Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Application of a multicriterial optimization to the resolution of X-ray diffraction curves of semicrystalline polymers

100%

Rabiej M.

|

2017

|

tom T. 62, nr 11-12

821--833

EN

The analysis of wide angle X-ray diffraction (WAXD) curves of semicrystalline polymers is connected with their decomposition into crystalline peaks and amorphous components. To this aim a theoretical curve is constructed which is a best fitted, mathematical model of the experimental one. All parameters of the theoretical curve are found using an optimization procedure. As it has been already proved, a reliable decomposition can be performed only by means of a procedure which effectively performs a multicriterial optimization. It consists in minimization of the sum of squared deviations between the theoretical and experimental curves and simultaneous maximization of the area of the amorphous component. So, the objective function in the optimization procedure is constructed of two criterial functions which represent the two requirements. The proportions between the criterial functions and their significance at different stages of the procedure must be determined by suitable weights. A proper choice of the weights is an important part of the procedure. In this paper a new solution of this problem is presented: the weights are changed dynamically in subsequent steps of the optimization procedure. A few different algorithms of the weights determination are presented and evaluated by means of several statistical method. The optimization procedures equipped with these algorithms are tested using WAXD patterns of popular polymers: Cellulose I, Cellulose II and PET. It is shown that the optimization procedures equipped with the dynamic algorithms of weights determination are much more effective than the procedures using some constant, arbitrarily chosen weights.

PL

Dokonanie analizy krzywych dyfrakcyjnych WAXD polimerów semikrystalicznych, związanej z ich dekompozycją na składowe krystaliczne i amorficzne, wymaga zbudowania funkcji stanowiącej matematyczny model zarejestrowanej krzywej dyfrakcyjnej. Do wyznaczenia parametrów tej funkcji stosuje się nieliniową optymalizację wielokryterialną, polegającą na minimalizacji sumy kwadratów odchyleń krzywej teoretycznej od krzywej eksperymentalnej oraz maksymalizacji pola pod składową amorficzną. Funkcja celu jest więc skonstruowana z dwóch funkcji kryterialnych, które reprezentują te dwa warunki. Proporcje między tymi funkcjami i ich znaczenie na poszczególnych etapach procedury optymalizacyjnej muszą być określane przez odpowiednie wagi. Właściwy dobór wag dla funkcji kryterialnych jest jednym z trudniejszych zadań. Zaprezentowano nowe rozwiązanie problemu doboru wag dla funkcji kryterialnych: wagi zmieniano dynamicznie w kolejnych krokach procedury. Zaproponowano kilka różnych algorytmów wyznaczania wag. Algorytmy porównano i oceniono za pomocą testów statystycznych. Procedury wyposażone w te algorytmy zastosowano do rozkładu krzywych dyfrakcyjnych celulozy I, celulozy II i poliestru. Wykazano, że procedury wyposażone w dynamiczne algorytmy wyznaczania wag są znacznie bardziej skuteczne niż procedury wykorzystujące wagi stałe, ustalone arbitralnie.

2

An artificial immune system for the identification of polymer materials based on near infrared (NIR) spectra

63%

Rabiej M. , Biniaś W.

|

tom T. 59, nr 7-8

575--579

EN

This work presents an immune algorithm elaborated for the identification of polymers based on their NIR spectra. It uses the mechanisms and rules typical of natural immune systems. The identification of a polymer consists of a comparison of its NIR spectrum with reference spectra contained in a database. The algorithm acts in two stages. In the first stage, it compares the positions of the main absorption bands in the investigated spectrum with those of spectra from the database. Based on this comparison, the most similar reference spectra are selected. In the second stage, the shape of the numerical derivative of the investigated spectrum is compared with the shapes of the derivatives of the reference spectra selected in the first stage. Our investigations have shown that the algorithm is very effective and reliable. The algorithm can be used both for the identification of polymers in large databases and for the protection of such databases from an uncontrolled expansion.

PL

W pracy przedstawiono sztuczny system immunologiczny, należący do metod sztucznej inteligencji, przeznaczony do identyfikacji polimerów na podstawie ich widm w bliskiej podczerwieni (NIR). Analiza widm polega na porównaniu zgodności nieznanego widma z widmami zapisanymi w bazie danych, przy użyciu odpowiedniego algorytmu. Struktura algorytmu i działanie poszczególnych procedur naśladują strukturę naturalnego układu immunologicznego. Podobnie jak w naturalnych systemach, identyfikacja jest dokonywana na dwóch etapach. W pierwszym etapie przeprowadzana jest wstępna selekcja widm, realizowana za pomocą procedury odpowiadającej działaniu limfocytu T. Do wykonania tego zadania zastosowano filtry cyfrowe i pochodne numeryczne. W drugim etapie uruchamiana jest procedura odpowiadająca działaniu limfocytu B, której zadaniem jest wybranie spośród wyselekcjonowanych widm takiego, którego pochodna ma kształt najbardziej zbliżony do kształtu pochodnej nieznanego widma. W tym celu algorytm dzieli porównywane pochodne widm (antygen i przeciwciało) na małe fragmenty, czyli paratopy i epitopy, dla każdego z nich oblicza wskaźniki podobieństwa, takie jak: współczynnik determinacji (R2), współczynnik Kendalla (t), stosunek pól pod krzywymi (A), średni błąd względny (W) oraz sumę kwadratów różnic pochodnych. Na podstawie tych miar ocenia stopień dopasowania kolejnych paratopów i epitopów, a następnie stopień dopasowania antygenu i przeciwciała oraz poziom stymulacji. Zamiast klonowania i hipermutacji algorytm wykonuje lokalne przeszukiwanie każdego pasma widma. Widma, dla których stopień dopasowania przekroczy zadany próg są rozwiązaniem zadania. Przeprowadzone testy wykazały wysoką efektywność i niezawodność opracowanego algorytmu. Algorytm może służyć do identyfikacji polimerów w dużych bazach danych, a także do zabezpieczania baz danych przed wprowadzeniem kilku widm tego samego polimeru.

3

Modeling of the lamellar structure of ethylene-1-octene copolymers

63%

Rabiej S. , Rabiej M.

|

tom T. 59, nr 7-8

549--556

EN

The parameters of the lamellar structure of melt crystallized ethylene-1-octene copolymers were determined with the usage of model calculations. Two models were employed: classical model of Hosemann and a variable local structure model. In the second model it was assumed that the crystallinity of stacks varies from stack to stack according to some distribution function P(j). Theoretical SAXS curves related to the assumed models were best fitted to the experimental curves and the parameters of stacks were determined. It was found that the second model gave much better fits then the model of Hosemann. Generally, the distribution function P(j) is asymmetric and positively skewed but its shape changes for the stacks crystallized at various temperatures. At higher temperatures, starting from the melting point, the crystallinity distribution can be well approximated by the Reinhold function. At lower temperatures, closer to the final solidification, the split Gauss function is a better approximation.

PL

Badano strukturę lamelarną kopolimerów etylen-1-okten podczas ich chłodzenia od temperatury topnienia do temperatury pokojowej. Parametry struktury wyznaczano na podstawie obliczeń modelowych, polegających na optymalnym dopasowywaniu teoretycznej krzywej rozpraszania SAXS, odpowiadającej założonemu modelowi struktury, do krzywej eksperymentalnej. W obliczeniach stosowano klasyczny model Hosemanna, zgodnie z którym wszystkie stosy lamelarne występujące w polimerze są statystycznie identyczne, oraz model zakładający niejednorodność struktury polimeru. Ten ostatni model zakładał, że stopień krystaliczności stosów jest zróżnicowany, a jego występowanie w objętości polimeru opisuje pewna funkcja rozkładu P(j). Badania wykazały, że nie jest możliwe uzyskanie dobrego dopasowania krzywych teoretycznych, opisanych zależnościami podanymi przez Hosemanna, do krzywych eksperymentalnych, co tym samym świadczy o nieadekwatności tego modelu w odniesieniu do badanych struktur. Zastosowanie drugiego modelu pozwoliło na uzyskanie bardzo dobrego dopasowania w całym zakresie rejestracji krzywych SAXS. Otrzymane wyniki świadczą o niejednorodnej strukturze stosów lamelarnych w badanych kopolimerach oraz o asymetrycznym charakterze rozkładu stopnia krystaliczności w stosach. W zakresie wysokich wartości temperatury, rozkład ten może być bardzo dobrze opisany za pomocą funkcji Reinholda. W zakresie niższych wartości temperatury, bliskich temperaturze końcowego zestalenia się kopolimeru, lepszym przybliżeniem jest tzw. składana funkcja Gaussa.