khimie.ru

Многое из того, что говорилось выше о приборах автоматизации, гибридизации и миниатюризации, непосредственно связано с использованием компьютеров. Первые ЭВМ, которые можно было использовать для химического анализа, явились в конце 1950-х гг. Относительно компактный и недорогой по тем временам компьютер РОР-1 был создан фирмой «Digital Equipment» в 1959 г.; он получил довольно широкое распространение. Компьютер РОР-1 был пригоден для соединения (через соответствующий интерфейс) с аналитическими приборами, растворящими в режиме online. Компьютер не только обрабатывал масивы данных (результаты измерений), но и мог управлять приборами.

Первые работы по применению компьютеров в анализе имели общеметодологическое значение: были выявлены пути взаимодействия человека и ЭВМ в режиме реального времени, компьютерные технологии и возможности аналитических приборов резко выросли с появлением интегральных схем на кремовой основе. Компьютеры стали меньше по размеру и гораздо дешевле. Выпущенный компанией «Digital Equipment» компьютер PDP-8 (1964) был в 10 раз дешевле РDР-1. Возможности для аналитиков существенно увеличились, но одновременно возникла проблема создания алгоритмов и специализированных программ, о 1968 г. был разработан алгоритм быстрого фурье-преобразования этот алгоритм можно было за несколько секунд ввести в миникомпьютер, имеющий память 8 килобайт. Использование преобразования Фурье имело важнейшее значение для развития прецизионной и высокочувствительной ИК спектроскопии. В конце 1960-х гг. компьютеры стали довольно широко применять в ведущих научно-исследовательских лабораториях. А еще не было пер­сональных компьютеров.

Первый доступный микропроцессор («Intel Со.»), появившийся в 1971 г., открыл дорогу небольшим по размеру и относительно дешевым компьютерам — компьютерам для миллионов людей. Очень скоро аналитические приборы: хроматографы, хромато-масс-спектрометры, рентгеновские, ИК- и ЯМР-спектрометры — стали оснащаться микропроцессорами, а к концу века обычным приемом стало подключение прибора к персональному компьютеру и управление прибором с помощью клавиатуры или «электронной мыши». Компьютеризированные приборы могут выдавать пользователю-аналитику не только величину аналитического сигнала, но и конечный результат количественного анализа — содержание определяемого компонента в исследуемой пробе. Расчет содержания компонента проводится автоматически — по полученному с помощью набора эталонов уравнению связи, которое хранится в памяти компьютера. Не менее эффектно применение компьютеров в качественном анализе, например в хроматографическом.

Теперь пользователь может даже не смотреть на хроматограмму пробы: система компьютерной идентификации (СКИ) выдаст на печать готовую таблицу, содержащую перечень опознанных компонентов. Расшифровка хроматограммы ведется в автоматическом режиме с помощью ранее созданной базы данных по характеристикам удерживания (насколько будут безошибочны результаты работы СКИ в каждом отдельном случае — это уже другой вопрос). Но миниатюризация химического анализа не сводится к появлению миниатютеризированных приборов. В 1980— 1990-е гг. в Европе стали говорить и писать об «аналитической химии, основа на компьютерах». Этим подчеркивалось появление методов, приемов, целых направлений аналитической химии, которые без компьютеров просто не могли бы родиться. Например, фурье-спектрометрия, компьютерное терное моделирование химико-аналитических процессов и методик анализа, разработка и применение информационно-поисковых систем. Были разработаны экспертные системы (вначале их называли системами искусственного интеллекта), предназначеные, в частности, для расшифровки структур органических с единений. Появились системы распознавания образов, в том числе мультисенсорные системы.

В широком плане распознавание образов — это особая математи ческая дисциплина, нацеленная на изучение совокупности объектов как целого на базе характеристик объектов, составляющих сово. купность. В приложении к аналитической химии — это получение обобщенного образа изучаемой пробы на основе измерения каких то характеристик компонентов этой пробы и последующей математической обработки полученных сигналов. Эта несколько расплыв чатая формулировка может быть уточнена: при распознавании об щего образа объекта мы не делаем покомпонентный анализ, не определяем каждый компонент отдельно. Если надо идентифицировать какие-либо образцы, то не важно, каким именно путем это сделает эксперт. Вовсе не обязательно количественно определять какие-либо ингредиенты вина, чтобы определить, подлинное это вино или фальшивка. С помощью развитого в 1990-е гг. подхода, называемого «электронным», или искусственным, «языком», можно решить задачу иначе. Используется совокупность ионселективных индикаторных электродов, скажем 20-25 электродов. Их сигналы обрабатывают на основе применения искусственных нейронных сетей. Реализация алгоритмов распознавания образов (метод главных компонент, кластерный анализ и др.) приводит к некоторому набору данных, характеризующему жидкую пробу (вино, чай или кофе) в целом, подобно тому, как точку можно охарактеризовать набором ее декартовы координат. Затем данные по разным пробам, в том числе эталонным образцам, сопоставляют между собой.