ISBN 5-217-00915-2
В книге рассмотрены вопросы определения фазового и элементного состава вещества путем идентификации рентгенодифракционных, инфракрасных, рентгеновских и масс-спектров по базам стандартных спектральных данных. Описаны состав, структура и назначение ряда баз данных и систем автоматической идентификации. Рассмотрены теоретические основы процедуры идентификации, ее связь с задачами определения кристаллического строения соединений, результаты статистического изучения структуры базы рентгенодифракционных данных. Приведено большое количество примеров идентификации реальных объектов.
Книга предназначена для материаловедов, физиков, химиков, геологов, специалистов в области информатики.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Изучение природных и искусственных материалов в целях их последующего практического применения является одной из центральных проблем, возникающих в машиностроении, приборостроении, металлургии, в горнодобывающей, химической и строительной отраслях промышленности. Современные аппаратурные средства позволяют получать широкий набор физико-химических характеристик материалов, начиная с их технологических свойств — твердости, упругости, электропроводности и т.д. — и кончая информацией об их атомном и энергетическом строении, реальной структуре, свойствах поверхности. Важнейшей характеристикой любого материала является его элементный (химический) и фазовый состав; фактически от этих параметров, а также от кристаллической или молекулярной структуры соединения зависят остальные его свойства.
В современном понимании проблема определения состава материалов лежит на стыке таких отраслей знания, как информатика и физико-химические методы исследования вещества. Основой для ее решения являются спектральные и рентгенодифракционные данные, получаемые с помощью соответствующих аппаратурных средств. Собственно определение состава, в первую очередь — фазового, осуществляется путем сопоставления спектра изучаемого материала с набором стандартных спектров, полученных от известных веществ и хранящихся в памяти ЭВМ. Подобное хранилище информации, содержащее спектральные и физико-химические характеристики материалов, называется базой данных (БД). В последние десятилетия применение ЭВМ для производства сложных вычислений при обработке результатов исследований уже стало традиционным. Однако рассматриваемая проблема обладает некоторой спецификой: в данном случае ЭВМ используется не столько для расчетов, сколько для поиска в обширном информационном массиве материалов с такими параметрами, которые с определенной степенью точности соответствуют заданным. Успешное завершение процесса поиска и сопоставления характеристик неизвестного материала с хранящейся в БД информацией означает, что этот материал идентифицирован. Решение подобной задачи может оказаться достаточно сложным и далеко не всегда однозначным, особенно в тех случаях, когда изучаемый материал является смесью большого числа составляющих фаз, часть из которых присутствует в малых концентрациях.
Следует отметить, что идентификация некоторого объекта путем сопоставления его характеристик с параметрами содержащихся в БД стандартов является более общей проблемой, чем определение состава материалов. Задачи такого рода возникают ПРИ разработке АСУ, автоматизации проектирования, создании
ч
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие...........•................. 3
Глава 1. Картотеки и базы справочные рентгендифракционных и
спектральных данных.................. 6
1.1. Понятие о хранилищах справочные данник..... —
1.2. Картотеки и базы рентгенодифракционных порошковых
и кристаллоструктурнЕШ данных.......... 15
1.3. Картотеки и базы спектральных данных....... 28
1.4. Базы данных о комплексным составом ....... 36
1.5. Требования и справочным стандартам........ 40
Глава 2. Предварительная обработка спектральных данных.... 44
2.1. Структура процесса экспериментальных измерений и обработки данных................. —
2.2. Формы представления и моделирования спектральных данных....................... 51
2.3. Методы предварительной обработки спектральных дан-
........................ 56
Г л а. в а 3. Методические основы качественного рентгевофазового анализа.......................... 68
3.1. Физические принципы рентгенофазового анализа ... —
3.2. Обобщение задачи качественного анализа...... 71
3.3. Методика качественного рентгенофазового анализа
с использованием определителей и картотек..... 75
Глава 4. Автоматический качественный рентгенофазовый анализ . . 89
4.1. Стратегии автоматического качественного РФ А . ... —
4.2. Этапы развития систем автоматической идентификации
РДС ....................... 95
4.3. Поисковые файлы.................. 109
4.4. Предварительный этап идентификации........ 117
4.5. Уточняющий этап идентификации .......... 123
4.6. Иерархические базы данных............. 132
4.7. Заключительный этап идентификации........ 137
4.8. Обслуживание баз данных и информационный поиск 141
4.9. Направление развития систем идентификации .... 145
Глава 5. Теоретические основы машинной идентификации спектральных данных...................... 149
5.1. Распределение поисковых признаков ........ —
5.2. Информативность поисковых признаков....... 159
5.3. Уточнение векторной модели............ 171
5.4. Распознаваемость стандартных спектров в базе данных 181
5.5. Редукция размерности пространства спектральных признаков ...................... 190
5.6. Меры близости и их свойства ........... 201
5.7. Стратегии использования химической информации . . 213
5.8. Обобщение результатов............... 233
Глава 6. Практические аспекты исследования и применения базы порошковых рентгенодифракционных данных и систем автоматической идентификации................. 236
6.1. Апробация и тестирование систем автоматической идентификации ..................... 236
6.2. Практические результаты идентификации состава ма- 241 тер налов .....................
6.3. Исследование кластерной структуры баев данных . . . 258
6.4. Исследование информационные особенностей базы данных ........................ 269
6.5. Связь проблем качественного анализа в индицирования 277
Глава 7. Использование спектральных данных для автоматического
анализа состава материалов............... 290
7.1. Связь проблем идентификации спектральных данных различной физической природы........... —
7.2. Системы идентификации в области масс-спектрометрии
и ИК-спектроскопии................ 294
7.3. Системы идентификации с использованием квазилинейных спектров люминесценции............ 302
7.4. Системы идентификации с использованием спектров
оже- и рентгеновских спектров флуоресценции.... 306
Глава 8. Комплексный подход к проблеме качественного анализа ... 316
8.1. Стратегия идентификации с использованием полной совокупности поисковых признаков и спектральных каналов....................... —
8.2. Обзор систем автоматической идентификации минералов 320
8.3. Автоматическая информационно-диагностическая система АИДС.................... 322
Приложение. Малоинформативные рентгенодифранционные спектры. . 339 Список литературы......................... 356
Цена: 150руб.
