Модуль обработки данных дифрактограмм для электронного журнала. Нахождение дифракционных максимумов

Abstract

Актуальность разработанного модуля обработки дифрактограмм заключается в том, что на сегодняшний день обработка данных является неотъемлемым процессом при проведении физического эксперимента, в то же время, как правило, специализированное программное обеспечение поставляется только вместе с дорогостоящим оборудованием и недоступно среднестатистическому исследователю. Специалисты в области материаловедения используют значительное количество различных программ для обработки данных, в частности, генерируемых рентгеновскими дифрактометрами, электронными микроскопами и другими видами приборов. Как правило, разные производители используют различные форматы представления данных, обработкой которых занимаются специалисты, понимающие аппаратные ограничения, физические принципы анализа, а также возможные неточности и погрешности, интерпретация нередко требует формирования гипотез. Как правило, оператор каждого отдельно взятого прибора не является специалистом в узко поставленной предметной области, поэтому сложно сказать, какие именно фрагменты данных важны для пользователя (заказчика). Консолидация данных с различных источников позволяет уменьшить количество времени для анализа экспериментальных результатов; количество необходимого программного обеспечения, используемого для анализа, позволяет повысить качество анализа; нередко возможно нахождение неявных закономерностей. В этой связи видится актуальным создание модуля для сбора и хранения данных об экспериментах и результатах анализа различными методами. Кроме того, в условиях сложности закупочных процедур специализированного программного обеспечения видится актуальным вопрос создания отечественных решений. Рентгенофазовый анализ является распространённым повсеместно, исходя из этого в данной работе демонстрируются результаты создания программного модуля электронного журнала экспериментов, который позволяет оценить положения дифракционных максимумов, т. е. провести экспресс-анализ лабораторных образцов, полученных в ходе экспериментов. Целью разработки является централизованное хранение экспериментальных данных, связанных с получением твердых кристаллических материалов, и для первичного анализа. Объектом исследования является рентгеновские дифрактограммы. Предметом исследования является определение положения рефлекса на дифрактограмме. Методы: анализ и оценка уже разработанных решений, а также существующей литературы; апробирование существующих алгоритмов для анализа данных, нахождения дифракционных максимумов на дифрактограмме. Результаты. Разработан модуль для первичного профильного анализа дифрактограмм для электронного журнала, который позволяет приблизительно определить интенсивность и положения дифракционных максимумов, по которым можно установить фазовый состав исследуемых порошков, а при известных корундовых числах - количественный состав; проведено сравнение с повсеместно используемым программным обеспечением. Разработанное цифровое решение позволяет: сократить время на анализ экспериментальных данных, уменьшить количество используемого программного обеспечения, упростить процесс определения фазового состава синтезируемых порошков в рамках серии, повысить эффективность проведения экспериментов и исследований. Таким образом, разработанное решение является актуальным и востребованным инструментом для исследователей, занимающихся синтезом твердых кристаллических материалов.

Relevance. Today data processing is an integral process when conducting a physical experiment, at the same time, as a rule, specialized software is supplied only with expensive equipment and it is not available to the average researcher. Specialists in the field of materials science use a significant number of different programs to process data, in particular, generated by X-ray diffractometers, electron microscopes and other types of instruments. As a rule, different manufacturers use different formats of data representation, processing of which is performed by specialists who understand hardware limitations, physical principles of analysis, as well as possible inaccuracies and errors, interpretation often requires the formation of hypotheses. As a rule, the operator of each individual device is not an expert in a narrowly defined subject area, so it is difficult to say, which pieces of data are important for the user (customer). Consolidation of data from various sources allows you to reduce the amount of time for analyzing experimental results; the amount of necessary software used for analysis allows you to improve the quality of the analysis. It is often possible to find implicit patterns. In this regard, it seems relevant to create a module for collecting and storing data on experiments and results of analysis by various methods. In addition, in conditions of complexity of procurement procedures for specialized software, the issue of creating domestic solutions seems relevant. X-ray phase analysis is widespread. In this regard, this work demonstrates the results of creating a software module for an electronic journal of experiments, which allows you to estimate the positions of diffraction maxima, i.e. to carry out rapid analysis of laboratory samples obtained during the experiments. Aim. To develop a digital solution for centralized storage of experimental data related to the production of solid crystalline materials and for primary analysis. Object. X-ray diffraction patterns. Subject. To determine the position of the reflection on the diffraction pattern. Methods. Analysis and evaluation of already developed solutions, as well as existing literature; testing of existing algorithms for data analysis, finding diffraction maxima on the diffractogram. Results. The authors have developed the module for the primary profile analysis of diffraction patterns for an electronic journal. This module makes it possible to approximately determine the intensity and positions of diffraction maxima, from which the phase composition of the powders under study can be determined, and with known corundum numbers, the quantitative composition can be determined. This module was compared to the commonly used software. The developed digital solution allows reducing the time for analyzing experimental data, the amount of software used, simplifying determination of the phase composition of synthesized powders within a series, and increasing the efficiency of experiments and research. Thus, the developed solution is a relevant and sought-after tool for researchers involved in the synthesis of solid crystalline materials