计算机控制与数据采集

则：
Hl gx2 x1 c
故：
100 R lg
x2 x1
在分析仪器中，剩余度常被定义为：
R = Iman — I
即它是分析过程中被保留，未被利用的信息量的度量。 剩余度大表示该仪器的效率低。
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三、信号与噪声
signal and noise
本底信号： 没有试样时，仪器产生的信号；随机噪声；
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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 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。
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Nyquist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。
第二章 计算机与仪器分析
computer and instrument analysis
第二节 计算机控制与
数据采集
computer control and data collection
一、数-模转换(DAC)与计算 机控制技术
analog-digital converter (ADC) and technology of computer control 二、数据采集技术与模-数 转换器（ADC）
1. 曲线拟合
用数学方法将获取的数据作曲线拟合。方法： （1）根据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(关系式) ，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。
仅测定出Cu2+时的信息量，测定出Cu2+ 、 Zn2+时的信息量 分别是多少？（阴离子不能检测）。
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4. 定量分析中有关参数与信息量
在定量分析实验中，如果实验前知道某一组分的大致范
围时，即p(x)均匀地分布在(x1,x2)区间内，则：
H 0x x 1 2x 1 1x 2ln x 2 1x 1d xln x 2 (x 1)
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3. 信号求导
消除背景和重叠峰的干扰，提高分辨率和灵敏度。 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的多，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钟点。 注意点：微分时，原谱的噪声也被加强，高阶导数谱的噪声 增大的更明显，解决方法：对原谱进行平滑处理。
通过化学数据分析提供更多化学信息。 范畴：纯化学与量子化学之间凡涉及计算和计算机的所有领域。 应用举例：大连湾海水污染物与污染源之间的关系；控制
由尿样获取身体健康状况的全部信息；简化 化合物性质数据——结构,结构与性质的关系；新药 产品质量检验——生产中的问题；决策 犯罪现场的烟雾分析：香烟牌号，种类；破案
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） 各种谱的特征与性质关系 （4） 分子结构与谱特征的关系
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1. 多元分析方法的特点
在多元分析中，对每个研究对象（每个观察样本都有M 个变量或参数）取值，考察N个观察对象的集合就作成一张 N*M的数据表。
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
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ADC原理
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。
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。
data collect and digital analog converter and
一、计算机控制与数-模转换器 ( DAC)
computer control and digital-analog converter (DAC)
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。
剩余度是熵偏离其最大值的度量。熵的一个重要性质是 当所有的可能性都是等概率时，熵有最大值。
在定量分析中，如果试样中待测组分的含量完全是未知 的，则其可能的含量为0～100%，故：
100 Hman ln c
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仪器的效率和剩余度
分析时，一般样品的大致含量范围总是知道的，设其范围
为x1～x2。
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3. 信噪比(S/N)的提高
途径：a. 改善信号的测量技术； b. 信号经过适当处理; c. 优化。
(1) 信号的平均: 噪声信号
yN yN/ n
(2) 滤波和调制
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四、信号处理技术
technology of signal process
对分析信号进行处理是为了提高信息量，改善信噪比。 信号处理通常采用以下几种方法和技术：
H [p(x) ] p(x)lg p(x)dx
信息的概念是与事件发生的概率相联系的，出现小概率 事件所包含的信息量大，因此可定义信息量：
I = -lgpi 如果事件发生后的概率不等于1，即它是不确定的，则信 息量可表示为：
I =lg(qi/pi) 式中 qi 是事件发生后的概率。
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五、 多元分析方法
polybasis analysis methods
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；指纹鉴别；文字和 语音识别；多参数、多变量问题的处理；
由于分析中偶然误差的存在，结果不可能是一定值而成 正态分布。设其标准偏差为σ，则：
H 12πe x p2x 22l n 12πe x p2x 22 dx
l n(2πe)
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于是：
IH0Hlnx22πxe1
σ越小，信息量越大。实验中增大信息量的途径？ 减少干扰、提高仪器灵敏度、减小噪声、增加测定次数等。
保险检出限： yB+6B
数学期望值yB；标准偏差B 定义：以一定的置信度检出待测组分的最低浓度（或量）
yA =yB+kB
k 的取值对应于不同置信概率
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2.灵敏度
分析仪器的响应值与浓度(或量)改变一个单位时所引起 的信号的变化， y/ c.(IUPAC给出的定义)；
单纯灵敏度高不能保证有低的检测限； 检测限与B有关， B来自随机噪声，信号变化可能被 噪声淹没。
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内容选择：
第一节 计算机与仪器分析
computer and instrument analysis
第二节 数据采集与计算机控制
computer control and data collection
第三节 信息处理与数据挖掘技术
information process and technology of date excavate
technology of date excavate 五、多元分析方法
polybasis analysis methods
一、化学计量学简介
a brief introduction of chemometrics
化学计量学：化学与计算机结合的产物 1974年，Kowalski 与Wold 提出建立国际化学计量学协会 任务：运用数学和统计的方法设计或选择最佳测试过程和实验
计算机
DAC
分析仪器
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DAC原理图
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二、数据采集与模/数转换器(ADC)
daal converter (ADC)
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。
i1
在信息理论中，习惯取“2”作为对数的底，此时单位
为bit(e为底，nat)。设有一具有两种可能性的等概率事件：
即 p1p21 2则H (1 2,1 2)1bit 同 理 H(1,1,1,1)2bit
4444
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信息量和熵
熵是事件不确定程度的度量，不确定程度越大，熵就越
大。对于一个概率密度为p(x)的连续型分布熵的定义为：
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3. 分析化学实验中的信息量与熵
在定性分析实验中，判断某一组分是否存在。 实验前：
概率：各为1/2（实验前并无任何信息）
H0 = 1 bit 实验后： H =0 故信息量： I = H0 - H = 1 bit
如果采用仪器分析定性，不能将全部组分检测出，如何确定？ 例：原子吸收测定含铜、锌试样(组成未知)。
2. 信息量与熵的关系
如果通过某些方法获取信息使原来事件的不确定程度减 小，所得到的信息的数量就是信息量，故信息量就是熵减少 的量：
I = H0- H
式中 H0 和H 分别表示获取“情报”前后，事件不确定程度 。在分析化学中则是实验前后的熵。若经过实验后的结果完 全确定，即实验后的熵=0，则：