научная статья по теме АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАЩИТНЫХ МЕТОК ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В УСЛОВИЯХ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАЩИТНЫХ МЕТОК ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В УСЛОВИЯХ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ»

Смирнов В.М., аспирант Московского государственного университета технологий и управления им. К. Г. Разумовского (Первого казачьего университета)

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАЩИТНЫХ МЕТОК ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В УСЛОВИЯХ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Идентификация защитных нанокристаллических меток по их спектральным данным, как способ повышения оперативности и достоверности контроля качества продуктов применительно к условиям различных производств, включая изделия легкой и пищевой промышленности. Рассмотрены новые подходы автоматизации контроля качества защитных меток путем интеллектуализации компьютерных систем, а также распознавания многомерной спектральной информации на основе современных теорий распознавания образов.

Ключевые слова: идентификация, защитные метки, нанотехнологии, автоматизированные экспертные системы.

AUTOMATION OF CONTROL OF NANOCRYSTAL PROTECTIVE TAGS FOR PRODUCTS OF THE FOOD INDUSTRY IN THE CONDITIONS OF METROLOGICAL PROVIDING

Identification of protective nanocrystal labels according to their spectral data, as a way of increase of efficiency and reliability of quality control of products with reference to conditions of various productions, including products of the light and food industry. New approaches of automation of quality control ofprotec-tive labels by a way of intellectualization of computer systems, and also recognition of multidimensional spectral information on the basis of modern theories of recognition of images are considered.

Keywords: identification, protective tags, nanotechnologies, the automated expert systems.

Изменения, которые происходят сегодня в мире, связанные с глобализацией рынков, созданием новых секторов экономики, динамичным ростом производства и многообразием продукции, а также образование Евразийского экономического союза, вступление России в ВТО ставит перед российскими изготовителями большие задачи по повышению конкурентоспособности российских товаров на зарубежных рынках, что должно послужить особым стимулом к инновационным преобразованиям с учетом всех факторов как положительного, так и отрицательного характера, связанных с интеграционным процессом, обеспечение конкурентной борьбы на рынке, не только между собой, но и западными производителями.

Развитие нанотехнологий в России в настоящее время выделено в число приоритетных направлений развития науки и техники, а также в сфере технического регулирования [1].

Использование нанотехнологий для защиты продукции от подделок свидетельствует о том, что нанотехнологии, обозначающие исследования и разработки материалов на атомном, молекулярном и макромолекулярных уровнях, революционизируют практически все технологические и промышленные сферы, будь то авиакосмическая промышленность, легкая и пищевая промышленность или информационные технологии.

Идентификация параметров нанообъектов путем использования нанокристаллических защитных меток является важным действием при оценке качества и установления их соответствия эталонам или установленным требованиям.

Защитные нанокристаллические метки обеспечивают качество производимой продукции, а использование измерительных приборов в нанометровом диапазоне позволит их распознавание [6].

В целях обеспечения оценки соответствия нанокристаллических защитных меток необходима характеризация наночастиц для разработки новых нанотехнологий, изготовление и использование наноматериалов, как контроль качества нанопродукции и обеспечение нано-

безопасности. Измерения параметров наночастиц особенно востребованы при их использовании при контроле объектов окружающей среды и пищевых продуктов, в медицине и биотехнологиях, а также в процедурах подтверждения соответствия для продукции наноинду-стрии.

Среди существующих методов измерения параметров наночастиц можно приближенно выделить две большие группы - методы прямого наблюдения (главным образом различные разновидности микроскопии высокого разрешения) и инструментальные физико-химические методы. Микроскопия высокого разрешения (атомно-силовая, сканирующая, просвечивающая, туннельная) обеспечивает визуализацию наночастиц, дает достаточно полную информацию о размерах и форме отдельных частиц, а в тех случаях, когда электронный микроскоп оснащен соответствующей приставкой, - и об их элементном составе. Однако электронная микроскопия не позволяет анализировать наночастицы непосредственно в жидкости (коллоиды и гели) и требует достаточно сложной пробоподготовки.

Инструментальные физико-химические методы не предполагают визуализацию, а для определения параметров частиц используют их различные физические и химические свойства (способность поглощать или рассеивать свет, подвижность и т.д.). Наиболее эффективные и распространенные из методов этой группы основаны на измерении параметров электромагнитного излучения после его взаимодействия с пробой, содержащей наноразмерные частицы, и определении (вычислении) по этим параметрам характеризующих их величин. Большинство методов этой группы используют электромагнитное излучение оптического диапазона.

Наночастицы можно анализировать непосредственно в жидкостях, что важно для многих приложений, связанных с сертификацией продукции наноиндустрии, а также с биологией, медициной и экологией.

Во многих случаях оптико-спектральные методы не позволяют получать полную информации об исследуемых наночастицах, в частности об их форме, а также о частицах, имеющих сложную структуру. Поэтому для полной и достоверной характеризации нанообъектов необходимо совместное использование электронной микроскопии высокого разрешения и оптико-спектральных методов.

Для измерения параметров наночастиц оптико-спектральными методами используется как аппаратура универсального назначения (спектрофотометры, спектрофлуориметры), так и приборы, специально разработанные для исследования наноматериалов (например, спектрометры динамического рассеяния света) [9].

Один из типов защитных нанокристаллических меток считаются коллоидные квантовые точки. Коллоидные квантовые точки объединяют физические и химические свойства молекул с оптоэлектронными свойствами полупроводников. Принципиальное свойство, отличающее коллоидные квантовые точки от традиционных полупроводниковых материалов - возможность существования в виде растворов, или точнее в виде золей.

Измерительные задачи, связанные с количественной и качественной оценкой геометрических параметров рельефа и шероховатости поверхности в нанометровом диапазоне, включая защитные нанокристаллические метки, начинают занимать все более значимое место в рамках таких высокотехнологичных отраслей, как легкая и пищевая промышленность; радиоэлектронная промышленность и информационно-телекоммуникационные технологии, производство медицинской диагностической аппаратуры, фармацевтических препаратов и др.

Способ автоматизированной проверки качества продукции, содержащей метку подлинности в виде нанокристаллов, включает зондирование объектов путем измерения параметров рельефных мер на установках измерительно-калибровочного комплекса шероховатости в нанометровом диапазоне.

Организовать контроль качества нанорельефа путем измерений эффективной высоты шероховатости изотропных поверхностей твердых тел (нанокристаллических защитных меток) предлагается с помощью, например, сканирующего зондового атомно-силового микроскопа, принцип действия которого основан на сканировании исследуемой поверхности зондами, регистрации набора физических величин ср,(х,у) и восстановлении по нему геометрии поверхности образца, при измерениях эффективной высоты шероховатости поверхностей твердых тел в диапазоне от 10-9 до 10-5 м. В состав микроскопа входят: персональный компьютер, контроллер, измерительная головка, набор сканеров, программное обеспечение [10].

Еще одним методом идентификация нанокристаллических меток может стать метод выполнения измерений с помощью малоуглового рентгеновского дифрактометра, который используется на материалы, содержащие системы наночастиц со среднеарифметическим расстоянием между ними не менее 10 максимальных линейных размеров, с однородной электронной плотностью, большей или меньшей электронной плотности окружающей их среды, а также многослойные пленки с известным числом одинаковых групп слоев, изготовленные на твердых плоских подложках.

Полученные результаты измерений позволяют повысить наглядность анализа многомерных данных, повысить достоверность идентификации нанокристаллических защитных меток. Поэтому эти методы могут применяться при маркировке: в пищевой промышленности при производстве упаковки; в легкой промышленности (производство ценных бумаг) и др.

Создание автоматизированных экспертных систем и оценка результатов контроля в этих системах - это принятие решения; в составе которого на основе системного подхода можно выделить типовые стадии, методы, способы и процедуры анализа ситуаций, выработки и оценки вариантов решения, организации исполнения и т. д.

Создание экспертной системы, позволяющей проводить идентификацию и оценивать качество контроля нанокристаллических защитных меток, внесет существенный вклад в повышение оперативности и достоверности контроля качества продуктов применительно к условиям различных производств, в развитие их научно-методических и технологических основ [2].

Таким образом, работа включает создание методов, математических моделей и комплекса программного обеспечения для решения задач идентификации защитных нанокристалли-ческих меток по их спектральным данным.

Основой разрабатываемых методов является связь спектральных данных и состава исследуемых защитных нанокристаллических меток. Интенсивность спектральных полос соответствует концентрациям определенных групп (компонентов) в составе меток. Для анализа меток и решения задачи идентификации необходимо установить количественную зависимость между интенсивностью поглощения (рассеяния) и физико-химическими показателями меток во всем спектральном диапазоне встречающихся реализаций [3].

В силу сложности физики защитных нанокристаллических меток предлагается подход, основанный н

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»