儀器分析大連理工大學(xué)12計(jì)算機(jī)與儀器分析課件

第一章

緒論1.2.1計(jì)算機(jī)對儀器分析發(fā)展的促進(jìn)1.2.2儀器分析中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)1.2.3分析儀器的性能指標(biāo)1.2.4網(wǎng)絡(luò)中的儀器分析資源第二節(jié)

計(jì)算機(jī)與分析儀器IntroductionComputerandinstrumentanalysis

2023/2/61.2.1

計(jì)算機(jī)對儀器分析發(fā)展的促進(jìn)作用1.促進(jìn)儀器分析自動(dòng)化

計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為分析儀器的重要組成部分，如色譜自動(dòng)進(jìn)樣器、色譜工作站、電化學(xué)工作站等。2023/2/62023/2/6計(jì)算機(jī)分析儀器工作站2023/2/6工作站2023/2/6

2.促進(jìn)新分析儀器出現(xiàn)

現(xiàn)代分析儀器是建立在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上，如傅立葉變換紅外光譜儀；聯(lián)用儀器；二極管陣列檢測器(三維顯示)；微流控分析芯片技術(shù)、二維核磁等。2023/2/6網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室2023/2/61.2.2儀器分析中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)1.計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制

計(jì)算機(jī)：數(shù)字符號分析儀器：模擬信號(電壓或電流)Digital-AnalogConverter（DAC）作用：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成模擬量，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。Analog-DigitalConverter（ADC）作用：將模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)采集。計(jì)算機(jī)接口分析儀器接口(信號轉(zhuǎn)換)2023/2/62023/2/6DAC原理

在一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字的每一位上對應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)與它的數(shù)字及權(quán)重成正比的電流，并將每一個(gè)邏輯為1的數(shù)位的電流相加，成為相應(yīng)的電流模擬量（或電壓模擬量）。

每一個(gè)電阻值與“權(quán)”對應(yīng)，權(quán)值越大，電阻越小。二進(jìn)制數(shù)的每一位控制一個(gè)開關(guān)。1開；0關(guān)。2023/2/610位二進(jìn)制數(shù)碼經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換對應(yīng)的電壓值2023/2/6ADC（模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）原理與作用

作用：將連續(xù)的模擬量形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成非連續(xù)的二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集。DAC的逆過程。種類：積分式：高精度，低速度；跟蹤式：高速，易受噪聲影響；多比較器式：最高速，高分辨；逐次逼近式：高速，高分辨。2023/2/6有關(guān)問題（1）采樣保持電路轉(zhuǎn)換需一定時(shí)間，在轉(zhuǎn)換時(shí)，保持輸入量。（2）干擾及其抑制干擾源：電器、電機(jī)等。通過阻抗耦合、電場耦合、磁場耦合等途徑進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。如右圖所示加屏蔽線，正確接地，屏蔽線應(yīng)接現(xiàn)場地。2023/2/6Nyquist采樣規(guī)則

計(jì)算機(jī)處理的任何變量都只能是分立取值，數(shù)組；如果要無限精確描述一個(gè)連續(xù)量-采樣間隔為零；受采樣速度，存儲空間限制，實(shí)際不可能也不必要。如何確定采樣頻率，保證信號不失真？采樣頻率：以最高頻率的2倍速度采樣。2023/2/62.計(jì)算機(jī)信息處理(1)繪圖、顯示（三維）(2)含量計(jì)算(3)曲線擬合、平滑、插值、求導(dǎo)(4)模擬、預(yù)測2023/2/6曲線的平滑處理

曲線平滑處理可以去除數(shù)據(jù)集合中的隨機(jī)噪聲，保留有用信息，提高信噪比。小波動(dòng)：隨機(jī)噪聲大波動(dòng)：包含有用信息方法：

boxcar平均化；移動(dòng)窗口均化；最小二乘多項(xiàng)式平滑（Savitzky-Golay卷積法），最常用的方法。注意點(diǎn)：不正確的平滑處理可能會(huì)將微弱信號當(dāng)作噪聲處理掉。2023/2/6信號求導(dǎo)

消除背景和重疊峰的干擾，提高分辨率和靈敏度。方法：模擬微分電路或求導(dǎo)程序軟件。微分譜比原譜對譜特征的細(xì)微變化反應(yīng)要靈敏得多，被隱藏的譜的特征可以通過對原譜圖的微分而得到加強(qiáng)。應(yīng)用：

（1）光譜圖、色譜圖：重疊峰、弱肩峰的區(qū)分；（2）電位滴定曲線的導(dǎo)數(shù)曲線容易確定滴定終點(diǎn)。注意點(diǎn)：微分時(shí)，原譜的噪聲也被加強(qiáng)，高階導(dǎo)數(shù)譜的噪聲增大得更明顯，解決方法：對原譜進(jìn)行平滑處理。2023/2/6多元分析方法

如何在大批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中總結(jié)出有用的規(guī)律或者挖掘出有用的信息?

多元分析是一類計(jì)算機(jī)信息處理、信息挖掘技術(shù)，特別適合用于從多種因素影響的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中總結(jié)規(guī)律。

多元分析應(yīng)用領(lǐng)域：處理衛(wèi)星照片，指紋鑒別，文字和語音識別，多參數(shù)、多變量問題的處理。分析化學(xué)中的應(yīng)用：（1）多種微量元素的分布與健康（或疾?。┑年P(guān)系；（2）物質(zhì)中復(fù)雜成分的含量分析；（3）各種譜的特征與性質(zhì)關(guān)系；（4）分子結(jié)構(gòu)與譜特征的關(guān)系。2023/2/6輔助光譜圖解析系統(tǒng)

基于譜圖庫的輔助解析系統(tǒng)確定化合物結(jié)構(gòu)：紅外、核磁、質(zhì)譜。1969年，斯坦福大學(xué)的DENDRAL系統(tǒng)；1976年，PBM系統(tǒng)，美國Cornall大學(xué)，質(zhì)譜圖解析；1977年，SISCOM系統(tǒng)，前聯(lián)邦德國煤炭研究所，質(zhì)譜圖解析。譜圖存儲方法：原則：節(jié)省空間，不遺漏信息：保存峰數(shù)據(jù)；按波長取數(shù)據(jù)。查詢對比方法（檢索）：需要考慮儀器誤差(峰位、峰強(qiáng))，判斷相似程度的定量指標(biāo)。2023/2/6智能化分析儀器

示意圖分析儀器熱、光、電新技術(shù)新型材料、電子器件操作分析對象控制信號實(shí)施檢測數(shù)據(jù)庫信息數(shù)據(jù)處理方法描述報(bào)告結(jié)果判斷多媒體計(jì)算機(jī)人工智能專家系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)2023/2/6(2)靈敏度

分析儀器的響應(yīng)值與濃度(或量)改變一個(gè)單位時(shí)所引起的信號的變化，y/c(IUPAC給出的定義)；單純靈敏度高不能保證有低的檢測限；檢測限與B有關(guān)，B來自隨機(jī)噪聲，信號變化可能被噪聲淹沒。2023/2/6(3)信噪比(S/N)的提高

途徑：a.改善信號的測量技術(shù)；b.信號經(jīng)過適當(dāng)處理;

c.優(yōu)化。(a)信號的平均:噪聲信號(b)濾波和調(diào)制2023/2/63.

分辨率

衡量儀器分辨干擾信號與組分信號或難分離兩組分信號的能力指標(biāo)。光譜儀器：分辨率是指將波長相鄰的兩條譜線的分開能力。

R=/

質(zhì)譜法：區(qū)分兩個(gè)可分辨質(zhì)量的能力。

R=m/m

色譜法：2023/2/61.2.4網(wǎng)絡(luò)中的儀器分析資源1.數(shù)據(jù)庫

各種數(shù)據(jù)查詢。2.期刊與文獻(xiàn)

最新文獻(xiàn)的最快查閱方法，時(shí)實(shí)信息