INSTRUMENTALNE METODY ANALIZY CHEMOMETRIA (ANALIZA DANYCH WIELOWYMIAROWYCH) WYKŁAD 7 ANALIZA GŁÓWNYCH SKŁADOWYCH

Transkrypt

1 INSTRUMENTALNE METODY ANALIZY WYKŁAD 7 CHEMOMETRIA (ANALIZA DANYCH WIELOWYMIAROWYCH) CHEMOMETRIA jest dyscypliną chemiczna, która stosuje metody matematyczne i statystyczne do projektowania i wyboru optymalnych procedur pomiarowych (eksperymentów) oraz do uzyskiwania maksimum informacji chemicznych poprzez analizę danych pomiarowych(eksploracja danych). [Bruce Kowalski] planowanie doświadczeń przetwarzanie danych oraz ich gromadzenie i kontrola analiza wizualna analiza głównych składowych analiza podobieństwa i analiza skupień modelowanie zależności klasyfikacja obiektów przetwarzanie sygnałów PLANOWANIE EKSPERYMENTU (DOE design of experiment) Cel: Zaplanowanie eksperymentu tak, by przy minimalnej liczbie pomiarów (lub minimum inaczej zdefiniowanej funkcji kosztów) rozwiązać postawione zadanie. ANALIZA GŁÓWNYCH SKŁADOWYCH (Principal Component Analysis PCA) Zmienne opisujące dane zjawisko/system są często skorelowane. Możliwe jest wygenerowanie nowego ortogonalnego zbioru zmiennych nazywanego składowymi. Składowe można uszeregować pod względem ilości zawartej w nich informacji. Zwykle kilka składowych (nazywanych głównymi składowymi) wnosi praktycznie całą informacje. Pozostałe można pominąć bez istotnej utraty dokładności opisu zjawiska/systemu. Metody: -Metoda zmiany pojedynczego czynnika; -Metoda gradientu -Metoda simpleksów -Plany czynnikowe 2 m Analiza skupień i podobieństwa Jest to metoda dokonująca grupowania elementów we względnie jednorodne klasy. Podstawą grupowania w większości algorytmów jest podobieństwo pomiędzy elementami wyrażone przy pomocy funkcji podobieństwa. Podobieństwo obserwacji można mierzyć za pomocą odległości między nimi. Duża odległość oznacza małe podobieństwo i odwrotnie. Analiza skupień 1

2 MODELE I MODELOWANIE Model: strukturalne i formalne odwzorowanie oparte na faktach i. używane do wyjaśnienia faktów. Modele jako prawa naukowe podsumowują wyniki eksperymentalne w celu zrozumienia przez człowieka złożonych danych [Mach] Teoria jest sformalizowaną platformą zawierającą modele pozwalającą na przypisanie wartości prawdy MODELOWANIE Zjawiska i systemy występujące w rzeczywistym świecie przedstawiane są często w postaci uproszczonej jako modele. Modele w zależności od tworzywa mogą być: fizyczne, graficzne, techniczne, matematyczne I inne. Cząsteczka O 2 i model fizyczny jej drgań Model graficzny cząsteczki kwasu lizergowego Model techniczny (skala 1:50) samochodu terenowego Model matematyczny (równanie Hagena-Poiseuille a) opisujące rozkład szybkości przepływu cieczy w przewodzie kapilarnym Modele numeryczne MODEL SYMULACJA CYFROWA FUNKCJA MEDIUM BADANIA POZIOM CHARAKTER Eksperymentalne Mikro STATYCZNY DYNAMICZNY Opisująca Wyjaśniająca FIZYCZNE IDEALNE Teoretyczne Mieszane Makro ORGANIZACJA Interpretująca WIZERUNKOWE SYMBOLICZNE Ilustrująca CZAS Rozdzielna Przewidująca Skupiona Normatywna MATEMATYCZNE NUMERYCZNE DOMNIEMANY JAWNY Deterministyczne Dyskretny Nie-deterministyczne Ciągły Stochastyczne Kombinowany KLASYFIKACJA MODELI Symulacja: technika pozwalająca na śledzenie modelowe przebiegu zjawisk dynamicznych opisanych skomplikowanymi funkcjami matematycznymi. Symulacja cyfrowa: jest algorytmiczną metodą prowadzenie za pomocą komputera eksperymentów na modelach dynamicznych istniejących lub projektowanych systemów. 2

3 Środowisko symulacji cyfrowej System (w symulacji) to zbiór powiązanych ze sobą obiektów charakteryzowanych przez atrybuty. Każdemu atrybutowi systemu przyporządkowana jest zmienna (o zakresie wartości odpowiadającym wartościom przyjmowanym przez ten atrybut). Każda kombinacja wartości zmiennych odpowiada chwilowemu stanowi systemu. Przeprowadzenie systemu ze stanu do stanu zgodnie z obowiązującymi w danym modelu regułami, jest symulacją, czyli odtworzeniem zachowania systemu w czasie. W symulacji wykorzystuje się zarówno modele deterministyczne jak i modele stochastyczne. SYSTEM układ elektroda/elektrolit OBIEKTY: jony, cząstki polarne, elektrony ATRYBUTY: prędkość ruchu, kierunek ruchu, ładunek REGUŁY: prawa Ficka, równania kinetyczne Virtual CV (Cyclic voltammetry) - Woltamogram - Proflie stężen 3

4 EAGRAPH (oprogramowanie EA9 i dalszych analizatorów MTM-KCA) Woltamogram symulowany Woltamogram zmierzony ZAGADNIENIE JAKOŚCI W ANALITYCE CHEMICZNEJ Jakość w analityce chemicznej - charakterystyka (obejmująca także parametry) metody analitycznej, sprzętu oraz wyników pomiarów odnosząca się do ich przydatności do spełnienia stawianych wymagań. Dla metody analitycznej charakterystyka obejmuje takie parametry jak: niepewność, spójność, wiarygodność (dokładność i precyzja), specyficzność i czułość. Działania związane z jakością: - Zapewnienie jakości (np. poprzez zastosowanie GLP) - Walidacja metody analitycznej - Akredytacja laboratorium Zapewnienie jakości (quality assurance) Zapewnienie jakości to system działań obejmujący: - Zarządzanie jakością (quality management) - te aspekty zarządzania laboratorium analitycznym, które określają i implementują wysoką jakość. - Planowanie jakości (quality planning) - selekcja, klasyfikacja i ocena charakterystyki jakości oraz realizacji wymagań jakościowych w trakcie przygotowania do realizacji zadań. - Kierowanie jakością (quality guidance) - nadzorowanie charakterystycznych dla jakości wielkości i wprowadzanie procedur korekcyjnych. - Sprawdzanie jakości (quality testing) - określenia w jakim stopniu wymagania jakości są spełnione. 4

5 Najczęściej walidowane parametry metody: Dokładność poprzez analizę certyfikowanych materiałów odniesienia, stosowanie metody porównawczej lub metodę odzysku. Precyzja poprzez analizę próbek standardowych lub CRM Zakres roboczy (zakres liniowości) wyznaczenie funkcji pomiarowej dla roztworów standardowych Selektywność roztwory standardowe 5

6 ODPADY CHEMICZNE Niebezpiecznych odpadów chemicznych nie wolno wylewać do kanalizacji, wyrzucać do pojemników na śmieci ani pozbywać się ich w inny niedozwolony sposób! Niebezpieczne odpady chemiczne należy zbierać do specjalnie w tym celu przygotowanych pojemników dokonując ich segregacji zgodnie z opisem pojemnika! Pojemniki z odpadami przekazywane są następnie do uprawnionych firm, w których następuje ich utylizacja. PODZIAŁ ODPADÓW CHEMICZNYCH 1. Ciekłe organiczne bez fluorowców (oznaczenie O) 2. Palne stałe (oznaczenie P) 3. Niepalne stałe (oznaczenie N) 4. Ciekłe organiczne z fluorowcami (oznaczenie F) 5. Bardzo toksyczne palne (oznaczenie TP) 6. Bardzo toksyczne niepalne (oznaczenie TN) 7. Roztwory soli nieorganicznych ph=6 8 (oznaczenie S) 8. Rtęć (oznaczenie R) Odpady w laboratoriach chemicznych Etykieta dla odpadów Przekazywanie odpadów: odbiór odpadów bezpośrednio ze stanowisk zbierania odpadów zapewniają pracownicy Magazynu Chemicznego; przekazanie odpadów chemicznych do Magazynu Chemicznego odbywa się na podstawie protokołu przekazania; każdy przekazywany pojemnik z odpadami musi być zaopatrzony w deklarację składu, za którą odpowiedzialność bierze wytwórca odpadów. Pojemniki na odpady 6

7 Magazyny chemiczne: Magazyn odpadów ŹRÓDŁA INFORMACJI KARTA CHARAKTERYSTYKI NIEBEZPIECZNEJ SUBSTANCJI CHEMICZNEJ Ustawa o substancjach i preparatach chemicznych: Art.5.2. Niedopuszczalne jest stosownie w działalności zawodowej substancji niebezpiecznych i preparatów niebezpiecznych bez posiadania karty charakterystyki. Art.7.1 Osoba stosująca substancję niebezpieczną lub preparat niebezpieczny ma obowiązek zapoznania się z kartą charakterystyki 7

8 KARTA CHARAKTERYSTYKI NIEBEZPIECZNEJ SUBSTANCJI CHEMICZNEJ Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 3 lipca 2002 (Dz.U ) Identyfikacja substancji/preparatu Skład i informacja o składnikach Identyfikacja zagrożeń Pierwsza pomoc Postępowanie w przypadku pożaru Postępowanie w przypadku niezamierzonego uwolnienia do środowiska Postępowanie z substancją/preparatem i jej/jego magazynowanie Kontrola narażenia i środki ochrony indywidualnej Właściwości fizykochemiczne Stabilność i reaktywność Informacje toksykologiczne Informacje ekologiczne Postępowanie z odpadami Informacje o transporcie Informacje dotyczące przepisów prawnych Inne informacje 8