1 2计算机与仪器分析.ppt

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 1.2.1 计算机对仪器分析发展的促进作用 色谱工作站 计算机分析仪器工作站 工作站 2.促进新分析仪器出现 网络虚拟实验室 1.2.2仪器分析中的计算机应用技术 DAC原理图 DAC原理 10位二进制数码经DAC转换对应的电压值 ADC（模/数转换器）原理与作用 ADC原理 有关问题 Nyquist采样规则 2.计算机信息处理 曲线拟合 曲线的平滑处理 信号求导 多元分析方法 3.专家系统与人工智能 辅助光谱图解析系统基于谱图库的辅助解析系统 智能化分析仪器示意图 1.2.3 分析仪器的性能指标1. 信号与噪声 2. 检出限与灵敏度 (2)灵敏度 (3) 信噪比(S/N)的提高 3. 分辨率 1.2.4 网络中的仪器分析资源 内容选择 衡量仪器分辨干扰信号与组分信号或难分离两组分信号的能力指标。光谱仪器：分辨率是指将波长相邻的两条谱线的分开能力。 R = ? / ?? 质谱法：区分两个可分辨质量的能力。 R = m / ?m 色谱法： 第二节 计算机与分析仪器 Introduction Computer and instrument analysis 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。 现代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。 3.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 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-Analog Converter （ DAC） 作用：将数字信号转变成模拟量，实现计算机控制。 Analog - Digital Converter （ 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) 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。 作用：将连续的模拟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。 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。 （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。 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。 (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 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。 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