Download miễn phí Luận văn Sử dụng Matlab lập trình phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) kết hợp với mạng nơron nhân tạo
MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
BẢNG KÍ HIỆU NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT 4
MỞ ĐẦU 5
Chương I: TỔNG QUAN 7
1.1. Tổng quan về các nguyên tố Cu, Pb, Cd, Co, Ni [13] 7
1.1.1. Trạng thái hợp chất ứng dụng trong phân tích trắc quang 7
1.1.2. Các phương pháp phân tích quang học xác định riêng rẽ Co, Cd, Ni, Cu, Pb. 8
1.1.2.1. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 8
1.1.2.2. Phương pháp trắc quang 9
1.1.3. Giới thiệu chung về thuốc thử PAR 10
1.2. Phương pháp trắc quang kết hợp với chemometrics xác định đồng thời các nguyên tố Co, Cd, Ni, Cu, Pb 13
1.2.1. Phương pháp trắc quang kết hợp với hồi qui đa biến tuyến tính. 13
1.2.2. Phương pháp hồi qui đa biến phi tuyến tính xác định đồng thời các chất 14
1.2.2.1. Phương pháp mạng noron nhân tạo (ANN) 14
1.2.2.2. Phương pháp phân tích thành phần chính (PCA). 25
1.2.2.3. Phương pháp mạng nơron nhân tạo kết hợp với phân tích thành phần chính xác định đồng thời các chất. 27
1.3. Phần mềm Matlab( Matrix in laboratory) 29
Chương II: THỰC NGHIỆM 31
2.1. Nội dung và phương pháp nghiên cứu. 31
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu. 31
2.1.2. Nội dung nghiên cứu. 32
2.2. Hóa chất, dụng cụ, thí nghiệm. 32
2.2.1. Hóa chất. 32
2.2.2 công cụ và thiết bị 33
2.3. Cách tiến hành thực nghiệm 34
Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35
3.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu tạo phức màu của 5 cấu tử với thuốc thử PAR 35
3.1.1. Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào bước sóng 35
3.1.2. Ảnh hưởng của pH 36
3.1.3. Độ bền phức màu theo thời gian. 38
3.1.4. Ảnh hưởng của lượng thuốc thử dư đến khả năng tạo phức màu. 38
3.1.5. Khảo sát sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang của từng phức màu vào nồng độ ion kim loại 40
3.2. Nghiên cứu phương pháp mạng nơron nhân tạo ANN xác định đồng thời các cấu tử trong dung dịch. 44
3.2.1. Xây dựng ma trận nồng độ và ma trận độ hấp thụ quang của dung dịch chuẩn và dung dịch kiểm tra. 44
3.2.2. Xây dựng mô hình ANN tối ưu xác định đồng thời 5 ion kim loại 45
3.2.2. Xây dựng thuật toán loại trừ giá trị đo bất thường (outlier) 51
3.3. Phương pháp mạng noron nhân tạo kết hợp với hồi quy thành phần chính (PCR-ANN) xác định đồng thời 5 cấu tử trong dung dịch. 54
3.3.1. Khảo sát xây dựng mô hình PCA tối ưu. 55
3.3.2. Xây dựng mô hình PCR- ANN 57
3.3.3. Đánh giá tính hiệu quả của phương pháp PCR-ANN 64
KẾT LUẬN 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2013-12-27-luan_van_su_dung_matlab_lap_trinh_phuong_phap_phan.wO7wF5NVb3.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-51721/Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
iêng tách biệt so với môi trường MATLAB, mối quan hệ giữa biến và hàm với môi trường MATLAB là các biến vào và ra của hàm đó. Nếu trong thân hàm giá trị bị thay đổi thì sự thay đổi này chỉ tác động bên trong của hàm đó mà không làm ảnh hưởng đến các biến của môi trường MATLAB. Các biến được tạo ra bên trong hàm thì chỉ nằm trong không gian làm việc của hàm đó và được giải phóng khi hàm kết thúc. Vì vậy, không thể sử dụng thông tin của lần trước gọi cho lần sau.
- Số các tham số vào và ra khi một hàm được gọi thì chỉ có tác dụng bên trong hàm đó, biến nargin chứa tham số đa vào, biến narout chứa các tham số đưa ra. Thường dùng biến narin hơn biến narout.
-Các hàm có thể dùng chung các biến với các hàm khác với môi trường Matlab là có thể đệ quy nếu như các biến được khai báo là toàn cục.
Đặc biệt, phần mềm này có cả một Toolbox với các hàm toán học dành riêng để thiết lập các mô hình mạng nơron nhân tạo, người sử dụng có thể tạo ra vô số các mô hình sao cho phù hợp với mục đích sử dụng.
Với những ưu điểm nổi trội như vậy, Matlab có thể giải quyết mọi vấn đề tính toán phức tạp trong hoá phân tích.
Chương II: THỰC NGHIỆM
2.1. Nội dung và phương pháp nghiên cứu.
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu.
Cơ sở của phương pháp là dựa các phản ứng tạo phức màu của Ni(II), Co(II), Cu(II), Pb(II) và Cd(II) với thuốc thử PAR ở pH= 10, đo độ hấp thụ quang của các phức màu trên dải bước sóng 450-600 nm để xác định đồng thời 5 kim loại trên trong cùng một hỗn hợp bằng phương pháp mạng nơron nhân tạo kết hợp phương pháp phân tích thành phần chính để giảm kích thước tập số liệu.
PAR có công thức hóa học như sau:
PAR là thuốc thử có khả năng tạo phức đa dạng với hầu hết các ion kim loại chuyển tiếp, vì vậy có thể sử dụng để phân tích đồng thời các ion kim loại bằng phương pháp mạng nơron nhân tạo mà không cần tách loại các ion có trong hỗn hợp. Tuy nhiên, khi số cấu tử cần phân tích là lớn thì lượng mẫu phân tích cũng phải đủ lớn để xây dựng được mô hình ANN tối ưu thích hợp làm cho kích thước của tập dữ liệu là rất lớn. Do đó, chúng tui đã nghiên cứu phương pháp mạng nơron nhân tạo kết hợp với phân tích thành phần chính để giảm kích thước tập số liệu mà vẫn cho được kết quả phân tích chính xác.
Các ion kim loại Co(II), Ni(II), Cu(II), Pb(II), Cd(II) tạo phức với PAR trong môi trường kiềm cho phổ hấp thụ xen phủ nhau gần như hoàn toàn với nên để xác định đồng thời các chất phải dùng phương pháp hồi quy đa biến. Tuy nhiên, bản thân thuốc thử PAR có màu nên ảnh hưởng rất lớn đến phép xác định do lượng thuốc thử dư, khi đó các phương pháp đa biến như bình phương tối thiểu thông thường (CLS), nghịch đảo (ILS) không tính đến độ hấp thụ quang của mẫu trắng sẽ cho sai số lớn. Vì vậy, phương pháp hồi quy đa biến phi tuyến, độ hấp thụ quang của các cấu tử khảo sát có phục được nhược điểm này.
Khi kích thước mẫu lớn thì phương pháp phân tích thành phần chính kết hợp với mạng nơron nhân tạo để tính toán cho phép tăng độ chính xác khi xác định đồng thời các kim loại.
Phương pháp PCR- ANN dựa trên việc xây dựng ma trận nồng độ dung dịch chuẩn và ma trận độ hấp thụ quang của các dung dịch phức màu của hỗn hợp các ion kim loại với thuốc thử PAR được dùng để thiết lập một mô hình toán học thông qua việc áp dụng PCA để tìm trị riêng và cấu tử chính làm đầu vào của mô hình ANN. Đầu ra của mô hình là nồng độ của các cấu tử trong dung dịch cần phân tích
Để đánh giá mô hình cần xây dựng một ma trận nồng độ và độ hấp thụ quang của các mẫu kiểm tra, thông qua việc tính toán sai số tương đối và tổng bình phương sai số để đánh giá độ chính xác của phương pháp từ đó áp dụng phân tích mẫu thựu tế.
2.1.2. Nội dung nghiên cứu.
Để xây dựng qui trình phân tích xác định đồng thời Cd2+, Co2+, Cu2+, Ni2+ , Pb2+ bằng phương pháp trắc quang sử dụng mạng nơron nhân tạo kết hợp với phân tích thành phần chính (PCR-ANN), trong luận văn này chúng tui tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
- Nghiên cứu các điều kiện tối ưu của phản ứng tạo phức màu giữa các ion Cd2+, Co2+, Cu2+, Ni2+ , Pb2+ với thuốc thử PAR (pH, độ bền phức mầu, lượng thuốc thử dư…)
- Khảo sát khoảng tuyến tính xác định nồng độ của từng cấu tử trên với thuốc thử PAR từ đó xây dựng ma trận nồng độ có mặt 5 cấu tử.
- Nghiên cứu các phương pháp mạng nơron nhân tạo kết hợp phân tích thành phần chính để xác định nồng độ của các chất phân tích dựa vào phổ hấp thụ của hỗn hợp thu được. Cụ thể là:
+ Dùng phương pháp phân tích thành phần chính (PCA) tính toán tổng phương sai tích lũy, tìm ra số cấu tử chính phù hợp, giảm kích thước tập số liệu. Chuyển tập số liệu ban đầu thành tập số liệu mới có kích thước nhỏ hơn. Dùng tập số liệu mới này để làm dữ liệu đầu vào của mạng nơron nhân tạo
+ Thiết lập và khảo sát mô hình ANN tối ưu để tính toán, xác định nồng độ các cấu tử dựa vào phổ hấp thụ của hỗn hợp
- Đánh giá độ chính xác của mô hình, so sánh với phương pháp tính của mô hình khác.
2.2. Hóa chất, dụng cụ, thí nghiệm.
2.2.1. Hóa chất.
Các loại hoá chất được sử dụng là loại tinh khiết phân tích (P.A) và các dung dịch được pha chế bằng nước cất 2 lần.
- Dung dịch Co2+ 1000ppm: Hoà tan 1,2570 g CoCl2.6H2O (PA) bằng 50 ml dung dịch HCl 10% trong bình định mức 250, sau đó thêm nước cất đến vạch định mức thu được dung dịch Co2+ .
- Dung dịch chuẩn gốc Ni2+ 1000 ppm: Cân 1,0130 g NiCl2. 6H2O cho vào bình định mức 250 ml, thêm 50 ml dung dịch HCl 10%, lắc đều, thêm nước cất lắc cho tan hết, sau đó thêm nước cất đến vạch định mức.
- Dung dịch Cu2+ 1000ppm: Cân 0,9765 g CuSO4.5H2O, hòa tan trong nước cất 2 lần, chuyển vào bình định mức cỡ 250ml, lắc cho tan hết, định mức bằng nước cất đến vạch
- Dung dịch chuẩn gốc Cd2+ 1000ppm: Hoà tan 0,4079 g CdCl2 (P.A) trong 2 ml HCl đặc sau đó thêm nước cất đến vạch định mức 250ml thu được dung dịch Cd2+ 1000 ppm.
- Dung dịch chuẩn gốc Pb2+ 1000ppm: Hoà tan 0,3357g PbCl2 (P.A) trong 2 ml HCl đặc sau đó thêm nước cất đến vạch định mức 250ml thu được dung dịch Pb2+ 1000 ppm.
Nồng độ của dung dịch Ni2+ và Co2+ được xác định lại bằng phương pháp chuẩn độ phức chất như sau: Lấy 10,0 ml dung dịch Ni2+ hay Co2+ vào bình nón 250 ml, thêm chỉ thị murexit. Sau đó thêm dung dịch NH3 1M để điều chỉnh pH = 8 (thêm vài giọt dung dịch NH3 vào đến khi dung dịch có màu vàng nhạt thoáng đục). Chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch EDTA thì thấy dung dịch chuyển sang màu tím bền thì dừng lại. Sau đó từ dung dịch đã biết nồng độ chuẩn chúng tui tiến hành pha loãng thành các dung dịch có nồng độ thấp hơn.
Nồng độ của dung dịch Cu2+ được kiểm tra lại bằng phương pháp chuẩn độ phức chất như sau: Lấy 10,0ml dung dịch Cu2+ vào bình nón 250ml, thêm dung dịch đệm axetat pH=5 và 3 giọt chỉ thị PAN. Đun sôi và chuẩn độ bằng đung dịch EDTA. Ở điểm tương đương dung dịch chuyển từ màu tím đậm sang màu vàng lục.
- Dung dịch đệm borac pH = 10: Trộn 3,092g H3BO3 và 3,72...
