Введение. 
Методы исследования материалов и процессов

Современные тенденции развития методов исследования

Для полиграфической промышленности важнейшими материалами являются бумага, краски, резина, клеи, полимерные пленки и т. п. Их свойства решающим образом влияют на качество производимой продукции. В отличие от индивидуальных химических веществ, которые могут быть исследованы с помощью относительно простых физических, химических и физико-химических методов, указанные полиграфические материалы (ПМ) представляют собой, как правило, сложные системы. Комплекс свойств таких материалов зависит от их микрои макроструктуры, типа и концентрации добавок. Поэтому для оценки качества ПМ требуется множество трудоемких и продолжительных по времени исследований как отдельных компонентов (пигментов, связующих, фотоинициаторов и т. д.), так и их смесей.

Значительно облегчается решение подобных задач благодаря новому современному оборудованию, оснащенному компьютерами для обработки полученных экспериментальных данных. Специфика исследовательских работ в первую очередь зависит от их технического обеспечения. Классический подход XIX — начала XX в., когда все исследовательские установки и приборы создавались или лично самим исследователем, или при его непосредственном участии, ушел в прошлое. В настоящее время в исследовательскую практику вошли стандартные приборы, экспериментальные установки, совмещенные с компьютерами. Именно их наличие или отсутствие определяют уровень и качество проведенного исследования. Возникла специализированная отрасль техники — научное приборостроение. Она обеспечивает проведение исследований специализированной аппаратурой, обладающей высокой степенью точности и автоматизации.

Автоматизация анализа, особенно рутинного, массового, является одним из решающих направлений развития современных методов исследования. Автоматизацию исследования можно понимать в двух аспектах:

• • роботизация измерений;
• • введение проточных систем анализа и создание на их основе систем полного химического анализа (Total Chemical Analysis Systems — TAS).

Проведение информативного и точного анализа ПМ требует выполнения ряда последовательных операций, которые при этом часто приходится проводить в разное время и в различных производственных помещениях. Автоматизация этих действий позволяет не только сократить время анализа, увеличить производительность, сохранить трудовые и материальные ресурсы, но и повысить точность и достоверность анализа за счет автоматического выполнения рутинных операций. Удалось автоматизировать не только стадии собственно обработки результатов экспериментов, но и труднее всего поддающиеся автоматизации этапы химической подготовки проб. Теперь анализируют во много раз быстрее, определяют во много раз меньшие количества веществ с меньшей концентрацией анализируемых компонентов и работают на существенно меньшей по размеру аппаратуре, чем еще несколько десятилетий назад.

В этой связи необходимо упомянуть еще об одной важнейшей тенденции развития методов исследования — миниатюризации используемых приборов и установок. Создание микроаналитических систем (MAC) опирается на такие достижения науки и техники, как высокая точность изготовления микродеталей, интегральные схемы, бесклапанная и безнасосная подача реагентов и сепарация (электроосмос, электрофорез), планарная микрофотолитографическая технология и т. п. Переход к MAC подобен переходу от обычных электронных приборов к интегральным схемам. Если по своим габаритам и стоимости MAC напоминают сенсоры, то по аналитическим возможностям значительно превосходят их, поскольку по числу измеряемых компонентов MAC практически нс ограничены. Производство MAC превратилось в новую, приносящую колоссальные прибыли отрасль промышленности: их потенциальный рынок только в качестве анализаторов для медицинской диагностики и в химической технологии в США оценивается на сумму более 15 млрд долл, в год.

В методах исследования широко используются разнообразные математические приемы, основанные главным образом на базе компьютеров. Разложение спектров на составляющие, линеаризация кривых титрования, способы повышения отношения сигнал/ шум, статистическая обработка данных, информационно-поисковые системы, — все они в некоторой мере теряют свое в недавнем прошлом ведущее положение. Сейчас огромную роль играет преобразование Фурье для ЯМРи ИК-спсктроскопии, газовой и жидкостной хроматографии, компьютерной идентификации органических соединений с использованием систем искусственного интеллекта, экспертные системы для многих методов анализа. Разные направления математизации химического анализа слились в новую область, получившую название хемометрии.

Несмотря на то, что технологические преимущества компьютеризации (увеличение скорости и эффективности обработки аналитической информации) достаточно очевидны, многие авторы считают, что се социальные и экономические последствия неоднозначны и требуют специального изучения. Существуют различные подходы к оценке значимости процесса информатизации в области аналитического приборостроения, раскрывающие технологические, экономические, общефилософские и психологические последствия его широкого распространения в исследованиях. Для сегодняшнего времени характерно смещение экономической деятельности с производством аналитических приборов на генерацию идей, что, в конечном счете, приводит к появлению и внедрению нового класса «интеллектуальных» аналитических приборов, привлечению более широкого спектра информационных ресурсов и средств связи, увеличению скорости изменений, обеспечиваемых современной технологией. Успех такой информатизации зависит от того, насколько приведены в соответствие аналитическая техника, технология, социальные потребности и человеческий фактор.

Автоматизация измерений, информатизация в области аналитического приборостроения, а также расширение технических возможностей современной исследовательской аппаратуры не должны заслонять главное положение о том, что исследовательская работа — это творческий процесс, в котором всегда есть элементы нового и нестандартного. Даже в рутинной работе по выполнению стандартизованных измерений часто встречаются непредвиденные ситуации. Они стимулируют совершенствование имеющихся методик: изготовление приставок, модернизация аппаратуры, переделка и создание новых узлов и схем, вывод аппаратуры на новые режимы и т. д. Но иногда такие ситуации приводят к созданию принципиально новых методов исследования.

Сокращение за счет автоматизации числа выполняемых рутинных операций позволяет исследователю сосредоточиться на проблемных вопросах, дает ему возможность совмещать несколько функций, ранее выполняемых несколькими специалистами. Расширяется число контрольных, логических и управленческих действий, связанных с принятием ответственных решений, с обслуживанием компьютеров и совмещенных с ними аналитических приборов.

Наращивание интеллектуального потенциала выражается в том, что распространение новых информационных технологий, автоматизированных рабочих мест, сетей связи, национальных и международных аналитических баз ведет к стиранию граней между физическим и умственным трудом. Это повышает требования к квалификации специалистов, проводящих аналитические исследования, вызывает необходимость приобретения ими навыков работы с компьютерами, знания «физики», лежащей в основе работы приборов. В этой связи необходима подготовка специалистов, знающих и умеющих применять законы физики, химии, математики и техники для изучения и использования способов определения состава веществ и осуществлять на практике профессиональную интерпретацию полученной информации.

Современные типографии и предприятия по производству упаковки не мыслимы без приборной аналитической базы и специалистов, обсуживающих ее.