. Среди всех аналиааторов, используемых в производстве, хроматографы встремются наиболее часто (болыпе 20%).
Нередко их осиюцают собствеинан микроЭВМ и ориентируют на специфику конкретного производства. Обычно также включение «нализаторсв в общую управляющую сяпнеу — АСУ. При этом автоматианруется уже не только анализ, ио э принятие решений. Головной компьютер АСУ, получив данные ьвшиза и заметив выход того или иного параметра состава за реглакентированные границы, способен выдать по цыси обратной связи увравляющий сигнал. Такого род» системы, базирующиеся в значительной мере именно на испальаоваиии газовых хроматогрэфов,широка применяются на предприятиях нефтепереработки, синтеза каучука а т.п. Кстати, анализ газов вообще хорошо автоматизирован. Так, состав 'сздуха в шахтах контролируют с помощью газоанзлизаторо» (наибоМе важно определять содержание метана, которое служит индииатоРы взрывоопагности).
Существуют гатоанализаторы для определения бг Вь СО, СОэ и других компонентов. Ннтересно ваметить, что специфика задач лромыюленного аналиаа 'эсто эсто отражается и в нестандартных, с точки зрения химике, принци'ах 'с Устройства анализаторов. Вряд ли в лабораторных условиях кто!Ябо ео окределнет концентрацию кислорода в газовых смыях по ыагннтий эос восприимчивости или содержание воды в нефтяной суспензии по ~юлек ектрической проницаемости. В промышленности же соотвегствуюНе в е приборы успешно нспользуютсн. 16.2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЯ ЛАЕОРАТОРНЫЯ АНАЛИЗ Самым ярким примером последовательной автоматизации лабо торного анализа являются лабораторные роботы. Это совсем жуж, направление, оно развивается с 1982 г.
РоГют — зто амашиив с человекоподобным поведением, когор „ частично или полностью выполняет функции человеке при вваимодей стени с внешним миром". В атом смысле почти любой современный аиалитичесний прибор является роботом; аналитическим роботом б и аппарат "Луноход", который отбирал пробы грунта и проводил анализ. Однако под лабораторными роботами обычно понимают устройства иного тина, так называемые роботы-манипулятор. Главная особш ность манипулятора — ннличие подвижной 'механической руки", на конца которой находится "кисть", предназнвченнал для удерживания набора рабочих инструментов. Инструментам может, например, быть микрашприц для ввода пробы в хроматограф; дозатор лля отмеризания растворов в реакционный сосуд; приспособление длн захвате химической посуды и т.п.
Поскольку сам робот неподвижен, его обычно располагают в центре рабочего пространства, а вокруг группируют зсе прочее оборудование. Робот, как правило, управляется командами (куда и насколььо переместить "руку", что сделать), записвниыын на особом языке, напоминающем обычный нзык программирования. Специальный встроенный блон запоминает введенные в процессе прогрвммировамия команды или непосредственно управляет работой при помощи комзьютера. Последнее более перспективно — создается возможность аосмысленно" реагировать н» изменение обстановки. В литературе опмсано даже применение системы лабораторных работ — персональный компьютер (его "интеллекта" более чем достаточно) для оптимизации аналитических методик.
При атом компьютер исполнял прогрмшу симплекс-оптимизации, а роботу периодически отдавались команлм "а проведение анализа (фотометрическое определение фосфата по Рс акции образования молибденовой сини) в новых условиях (менялись пропорции позирования реагентов). Получив от робота зарегистра рованиое значение аналитического сигнала, компьютер находил с"е дующую точку оптимизации, и весь цикл повторялся до тех пор пока не был достигнут искомый максимум чувствительности оправе ления. шве Что же делал в атом примере роботб Робот выполнял сЛГДУЮШ плотоперапии: 1) готовил раствор сравнения и измерял оптическую "л 400 ность; 2) дозиРоввл растворы «рамогенаого реагента (молибдата аммония), восстановителя (гидразина) и серной кислоты (необходимой для оздания среды) в реакционный сосуд — пробириу; 3) перемешивал, в иногда и нагревал пробирку; 4) переносил се е кюеетное отделение спектрофотомстра, преобразовывал выходной аналоговый сигнал прибтра а цифровое значение оптической плотности (пользуясь собственным АЦП) и передавал значение компьютеру.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
