Obrada signala u analitičkoj kemiji

undergraduate thesis

• Title (english): Signal processing in analytical chemistry
• Author: Juraj Kasač
• Mentor: Tomislav Bolanča (mentor)
• Committee member: Tomislav Bolanča (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Šime Ukić (član povjerenstva)
• Committee member: Marko Rogošić (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2015-09-17, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: NATURAL SCIENCES; Chemistry; Analytic Chemistry

Abstract

Tijekom zadnjih desetljeća razvile su se brojne metode za obradu signala u analitičkoj kemiji. Obrada signala u modernoj analitičkoj kemiji podrazumijeva korištenje računala, a prikupljeni podaci o analitu obrađuju se matematičkim i statističkim metodama pomoću računalnih programa. Sustavna obrada dobivenih kvalitativnih i kvantitativnih podataka dovela je do uvođenja pojma kemometrija. Svrha ovog rada je stvoriti razumljiv pregled metoda koje se najčešće koriste i sistematski ih opisati.
Nakon pojašnjenja pojma analitički signal te opisa njegovih glavnih oblika i karakteristika, težište se prebacuje na razjašnjenje digitalizacije, ostvarene uzorkovanjem analitičkih signala. Metode obrade digitalnih signala uz pomoć kompleksnog matematičkog formalizma inkorporiranog u računalne programe, posebno namijenjene za tu svrhu, opisane su u daljnjem tekstu počevši od jednostavnijih statističkih metoda poput usrednjavanja i pomičnog prosjeka. Objašnjenjem konvolucije počinje opis kompleksnijih metoda za obradu signala, koje koriste složene algoritme i zajedno čine tzv. DSP (Digital Signal Processing). U sklopu digitalnih filtara objašnjen je delikatan odnos između odstranjenja šumova iz signala i mogućnosti njegovog zamućenja tijekom istog procesa.
Razlaganjem vremenskog signala na njegove frekvencijske komponente (amplituda, frekvencija i faza), uz pomoć Fourierovih transformacija, moguća je još preciznija analiza sadržaja informacije. Slijedi objašnjenje dekonvolucije kojom se poništava zamućenje signala nastalo utjecajem mjernih instrumenata i deriviranja signala koje daje još dublji uvid u detalje preklopljenih pikova.
U zaključku se naglašava presudna uloga analitičara, koji temeljem svog iskustva odabire metodu prikupljanja podataka i obradu iz njih dobivenih signala. Na taj način sprječava se pretjerano filtriranje informacije i zamućenje osnovne informacije.

Abstract (english)

Numerous methods for signal processing have been developed during past decades. Signal processing in modern analytical chemistry is based on computer data processing. Mathematics and statistics is part of dedicated software packages. Systematic identification and quantification of chemical components is also called chemometrics. This paper contemplates logical overview of the methods and systematic description of each.
Introductory explanation of the term analytical signal and descriptions of its main forms and characteristics is followed by simple elucidation of digitalization process and basics of sampling. Beginning with simple statistics like averaging and moving average, the explanation of convolution and complex mathematics involved, sets the basics of DSP (digital signal processing) and related methods. While explaining digital filtering, the delicate relation between noise removal and signal blurring is emphasized.
Decomposition of signal components in time domain by Fourier transform enables thorough analysis of the details in frequency domain. Finally, restoration of a blurred signal by deconvolution and extraction of overlapping peaks by differentiation is also explained.
Crucial role of experienced analytical chemist is undoubtedly underlined in conclusive part of the paper. Choosing optimal data collection process and signal processing methods enable the use of optimal digital filtering without excessive blurring of signals.

• Keywords: moderna analitička kemija; obrada signala; kemometrija; analitički signal; šum; uzorkovanje; digitalna obrada signala; konvolucija; digitalni filtri; Fourierove transformacije; deriviranje signala
• Keywords (english): modern analytical chemistry; signal processing; chemometrics; analytical signal; noise; sampling; digital signal processing; convolution; digital filters; Fourier transform; deconvolution; signal differentiation
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:135303
• Study programme: Title: Applied Chemistry - Undergraduate study; specializations in: Environmental chemistry and green technologies, Advanced materials and technologies, Applied organic chemistry; Course: Environmental chemistry and green technologies; Study programme type: university; Study level: undergraduate; Academic / professional title: sveučilišni/a prvostupnik/prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) primijenjene kemije (sveučilišni/a prvostupnik/prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) primijenjene kemije)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2016-11-28 14:24:30