Реферати

Реферат: Автоматизована система для дослідження кінетики швидких хімічних реакцій

Конкурентна перевага організації. Конкурентна стратегія підприємства. Етапи життєвого циклу (упровадження, ріст, зрілість, спад) і адаптація продукції підприємства до вимог ринку. Забезпечення конкурентности продукції. Конкурентноздатність, конкуренція і способи перемоги над конкурентом.

Методика навчання техніці стрибка у висоту з розбігу способом Фосбери - флоп дітей 13-15 років.. Автобіографія спортсмена. Сучасне представлення про техніка стрибків у висоту способом "Фосбери-флоп".

Радіоактивні матеріали, що поділяються, як об'єкт спеціального митного регулювання. Визначення що поділяються і радіоактивних матеріалів. Компетенція митних органів по здійсненню митних операцій у відношенні ДРМ. Загальні принципи організації митного оформлення ДРМ. Перелік документів, необхідних для контролю при декларуванні.

Навчання Канта про формування самосвідомості культурного життя, що розвивається. Життєвий шлях Иммануила Канта. Категоричний імператив як моральний закон у людині. Питання про існування доцільності в природі. Кант про місце людини у світі. "Культура уміння" і "культура виховання". Полеміка Канта з Жаном-Жаком Руссо.

Паливо в структурі енергетичних ресурсів. Класифікація і види палив. Походження, способи видобутку і застосування різних видів палив. Основні сучасні види і характеристика палив. Ядерне і ракетне паливо. Тверде і рідке паливо. Рівень світового споживання різних видів палива.

казанский державний ТЕХНОЛОГІЧНИЙ університет

АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ ШВИДКИХ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ

Звіт про виробничу практику

Казань-1998

ЗМІСТ

стор.

ВВЕДЕННЯ 3

РОЗДІЛ 1. ЗВОРОТНІ ЗАДАЧІ ХІМІЧНОЇ КІНЕТИКИ 4

1.1. Класифікація зворотних задач 4

1.2. Перевірка адекватності і параметрична ідентифікація 5

1.3. Структурна ідентифікація і планування кінетичного

експерименту 7

РОЗДІЛ 2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ ШВИДКИХ РЕАКЦІЙ В РОЗЧИНІ 12

2.1. Класифікація струевих методів 12

2.2. Експериментальна установка ОС-02 15

РОЗДІЛ 3. ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦІЇ КІНЕТИЧНИХ ВИМІРЮВАНЬ 19

3.1. Програмний комплекс ОС-02 19

3.2. Інтерфейс програмного комплексу 19

ВИСНОВКИ 22

ЛІТЕРАТУРА 23

Введення

При виконанні наукових досліджень великий об'єм експериментальних вимірювань і первинної обробки отриманих даних часто являє собою рутинну задачу, яка вирішується з використанням стандартних процедур і алгоритмів. Творчі задачі наукового дослідження виявляються тільки на наступному етапі - осмислення і обговорення отриманих експериментальних даних. Тому вже протягом тривалого часу робилися зусилля по автоматизації деяких найбільш рутинних процедур в науковому дослідженні.

Найбільших успіхів автоматизація хімічного наукового дослідження досягла в області вивчення термодинамічної рівноваги в розчинах. Вже в кінці 60-х років були створені автоматичні прилади для вимірювання рівноважних властивостей гомогенних розчинів і комплекси програм для визначення складу і стійкості частинок, що утворюються в розчині. На основі цих досягнень був створений величезний банк даних по гомогенній хімічній рівновазі, визначені константи диссоциації, комплексообразования і т. п. для безлічі речовин у водних розчинах і органічних розчинниках.

Дослідження кінетики гомогенних жидкофазних реакцій також містить етапи, що легко подаються автоматизації. Однак в цій області в цей час зроблено порівняно мало. Тому в даній роботі описана автоматизована система для дослідження кінетики швидких хімічних реакцій на основі префікса «Зупинений струмінь-02» (ОС-02) і програмне забезпечення для її роботи.

РОЗДІЛ 1. ЗВОРОТНІ ЗАДАЧІ ХІМІЧНОЇ КІНЕТИКИ

Подпрямой задачейхимической кінетики розуміють задачу знаходження концентрацій речовин, що беруть участь в реакції в будь-який момент часу, виходячи з відомих початкових концентрацій, схеми реакції і констант швидкостей окремих стадій. Зворотна задачахимической кінетики - відновлення по відомій залежності концентрації речовин від часу схеми реакції і констант швидкості. У наступному розділі буде стисло розглянута класифікація зворотних задач в залежності від цілей, що стоять перед дослідником.

1.1. Класифікація зворотних задач

Формальна кінетика гомогенних хімічних реакцій заснована на двох основних постулатах. Згідно (кінетичному) із законом дії маси швидкість елементарної стадії пропорційна концентрації реагентів, що беруть участь в ній. Коефіцієнт пропорційності і називається константою швидкості. Згідно з принципом незалежного протікання окремих стадій швидкість реакції не залежить від протікання в даний момент в системі інших хімічних реакцій. Таким чином, знаючи схему реакції, легко записати систему звичайних диференціальних рівнянь, що відображає зміну концентрації всіх речовин, що беруть участь в реакції у часі:

dc/dt=f(k, з) (1.1)

гдес- вектор концентрацій речовин, k- вектор констант швидкостей окремих стадій, вигляд функцииfопределяется схемою реакції. Інтегруючи цю систему аналітично або чисельно, отримуємо:

з= F(k, c0, t) (1.2)

гдес0- вектор початкових концентрацій речовин.

Користуючись введеними вище позначеннями, можна виділити декілька рівнів в рішенні зворотної задачі.

Нульовий рівень - перевірка адекватності. На ній дається відповідь на питання, чи відповідають експериментально кривиес(t), що спостерігаються розрахованим з використанням поточної моделиfи константk.

Перший рівень - параметрична ідентифікація. На цьому рівні знаходиться набір константk, найкращим образом описуючий експериментальні кривиес(t) в рамках даної моделиf. Зрозуміло, що успішне рішення задачі першого рівня можливе, тільки спираючись на нульовий рівень.

Другий рівень - структурна ідентифікація. Вибір моделиf, відповідної хімічній реакції, що дійсно відбувається, який робиться на основі рішення задачі першого рівня із залученням інших відомостей про механізм даної реакції.

Далі ми стисло розглянемо методи, вживані для рішення цих задач.

1.2. Перевірка адекватності і параметрична ідентифікація

У разі досить простої схеми реакції, коли можливе отримання функциис(t) в явному вигляді, перевірка адекватності зводиться до обчислення теоретичних значень функції при різних значеннях часу і порівнянні їх з експериментальними. На жаль, часто системи диференціальних рівнянь, описуючі складні хімічні реакції, не можуть бути проинтегрировани в аналітичному вигляді, і доводиться вдаватися до чисельних методів інтегрування.

Для решенияпрямой кінетичної задачі, т. е. по даному механізму, набору констант скоростиkи початкових концентрацийс0рассчитать значення концентрацийс(t) в будь-який конкретний момент часу, нами використовувався метод Рунге-Кутта четвертого порядку (програма MODEL) - один з могутніх одношагових методів, що легко узагальнюється на системи рівнянь:

yi+1=yi+()(k1+2k2+2k3+k4), (2.3)

де k1=f(xi, yi),

k2=f(xi+h/2; yi+hk1/2),

k3=f(xi+h/2; yi+hk2/2),

k4=f(xi+h; yi+hk3).

Для отримання рішення з необхідною мірою точності використовувалося послідовне дроблення кроку обчислень вдвоє і алгоритм послідовного проходу експериментальних точок.

Однак, як правило, значення констант швидкостей окремих стадій невідомі, і для їх знаходження знов доводиться вирішувати оптимизационную задачу:.

(2.4)

Функционал (2.4) відноситься до числа найбільш складних для оптимізації функцій - так званих «овражних». Очевидно, що константи швидкості більш повільних стадій будуть бути істотними змінними, що визначають розмірність «яру» в околицях мінімуму.

Крім того, функцияf(k, c0, t) сама виходить внаслідок оптимизационной процедури, що робить її значення «дорогими» в значенні обчислювальних витрат, а значення приватних похідних ¶f/¶kiнедоступни в аналітичному вигляді і вельми важкодоступні для отримання методом кінцевих різниць.

Тому для програми "КІНО", решающейобратную задачу хімічної кінетики (задачу параметричної ідентифікації), був вибраний комбінований метод нульового порядку (КМНП), що не вимагає обчислення приватних похідних і описані в [42]. Його застосування дозволяє вирішувати задачу параметричної ідентифікації, т. е. знаходити константи швидкості окремих стадій багатостадійної хімічної реакції.

Для отримання формальних кінетичних рівнянь використовувався метод варіювання концентрації одного з реагентів при постійності всіх інших параметрів. При цьому визначувана з полулогарифмического представлення кінетичної кривої константа швидкості псевдопершого порядку лінійно залежить від варьируемой концентрації. Тангенс кута нахилу цієї прямої відповідає приватному порядку реакції по вибраному реагенту. У випадку, коли вся серія вимірювань проводилася в режимі вимірювання оптичної густини при одних і тих же параметрах АЦП, можна провести обробку значенийUT, оскільки вони прямо пропорційні значенням оптичної густини, а отже, концентраціям реагуючих речовин в кожний момент часу.

Константа швидкості реакції визначається після встановлення формального кінетичного рівняння шляхом ділення ефективних констант швидкості псевдопершого порядку на концентрації інших реагентів у відповідних мірах. При цьому критерієм правильності отриманого результату служить постійність константи швидкості в різних серіях вимірювань.

1.3. Структурна ідентифікація і планування

кінетичного експерименту

Якщо попередні рівні рішення зворотної кінетичної задачі зводилися тільки до математичних проблем, то задача структурної ідентифікації вимагає залучення всіх додаткових відомостей про систему, що вивчається, які може зібрати дослідник. При цьому задача так і не знайшла суворого рішення, т. е. за допомогою описаних вище методів легкоопровергнутьту або інакшу кінетичну схему, нодоказательстваправильности часто виявляються тільки непрямими. Тому при рішенні цієї задачі необхідно як можна ширше застосовувати дані інших методів, наприклад, ЯМР і ЕПР, квантовохимические розрахунки перехідного стану реакції і т. п.

Перш ніж почати кінетичний аналіз, потрібно чітко визначити реакцію, механізм якої хочуть дослідити. Це означає, що про всі реагенти і продукти повинна існувати якісна і кількісна інформація. Изучениематериального балансаприводит кстехиометрическому рівнянню, і кількість витрачених речовин повинно відповідати кількості кінцевих продуктів, що утворилися. Як правило, знання стехиометрії більш ніж компенсує час, затрачений на отримання додаткових експериментальних даних, які зажадаються у відсутність цих знань. Про необхідність точних відомостей про реакцію, що розглядається свідчить, наприклад, той факт, що для більшості типів реакцій витрачання реагенту відповідає одному і тому ж закону швидкості, наприклад, закону першого порядку. Тому знання лише одного закону зменшення концентрації початкової речовини далеке не досить для уявлення про механізм реакції.

Далі, треба шукати властивості реакційної суміші, які міняються по мірі того, як відбувається реакція, і можуть бути використані як показник ходу реакції і її глибини. Одна з вимог складається в тому, щоб вибрана властивість мінялася при зміні концентрації яким-небудь простим шляхом, бажаніше усього лінійно. Теоретично можна використати будь-яку властивість, міра зміни якого достатня. Це означає, що така властивість повинна помітно розрізнюватися для реагентів і продуктів. Зручно вибрати властивість, зміну якого можна записувати автоматично і безперервно. Звичайно ми говоримо «криваяс(t)», хоч, як правило, замість абсолютних концентрацій використовуються пропорційні ним фізичні величини. Частинки, відповідальні за властивість, по якій стежать за ходом перетворення, ми будемо називатькинетически частинками, що вимірюються.

Основна мета аналізу кривихс(t) складається в тому, чтобинайти математичне рівняння, яке описує форму кривих, т. е. рівняння швидкості. Основою для виведення такого служить порівняння кривихс(t), отриманих з серії експериментів при різних початкових концентраціях реагентів, так називаемихекспериментальних серій. Число їх залежить від числа компонентів реакції. На швидкість реакції можуть впливати початкові реагенти, продукти реакції (включаючи интермедиати), каталізатор, розчинник і т. д. Якщо в реакції бере участь декілька реагентів, то умови підбирають таким чином, щоб всі вони, крім одного, знаходилися у великому надлишку. Під час реакції концентрації цих надлишкових реагентів залишаються практично постійними. Таким чином, зменшення концентрації реагенту, присутнього в недоліку, вивчається як би ізольовано. Цей метод відомий какметод ізоляції; він переслідує мету виділити елементарний процес або якусь просту реакцію з всього процесу загалом. За таким взятим в недоліку реагентом або за продуктом реакції зручно стежити кінетично. У тих випадках, коли в реакції відсутній интермедиат або присутній интермедиат дуже реакционноспособен, зменшення концентрації реагенту у часі відповідає збільшенню концентрації продукту (при умові рівності стехиометрических коефіцієнтів). У будь-якому випадку дуже корисно, хоч би в декількох серіях вимірювань, перевірити, чи відповідають кінетичні криві витрачання реагенту кінетичним кривим накопичення продукту. Однак потрібно відмітити, що узгодженість між

- d[А]/dtиd[Р]/dtсама по собі не є доказом відсутності интермедиата. Так, у випадку, коли властивості интермедиата лише трохи відрізняються від властивостей початкового реагенту, на практиці обидві речовини вимірюють разом. Залежність, що Виходить від часу, природно, буде відповідати залежності для утворення продукту. Таким чином, неузгодженість між -d[А]/dtиd[Р]/dtясно вказує на наявність интермедиата. У цьому випадку для отримання повної кінетичної інформації вимірювання у часі як для реагенту, так і для продукту повинні бути виміряні в окремих експериментальних серіях. З метою економії часу і реактивів в експеримент потрібно включати рівне стільки компонентів, скільки необхідно для однозначної характеристики системи.

Впервой серії експериментовварьируют тільки реагент, що знаходиться в недоліку, скажемо, А1. У подальших розділах для вказівки ходу реакції буде вживатися А1. У цих умовах

- d[А]/dt=f([A1], [реагент (и)]0, Т, р, розчинник і т. д.)

де А1- змінна, а інші величини - постійні, або, говорячи математичною мовою, розглядаються як параметри. Вплив температури, розчинника і т. п. тут ми розглядати не будемо. Обговоримо тільки вплив концентрації на швидкість реакції. За допомогою згаданого вище методу часто вдається штучно відділити вплив зміни концентрації А1на швидкість реакції від впливу інших компонентів і таким чином показати вигляд функцииf[A1]:

- d[A1]/dt=f[A1].

Вследующей серииексперимент повторюють при різних концентраціях одного з надлишкових реагентів, зберігаючи постійними інші параметри і концентрацію реагенту, взятого в недоліку. Нарешті, знайдене рівняння повинне бути перевірене при зворотному співвідношенні концентрацій, т. е. реагент, який був в недоліку, береться тепер в надлишку і навпаки. Таким чином, для вельми поширеного випадку, що включає дві початкових речовини, як правило, потрібно провести не менш чотирьох серій експериментів. Часто передбачають, що рівняння швидкості не залежить від того, який з реагентів береться в надлишку, але це не завжди так.

Таким чином, багато які стадії обробки даних кінетичного експерименту можуть бути автоматизовані за допомогою спеціального програмного забезпечення. Тому представляється доцільною також і автоматизація самого процесу отримання експериментальних даних. У наступному розділі буде розглянута апаратна частина комплексу для кінетичних вимірювань.

РОЗДІЛ 2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕТИКИ ШВИДКИХ РЕАКЦІЙ В РОЗЧИНІ

Серед різних способів вивчення кінетики швидких реакцій виділяється група методів, відмінна деякими загальними особливостями і званою струевими методами. Є три струевих методи, відомих як методи безперервного струменя (continuous-flow), прискореного струменя (accelerated-flow) і зупиненого струменя (stopped-flow).

2.1. Класифікація струевих методів

Два розчини реагуючих речовин можна змішати приблизно за 10-3c, з'єднуючи швидкі струмені цих розчинів у відповідним образом сконструйованій змішувальній камері. За подальшою течією реакції в суміші можна стежити одним з наступних способів в залежності від того, як швидко можна здійснити спостереження і скільки розчину є в розпорядженні.

Метод безперервного струменя. Два розчини реагуючих речовин вводять в змішувальну камеру і отриманий при змішуванні розчин проходить через трубку для спостереження з швидкістю (u) порядку декількох м/з. Расстоянієdот змішувальної камери, очевидно, відповідає времениd/u. Міру протікання реакції в різних місцях вдовж трубки для спостереження (відповідних різним часам) знаходять вимірюванням оптичної густини, електропровідності або деяких інших фізичних властивостей розчину.

Швидкість струменя знаходять, знаючи діаметр трубки і об'єм розчину, перенесеної за виміряний інтервал часу. Оскільки необхідне швидке і ефективне змішування, багато уваги приділялося конструкції змішувальних камер. Для реакцій з часом полупревращения 10 мс або більш можна використати звичайний Т-образний трійник з скляних капілярів. Для більш швидких реакцій бажано використати змішувачі з чотирма і більш соплами діаметром 0,5-1 мм, розташованими тангенціально, щоб рідина придбавала обертальний рух, прискорюючий змішування. Змішування стає повним протягом 1-2 мс після виходу з такої змішувальної камери.

Метод безперервного струменя найбільш зручний, коли за реакцією стежать за допомогою детектора з великою постійною часу; в інших випадках звичайно віддають перевагу методу зупиненого струменя.

Метод прискореного струменя. По загальній схемі цей метод схожий на метод безперервного струменя, за винятком того, що спостереження проводять в фіксованій точці поблизу змішувальної камери, в той час як швидкість течії постійно міняється. Метод спостереження повинен бути швидким, наприклад фотометричний. Час, прошедшее від початку реакції до моменту спостереження, зворотно пропорційне швидкості потоку і, отже, постійно убуває.

Метод зупиненого струменя. У цьому методі швидко змішують два розчини реагуючих речовин, подаючи їх в змішувальну камеру; а отриманий при змішуванні розчин витікає по трубці. Потік різко зупиняють, так що розчин стає нерухомим за 1-2 мс. Елемент розчину, який зупинився, скажемо, в 10 мм від змішувальної камери, змішувався протягом декількох миллисекунд. Далі стежать за реакцією в цьому фіксованому елементі розчину, проводячи спостереження в цій точці яким-небудь швидким методом, наприклад за допомогою фотоелектричної фотометрії. Тимчасова шкала методу тягнеться від миллисекунд до декількох хвилин і змикається з часами, доступними вимірюванню звичайними методами.

Ефективна дія апаратури методу зупиненого струменя залежить від декількох чинників. Щоб сталося повне змішування, точка спостереження повинна знаходитися в декількох міліметрах від змішувальної камери, але вона не повинна знаходитися дуже далеко, оскільки час між змішуванням і спостереженням необхідно зробити мінімальним. Нарешті, необхідно дуже швидко зупиняти потік по наступній причині: ефективність змішування падає, якщо течія дуже повільна; отже, якщо швидкість течії меншає поступово, рідина, яка зупинилася в точці спостереження, могла б бути змішаною не повністю і спочатку ефективна швидкість реакції була б дуже низкой. Крім того, чим більш різанням буде зупинка, тим більше швидкі реакції можна спостерігати.

Докази надійності методу базуються на ретельному дослідженні методу безперервного струменя. Це дослідження показало, що для відомих змішувальних камер і швидкостей потоку, що звичайно використовуються змішування є практично повним. Характер потоку поблизу змішувальної камери наближається до одномірного потоку, а далі розподіл швидкостей не має значення; таким чином, в методі зупиненого струменя не буде тієї невеликої систематичної помилки, яка виникає в методі безперервного струменя, коли потік турбулентний. Можна нехтувати також помилкою, пов'язаною з шириною щілини; якщо потрібно вища чутливість, іноді використовують пучки світла шириною в декілька міліметрів. Довжина світлового шляху звичайно складає біля 2 мм, але її можна збільшити до 20 мм, користуючись тим, то для реакцій першого порядку не виникає помилки, якщо пучок світла йде не упоперек трубки, а вдовж неї.

Метод зупиненого струменя вимагає швидкої реєстрації; це єдине істотне обмеження його застосовності. Маючи детектор з досить малою постійною часу, метод зупиненого струменя можна використати для дослідження реакцій з часами полпревращения від декількох миллисекунд до секунд або навіть хвилин. Для цього методу потрібно значно менше рідини (0,1-0,2 мл), що є великою перевагою в тих випадках, коли початкові речовини або розчинники важко приготувати або очистити. Точність при визначенні констант швидкостей цим методом приблизно та ж, що і при звичайних кінетичних вимірюваннях (стандартне відхилення ±1-2%), і метод вільний від систематичних помилок.

2.2. Експериментальна установка ОС-02

Кінетичні вимірювання досліджуваних реакцій проводилися на установці "Зупинений струмінь-02" (OC-02), блок-схема якої приведена на мал. 2.1.

Рис. 2.1. Блок-схема установки для кінетичних вимірювань:

1 - КФК; а - джерело світла; би - монохроматор; в - фотодіод;

2 - блок подачі реагентів; 3 - підсилювач пост. струму; 4 - аналогово-цифровий перетворювач; 5 - камера змішення-спостереження

Принцип действияОС-02 складається в наступному: реагенти під дією тиску на поршні подають з шприців блоку 2 в камеру змішення 5, де вони змішуються і суміш попадає в камеру спостереження, ця подача здійснюється до механічного упора. У момент зупинки потоку реагентів відбувається замикання контакту, розташованого на важелі, рушійному поршні шприців в блоці 2, це відмічається на графіку і записується в файлі з даними вимірювання.

Промінь світла, пройшовши через монохроматор би, через камеру спостереження 5 попадає на фотодіод в, сигнал з фотометра посилюється підсилювачем постійного струму 3, потім попадає на аналогово-цифровий перетворювач АЦП 4, і після цього інформація передається в ЕОМ, де і відбувається її обробка.

Хід вимірювання складається в наступному: Обидва шприци заповнюються водою і вода запускається в камеру змішення. У цей час відбувається вимірювання 100% пропускання (при закритій кришці фотометра) і 0% пропускання (при відкритій кришці фотометра). У шприци заливаються реагенти. Після натиснення кнопки "Enter" на клавіатурі ЕОМ за допомогою важеля розчини з шприців вводять в камеру змішення, замикається контакт і в ЕОМ поступає сигнал про початок вимірювання ОС-02. Час вимірювання задається при введенні кількості точок вимірювання і величини тимчасового інтервалу між точками. Таким чином, внаслідок вимірювання на моніторі зображається тимчасова крива зміни пропускання, починаючи від натиснення кнопки "Введення" і закінчуючи останньою точкою вимірювання. Момент зупинки руху потоку відмічається вертикальною межею (міткою).

Коефіцієнт пропускання обчислюється по формулі:

(2.1)

Оптична густина обчислюється по формулі:

(2.2)

де: ФіФ0- світловий потік до і після камери змішення відповідно, U100иU0- сигнал при закритій і відкритій кришці фотометра, UТ- поточне значення сигналу.

Установка ОС-02.

Призначення: префікс зупинений струмінь ОС-02 призначена для спостереження і вимірювання змін оптичної густини швидко протікаючих процесів в розчинах. Префікс ОС-02 може застосовуватися з фотоколориметрами типу КФК-1, КФК-3, СФ-26 і т. п.

Технічні характеристики:

1) Спектральний діапазон. Визначається виглядом монохроматора. Для даного монохрохроматора діапазон становить 315-990 нм.

2) Тип змішування - двійчастий зустрічний потік.

3) Довжина шляху від камери змішення до камери вимірювання - 15 мм.

4) Довжина оптичного шляху камери вимірювання - 10 мм.

5) "Мертвий час" - не більше за 25 мсек.

6). мінімальний тимчасової інтервал вимірювання - 1мсек.

7). кількість тимчасових точок вимірювання - до 10 тисяч.

8). Динамічний діапазон АЦП - 212.

9). Передбачена можливість вимірювань в режимі

а) поглинання; б) оптичної густини.

10). Кількість файлів, що одночасно знаходяться в пам'яті -

до 30.

11). Мінімальний об'єм розчинів для одного вимірювання 1 мл, далі порціями по 0,5 мл.

12). Об'єм камери вимірювання 30 мкл.

При виборі робочої довжини хвилі потрібно враховувати не тільки залежність зміни оптичної густини в ході реакції, але і те, що чутливість приймача і відношення сигнал/шум АЦП сильно залежить від довжини хвилі, що представлено на мал. 2.2. Видно, що найбільш хороші результати можуть бути досягнуті в інтервалі довжин хвиль від 500 до 700 нм. У випадку, коли реагенти і продукти реакції поглинають світло поза цим діапазоном, потрібно підвищувати чутливість АЦП і провести усереднення по декількох кінетичних кривих, знятих в однакових умовах.

Рис. 2.2. Спектральна чутливість осередку для кінетичних вимірювань (дистильована вода, нульовий підсилювач 358, посилення 7). По осі ординат відкладена величина вихідного сигналу АЦП.

РОЗДІЛ 3. ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦІЇ КІНЕТИЧНИХ ВИМІРЮВАНЬ

3.1. Програмний комплекс ОС-02

Програмний комплекс для автоматизації кінетичних вимірювань складається з програм ОС-02 (безпосереднє управління префіксом для кінетичних вимірювань) і КІНО (повторна обробка експериментальних даних). Програма MODEL включена як підпрограма в програму КІНО.

Програма ОС-02 виконує наступні функції: безпосереднє управління таймером, аналогово-цифровим перетворювачем, настройкою оптичної частини приладового комплексу; накопичення і зберігання сигналів АЦП, перерахунок значень пропускання, поглинання і оптичної густини; графічна обробка експериментальних кінетичних кривих: масштабування, вибір потрібної дільниці кривої; збереження експериментальних даних у вигляді дискового файла і робота з архівом експериментальних даних.

Програма КІНО функціонує в режимі командного рядка. Вхідними даними для неї є файл даних, підготовлений програмою ОС-02 і файл кінетичної схеми, яка записується у вигляді матриці коефіцієнтів і вектора початкового наближення констант швидкості. Результат роботи програми - файл, вмісний оптимальні значення констант, оцінки погрішності їх визначення і нев'язки експериментальних і теоретичних значень.

3.2. Інтерфейс програмного комплексу

Програма ОС-02 складена на мові програмування З++ для IBM РС-сумісних персональних комп'ютерів і може працювати під управлінням операційної системи MS DOS версій 3.30 і вище.

Опис роботи з програмою:

Основне меню: ВИМІРЮВАННЯ, ПАРАМЕТРИ, ВІДЛАДКА, ГРАФІКА, РЕЖИМ, ФАЙЛ, ВИХІД.

ВИМІРЮВАННЯ:

0% кювета-вимірювання нуля пропускання

100% кювета-вимірювання 100%-го пропускання

кнопки старт (старт 1) початок зняття свідчень

завдання посилення (зсув) нуля

завдання посилення (чутливість)

ПАРАМЕТРИ:

число точки-завдання числа точок вимірювання

крок час-завдання інтервалу між точками (миллисек.)

коментар-завдання коментарів до файла даних

нуль кювети і 100% задаються вручну

мова-російський, англійський

МенюОТЛАДКАпрі кінетичних вимірюваннях не використовується

ГРАФІКА:

графік-виведення на дисплей

вибір-вибір конкретної кінетичної криве

показати-виведення на екран параметрів вибраного файла

видалити-видалити вибраний файл

межі дані-вибір масштабу зображення

межі графік-вибір фрагмента зображення даних

режим-режим зображення даних: по інтенсивності сигналу, по густині, по пропусканню

ФАЙЛ:

дата-завдання дати

збереження-збереження вибраного файла

Висновок-виведення на екран вибраного файла

ВИХІД: вихід з програми, здійснюється без запису файлів,

що є в пам'яті Хід роботи з програмою:

Вибирається режим виведення на екран кінетичної кривий, найбільш найпростіший, робочий варіант інтенсивність.

З допомогою менюПАРАМЕТРИзадаются число точок, крок часу і коментарі майбутнього файла, потім здійснюється перехід в менюИЗМЕРЕНИЕи заноситься в пам'ять темновой струм (0 кювети) і 100% проводиться настройка посилення і зсуву нуля (в камері змішення знаходиться вода). Після цього вибирається режим старт 1. У шприци набираються реагенти, заздалегідь камера звільняється від пухирців повітря, потім натискається кнопка "Введення", т. е. здійснюється запуск вимірювань, потім швидко натискається важіль що приводить в рух поршні шприців. По закінченню вимірювання вибирається менюГРАФИКАнажимается режим вибір і вибирається потрібна кінетична крива (файл). Якщо кінетична крива задовільна то вона записується в менюФАЙЛ.

ВИСНОВКИ

1. При рішенні зворотної задачі хімічної кінетики рівень параметричної ідентифікації може бути автоматизований за допомогою відповідного програмного забезпечення.

2. Задача збору і первинної обробки експериментальних кінетичних даних може бути покладена на автоматизований префікс, керований ЕОМ.

3. Програмний комплекс ОС-02 дозволяє об'єднати два етапи в автоматизовану систему кінетичних вимірювань.

література

1. Бехли Е. Ю., Соловьянов А. А. Методи вивчення швидких реакцій в розчинах. - М.: Знання, 1976. - 59 з.

2. Колдин Е. Бистрие реакції в розчині. - М.: 'Ìèð, 1966. - С. 39-56.

3. Джонсон К. Численние методи в хімії: Пер. з англ. - М.: Мир, 1983. - 504 з.

4. Ларичев О. Н. Горвіц Г. Г. Методи пошуку локального екстремума овражних функцій. - М.: Наука, 1989. - 96 з.

5. Шмид Р., Сапунов В. Н. Неформальная кінетика: Пер. з англ. - М.: Мир, 1985. - 264 з.