Алгоритм идентификации веществ по набору спектров вторичного излучения
1
УДК 543.426, 519.6
Алгоритм идентификации веществ по набору спектров
вторичного излучения
© Н.С. Васильев, А.Н. Морозов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Предложено для увеличения селективности и надежности химического экспресс-
анализа веществ одновременно использовать несколько спектров схожей или
различной физической природы, расширить применение метода наименьших
квадратов для многодиапазонной методики, для выравнивания вкладов от всех
используемых спектров в целевой функции нормировать их либо на величину из-
меренного спектра, либо на величину эталонного спектра. На основе целевых
функций невязки измеренных спектров с эталонными получен классификатор,
позволяющий проводить экспресс-анализ веществ. Приведена методика исполь-
зования для статического фурье-спектрометра видимого и ближнего ультрафио-
летового диапазонов для регистрации веществ. Проанализирована эффективность
классификаторов путем построения ROC-кривых и выбран оптимальный алгоритм.
Полученные результаты могут быть применены для увеличения надежности рабо-
ты приборов экспресс-анализаторов, а также мобильных лабораторий и комплек-
сов химического мониторинга окружающей среды.
Ключевые слова:
спектроскопия, идентификация вещества, химический монито-
ринг, ультрафиолетовый спектр, метод наименьших квадратов, задача классифи-
кации, ROC-анализ.
Благодаря развитию средств регистрации, возбуждения и обра-
ботки спектров стало возможным создание экспресс-анализаторов
химического состава веществ. Эти приборы применяются в службах
мониторинга экологии окружающей среды, в правоохранительных
органах и др. Наибольшее применение получили приборы на основе
эффекта комбинационного рассеяния света (КРС) ([1–3], фотолюми-
несценции [4], рентгенолюминесценции [5], хроматографии и масс
спектроскопии [6–9], инфракрасной (ИК) абсорбционной спектро-
скопии [10–13]. Каждый метод имеет свои особенности, которые
определяют область его применения. Так, спектрометры КРС, обла-
дая высокой селективностью (информативностью) спектров, имеют
малую интенсивность и, как следствие, потребность в длительных
экспозиция; кроме того, не все вещества активны для этого вида
спектроскопии. Фотолюминесценция имеет высокий квантовый вы-
ход, но получение селективных спектров сопряжено с техническими
трудностями возбуждения и регистрации электронных переходов в
средней и дальней ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Рентге-
нолюминесценция, возникая при «внутренних» переходах электро-
нов, позволяет эффективно исследовать присутствие химических
элементов, но не связи, которые они образуют. Хроматография, как и
