仪器分析大连理工大学1.2计算机与仪器分析.ppt

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1、第一章绪论1.2.1计算机对仪器分析发展的促进1.2.2仪器分析中的计算机应用技术1.2.3分析仪器的性能指标1.2.4网络中的仪器分析资源第二节计算机与分析仪器IntroductionComputerandinstrumentanalysis2021/9/81.2.1计算机对仪器分析发展的促进作用1.促进仪器分析自动化计算机已经成为分析仪器的重要组成部分，如色谱自动进样器、色谱工作站、电化学工作站等。2021/9/82021/9/8色谱工作站2021/9/8计算机分析仪器工作站2021/9/8工作站2021/9/82.促进新分析仪器出现现代

2、分析仪器是建立在计算机基础之上，如傅立叶变换红外光谱仪；联用仪器；二极管阵列检测器(三维显示)；微流控分析芯片技术、二维核磁等。2021/9/83.提高仪器性能4.实现分析仪器的智能化、网络化、人性化5.未来的网络分析实验室用户：传感器+计算机+网络数据网络分析实验室结果资源共享2021/9/8网络虚拟实验室2021/9/81.2.2仪器分析中的计算机应用技术1.计算机数据采集与控制计算机：数字符号分析仪器：模拟信号(电压或电流)Digital-AnalogConverter（DAC）作用：将数字信号转变成模拟量，实现计算机控制。Analo

3、g-DigitalConverter（ADC）作用：将模拟量转变成数字信号，实现数据连续采集。计算机接口分析仪器接口(信号转换)2021/9/82021/9/8DAC原理图2021/9/8DAC原理在一个二进制数字的每一位上对应产生一个与它的数字及权重成正比的电流，并将每一个逻辑为1的数位的电流相加，成为相应的电流模拟量（或电压模拟量）。每一个电阻值与“权”对应，权值越大，电阻越小。二进制数的每一位控制一个开关。1开；0关。2021/9/810位二进制数码经DAC转换对应的电压值2021/9/8ADC（模/数转换器）原理与作用作用：将连续的模拟

4、量形式的数据转变成非连续的二进制形式数据。实现计算机数据采集。DAC的逆过程。种类：积分式：高精度，低速度；跟踪式：高速，易受噪声影响；多比较器式：最高速，高分辨；逐次逼近式：高速，高分辨。2021/9/8ADC原理设定一数据值，送入DAC，产生Vb，与Vi比较，C满足要求时，输出一个二进制数字。类似于天平称量加砝码，但由大到小。多比较器式（右图）10位，需1023个的转换器，每个比较器对应一个逻辑输出。2021/9/8有关问题（1）采样保持电路转换需一定时间，在转换时，保持输入量。（2）干扰及其抑制干扰源：电器、电机等。通过阻抗耦合、电场耦

5、合、磁场耦合等途径进入数据采集系统。如右图所示加屏蔽线，正确接地，屏蔽线应接现场地。2021/9/8Nyquist采样规则计算机处理的任何变量都只能是分立取值，数组；如果要无限精确描述一个连续量-采样间隔为零；受采样速度，存储空间限制，实际不可能也不必要。如何确定采样频率，保证信号不失真？采样频率：以最高频率的2倍速度采样。2021/9/82.计算机信息处理(1)绘图、显示（三维）(2)含量计算(3)曲线拟合、平滑、插值、求导(4)模拟、预测2021/9/8曲线拟合用数学方法将获取的数据作曲线拟合。方法：（1）由实际获得的曲线找出与此曲线适应的

6、数学模型；（2）以实验得到的数据对(xi,yi)，代入数学模型，用最小二乘法求出模型中的待定参数。关键点：选择正确的数学模型。例：非正态色谱曲线，可采用r函数与指数衰减曲线相结合的数学模型。2021/9/8曲线的平滑处理曲线平滑处理可以去除数据集合中的随机噪声，保留有用信息，提高信噪比。小波动：随机噪声大波动：包含有用信息方法：boxcar平均化；移动窗口均化；最小二乘多项式平滑（Savitzky-Golay卷积法），最常用的方法。注意点：不正确的平滑处理可能会将微弱信号当作噪声处理掉。2021/9/8信号求导消除背景和重叠峰的干扰，提高分辨率

7、和灵敏度。方法：模拟微分电路或求导程序软件。微分谱比原谱对谱特征的细微变化反应要灵敏得多，被隐藏的谱的特征可以通过对原谱图的微分而得到加强。应用：（1）光谱图、色谱图：重叠峰、弱肩峰的区分；（2）电位滴定曲线的导数曲线容易确定滴定终点。注意点：微分时，原谱的噪声也被加强，高阶导数谱的噪声增大得更明显，解决方法：对原谱进行平滑处理。2021/9/8多元分析方法如何在大批实验数据中总结出有用的规律或者挖掘出有用的信息?多元分析是一类计算机信息处理、信息挖掘技术，特别适合用于从多种因素影响的大量实验数据中总结规律。多元分析应用领域：处理卫星照片，指纹

8、鉴别，文字和语音识别，多参数、多变量问题的处理。分析化学中的应用：（1）多种微量元素的分布与健康（或疾病）的关系；（2）物质中复杂成分的含量分析；（3