Существует большое количество методик элементного количественного анализа, основанных на атомно-абсорбционной, атомно-эмиссионной и рентгенофлуоресцентной спектроскопии. Развитие этих методик – актуальная задача для исследователей, включающая в себя расширение круга анализируемых объектов, повышение чувствительности методов, усовершенствование анализа сложных объектов, матрица которых затрудняет интерпретацию аналитического сигнала.
Можно выделить три основных подхода к улучшению аналитических и метрологических характеристик метода. Инструментальный подход связан с усовершенствованием спектрометров или изменением его отдельных узлов. Примеры таких изменений в РФА – использование синхротронного излучения в качестве источника излучения для увеличения светосилы эксперимента или применение эффекта полного внешнего отражения (ПВО) для снижения пределов обнаружения аналитов. Технические модификации приводят к развитию новых методов – например, был создан РФА-ПВО, широко применяющийся для определения следовых количеств элементов.
Другой способ улучшения аналитических характеристик метода заключается в изменении методики проведения эксперимента. Например, для повышения чувствительности РФА прибегают к концентрированию аналита. Несмотря на доказанную эффективность этих традиционных способов, они обладают существенными недостатками: изменения конструкции прибора, как правило, приводят к росту стоимости аналитического оборудования, а усложнение методики анализа – к увеличению его трудоемкости.
Наиболее перспективный подход к расширению возможностей РФА – обработка спектральных данных хемометрическими методами для получения нужной аналитической информации. Такая математическая обработка данных широко применяется в оптической молекулярной спектроскопии, электрохимии, хроматографии и других методах качественного и количественного анализа. В отличие от обычных приемов анализа спектров (поиска отдельных пиков), в хемометрике рассматривается весь массив аналитических сигналов от образца как многомерная структура. Это позволяет выявить скрытые взаимосвязи между аналитическими сигналами и характеристиками образцов – концентрациями отдельных компонентов, физическими и физико-химическими свойствами и т.д. Применение этих методов для обработки данных РФА позволит наиболее полно учитывать матричные эффекты и создавать универсальные градуировки для объектов исследования (например, единая модель для анализа руд, почв и сталей), а в сочетании с методами стандартизации сигналов, и для средств измерения (единая градуировка для нескольких спектрометров, стоящих в разных лабораториях).
Методы хемометрики позволяют извлечь аналитическую информацию из сложных спектров с перекрывающимися сигналами и высоким уровнем шума или низким разрешением. Благодаря такой обработке данных можно отказаться от сложной детектирующей системы в спектрометре и снизить его стоимость. Такой подход – создание простых и дешевых аналитических инструментов на базе легкодоступных устройств и материалов - одно из актуальных направлений в области аналитической химии. В РФА на практике применяются два способа регистрации сигнала: на основе дорогостоящих детекторов высокого разрешения (полупроводникового типа) или сочетания детекторов низкого разрешения (газовых пропорциональных и сцинтилляционных счетчиков) с системой разложения потока излучения по длинам волн. Используя хемометрическую обработку данных, можно ограничиться только детекторами низкого разрешения и не использовать дополнительные устройств разделения потока излучения без критической потери точности количественного анализа. Такой подход в перспективе позволит создавать недорогие спектрометры для решения конкретных аналитических задач, в том числе для внелабораторных измерений.
Таким образом, применение современных методов обработки многомерных данных позволит не только повысить точность и правильность определения элементного состава реальных объектов методом РФА, но и создать универсальные градуировки и относительно недорогие спектрометры, что найдет широкое применение в заводских и научных лабораториях.
Хемометрические методы обработки спектров нечасто используются в исследованиях, посвященных РФА, и применяются только для решения отдельных задач. Полноценное изучение возможностей хемометрических методов в количественном РФА и описание их преимуществ и недостатков по сравнению с традиционными подходами, применяемыми в РФА, не проводилось. В ходе проекта будут систематически рассмотрены не только вопросы повышения точности и надежности элементного анализа с помощью хемометрики, но и важнейшая проблема межлабораторного применения РФА – создание универсальных градуировок. Эта проблема уже рассматривалась для многих спектральных методов, однако в РФА она до сих пор не решена. Возможность проведения многоэлементного РФА с использованием недорогих и эффективных детекторов рентгеновского излучения без применения кристалл-анализаторов будет рассмотрена впервые.
Достижимость решения поставленной задачи определяется следующими факторами. В распоряжении коллектива имеется большой набор экспериментального оборудования для РФА (спектрометры с энергетической дисперсией, волновой дисперсией и с полным внешним отражением). Члены коллектива свободно владеют математическими методами обработки данных и имеют опыт их применения для решения разнообразных фундаментальных и прикладных задач. Таким образом, коллектив располагает всем необходимым для получения запланированных результатов.
Члены научного коллектива участвовали в большом числе работ, посвященных развитию рентгенофлуоресцентного анализа и хемометрических методов. За последние три года членами коллектива был предложен способ определения легких элементов в органических соединениях методом РФА и способ коррекции матричных эффектов на основе использовании коэффициентов влияния совместно с методом проекций на латентные структуры.
Основные публикации за последние три года:

1. Aidene S, Semenov V, Kirsanov D, Kirsanov D, Panchuk V (2020) Assessment of the physical properties, and the hydrogen, carbon, and oxygen content in plastics using energy-dispersive X-ray fluorescence spectrometry. Spectrochim Acta Part B At Spectrosc 165:105771
2. Aidene, S., Khaydukova, M., Pashkova, G., Chubarov, V., Savinov, S., Semenov, V., Kirsanov, D., Panchuk, V. Does chemometrics work for matrix effects correction in X-ray fluorescence analysis? // (2021) Spectrochimica Acta - Part B Atomic Spectroscopy, 185, статья № 106310, DOI: 10.1016/j.sab.2021.106310.
3. Aidene, S., Semenov, V., Kirsanov, D., Kirsanov, D., Panchuk, V. Scattering of monochromatic X-rays at different incident radiation angles provides quantitative information on physical and chemical properties of plastics. (2021) Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, 172, статья № 108888, . DOI: 10.1016/j.measurement.2020.108888
4. Aidene S., Khaydukova M., Savinov S., Semenov V., Kirsanov D., Panchuk V. (2022) Partial least squares assisted influence coefficients concept improves accuracy in X-ray fluorescence analysis. Spectrochim Acta Part B At Spectrosc 193:106452
По результатам работ в 2022 году были защищены диссертации на соискание степени доктора физико-математических наук (Панчук В.В. "РАЗВИТИЕ ЯДЕРНОЙ ГАММА-РЕЗОНАНСНОЙ И РЕНТГЕНОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ НА ОСНОВЕ ХЕМОМЕТРИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ" ) и кандидата химических наук (Аиден Сораиа, "Определение легких элементов и коррекция матричных эффектов в рентгенофлуоресцентном анализе на основе хемометрических подходов")