Control Systems and Computers, N2, 2023, Стаття 2
Surovtsev I.V., Sieriebriakov A.K. Method of Elements Identification in the Multicomponent Signal. Control Systems and Computers. 2023. № 2. С. 19-26.
УДК 681.5.015
І.В. Суровцев, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, зав. відділом цифрових систем екологічного моніторингу, Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН та МОН України, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1133-6207, igorsur52@gmail.com
А.К. Серебряков, аспірант, молодший науковий співробітник, відділ інтелектуального керування, Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН та МОН країни, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3189-7968, sier.artem1002@outlook.com
МЕТОД ІДЕНТИФІКАЦІЇ ЕЛЕМЕНТІВ У БАГАТОКОМПОНЕНТНОМУ СИГНАЛІ
Вступ. У процесі вимірювання наднизьких концентрацій токсичних елементів під час здійснення екологічного моніторингу довкілля часто застосовують дуже чутливі електрохімічні методи інверсійної хронопотенціометрії (ІХП). Для цього методу аналізу суттєвим є ідентифікація та визначення часу інверсії хімічного елемента в багатокомпонентному диференційному зворотному сигналі інверсії (сигналі інтенсивності), де час є аналітичною характеристикою концентрації.
Фізично сигнал інтенсивності є сумою двох хімічних процесів у часі – ємнісного фонового розряду електродів (базова крива) та суми інверсії компонентів (хімічних елементів), які можуть частково перекриватися. Застосування моделі сигналу інтенсивності, яка враховує всі хімічні процеси, сприяє точнішому та стабільнішому вимірюванню концентрацій елементів завдяки ідентифікації та стандартизації визначення часу інверсії, який не залежатиме від людських факторів визначення хіміком-аналітиком діапазонів потенціалів інверсії кожного елемента.
Мета. Розробити та застосувати генеративну модель багатокомпонентного диференційного сигналу інверсійної хронопотенціометрії в координатах потенціалів у часі у вигляді моделі ємнісного фонового розряду електродів та суми моделей компонентів інверсії хімічних елементів, заданих несиметричними функціями нормального розподілу.
Методи. Визначення концентрації здійснюється методом інверсійної хронопотенціометрії. Параметрична ідентифікація здійснюється методом найменших квадратів.
Результати. У роботі проаналізовано застосування ідентифікації хімічних елементів на різних тестових прикладах під час визначення концентрацій хімічних елементів методами ІХП шляхом побудови математичної моделі багатокомпонентного сигналу інтенсивності, який є диференційним сигналом інверсії.
Застосування моделі сигналу інтенсивності не спотворює інтегральні характеристики компонентів хімічних елементів, які є аналітичними характеристиками вимірювання концентрації. Відносна похибка визначення інтегральних характеристик не перевищувала значення 5%, що є допустимим в інженерних розрахунках.
Висновки. Використання запропонованого підходу до ідентифікації хімічних елементів з моделюванням багатокомпонентних сигналів дає змогу цілковито автоматизувати процес вимірювання концентрацій, який не залежатиме від уміння хіміка-аналітика визначати потенціали діапазонів інверсії елементів, що збільшить точність, повторюваність та надійність аналітичних досліджень.
Автоматизація процесу ідентифікації уможливила розробку аналітичної системи «Аналізатор ІХП» з використанням імпульсних методів ІХП та методики вимірювання концентрацій 14 токсичних елементів (Pb, Cd. Cu, Zn, As, Hg. Ni, Co, Cr, Se, I, Mn, Sn, Fe) у питній воді, харчових продуктах, ґрунтах та в об’єктах довкілля, з чутливістю до 0,01 мкг/дм3.
Основними напрямами подальших досліджень буде розроблення технології експрес аналізу для здійснення польових вимірювань токсичних елементів.
Завантажити повний текст! (англійською)
Ключові слова: параметрична ідентифікація, генеративна модель, багатокомпонентний сигнал, нормальний розподіл, базова крива, пік сигналу, логарифмічні координати, метод найменших квадратів.
Надійшла 21.07.2023
