RU2117932C1 - Method for calibration of spectral instrument - Google Patents

Method for calibration of spectral instrument Download PDF

Info

Publication number
RU2117932C1
RU2117932C1 RU95110677A RU95110677A RU2117932C1 RU 2117932 C1 RU2117932 C1 RU 2117932C1 RU 95110677 A RU95110677 A RU 95110677A RU 95110677 A RU95110677 A RU 95110677A RU 2117932 C1 RU2117932 C1 RU 2117932C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
calibration
equation
instrument
values
value
Prior art date
Application number
RU95110677A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95110677A (en
Inventor
М.Маггард Стивен
Original Assignee
Эшланд Ойл, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эшланд Ойл, Инк. filed Critical Эшланд Ойл, Инк.
Priority claimed from PCT/US1992/008547 external-priority patent/WO1994008225A1/en
Publication of RU95110677A publication Critical patent/RU95110677A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2117932C1 publication Critical patent/RU2117932C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274Calibration, base line adjustment, drift correction

Abstract

FIELD: methods of initial calibration or recalibration of the second spectrometer in light of the first spectrometer, or, respectively, of itself. SUBSTANCE: during calibration use is made of selection and processing of spectral data obtained both from the first and also from the second instruments. In calibration, use is made of selection and processing of spectral data from the same first instrument which are obtained both, before and after necessity in recalibration arises. Instead of modification of corresponding characteristics of the first and second instruments or the first instrument, before and after arising of necessity in calibration, the present invention modifies the equation of calibration of the second instrument or recalibrated instrument for obtaining results compatible with the results obtained from the first instrument or by the first instrument before it comes out of calibrated state. Equation of calibration is such equation which converts the spectral data of concrete specimen in multitude of wave lengths in compliance with calculated value for some chemical or physical property. Usually the form of such equations of calibration is linear combination of spectral absorbing ability or mathematic conversion of values of absorbing ability measured by the first and second instruments for each specimen. EFFECT: preserved or in some cases even improved accuracy of primary calibration or recalibration of instrument. 10 cl, 8 tbl

Description

Изобретение относится к спектрофотометрам, предназначенным для измерения электромагнитного излучения, в частности инфракрасного, ближнего (длинноволнового) инфракрасного, видимого излучения, рамановских спектров, рэлеевского рассеяния и т.п. Более конкретно, изобретение относится к методам калибровки, которые могут быть полезны при прогнозировании химических и физических свойств на основе наблюдаемых спектральных данных, полученных с помощью спектрофотометра. Еще более конкретно, это изобретение включает уравнения калибровки в ближней инфракрасной области спектра, пригодные для прогнозирования или оценки физических или химических свойств, например, октана. The invention relates to spectrophotometers designed to measure electromagnetic radiation, in particular infrared, near (long wave) infrared, visible radiation, Raman spectra, Rayleigh scattering, etc. More specifically, the invention relates to calibration methods that may be useful in predicting chemical and physical properties based on observed spectral data obtained using a spectrophotometer. Even more specifically, this invention includes near infrared calibration equations suitable for predicting or evaluating physical or chemical properties, for example, octane.

В публикации в журнале ("J.Sci.Food Agric." 34 (1983) c. 1441-1443) Б.Г. Осборн предлагает использовать уравнение, полученное для калибровки одного типа прибора, для другого прибора. In a publication in the journal ("J.Sci. Food Agric." 34 (1983) c. 1441-1443) B.G. Osbourne proposes using the equation obtained to calibrate one type of instrument for another instrument.

В статье "Использование косвенной калибровки с многими переменными для контроля качества сельскохозяйственных продуктов с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области", Г. Пучвейн и А.Эйбелгубер (Microchim Acta (Вена), 1986, 11, 43-51) предлагает компьютерную программу для калибровки прибора. Программа отбирает соответствующие значения частоты для спектральных данных для части из серии образцов, с помощью которых осуществляется калибровка прибора, а затем осуществляет подтверждение в отношении остальных образцов. In the article "The use of indirect calibration with many variables to control the quality of agricultural products using near infrared spectroscopy", G. Puchwein and A. Eibelguber (Microchim Acta (Vienna), 1986, 11, 43-51) offer a computer program for calibration device. The program selects the appropriate frequency values for the spectral data for a part from a series of samples with which the instrument is calibrated, and then confirms with respect to the remaining samples.

В статье "Ограничения, существующие в ближней ИК-области спектра, относящиеся к самокалибровке кремниевого фотодиода" Ж.М. Пальмер (SPIE т.499, "Измерения оптического излучения" (1984), стр. 7-14) описывается самокалибровка кремниевых фотодиодных детекторов. In the article "Limitations existing in the near infrared region related to the self-calibration of a silicon photodiode" Zh.M. Palmer (SPIE T.499, "Measuring Optical Radiation" (1984), pp. 7-14) describes the self-calibration of silicon photodiode detectors.

В статье "Простой способ внутренней модуляции для спектральной калибровки спектрометров с круговым переменным фильтром в ближней ИК-области спектра", Чандрасекхар, Ашок, Бхатт и Маньян (Физика инфракрасного излучения, т. 24, N 6, 1984, стр. 571-572) описывают калибровку по длинам волн телескопов, связанных с приборами ИК-излучения ближней области ИК-спектра для астрономических исследований с использованием частотно-зависимого сигнала ртутной дуговой лампы низкого давления. In the article “A Simple Method of Internal Modulation for the Spectral Calibration of Spectrometers with a Circular Variable Filter in the Near IR Spectral Region”, Chandrasekhar, Ashok, Bhatt and Manyan (Physics of infrared radiation, vol. 24, N 6, 1984, pp. 571-572) describe the wavelength calibration of telescopes associated with infrared near-infrared devices for astronomical studies using a frequency-dependent signal from a low-pressure mercury arc lamp.

Марк и Уоркман (Спектроскопия: 311, 28) разработали компьютерный алгоритм с целью нахождения изонумерационных значений длины волны. Изонумерационные значения длины волны представляют собой калибровочные длины волн, которые соответствуют одному и тому же отсчету поглощательной способности на контрольном калибре NIR и подчиненном устройстве NIR. Следовательно эти длины волн фактически не изменяются от одного прибора к другому. Mark and Workman (Spectroscopy: 311, 28) developed a computer algorithm to find isonumerational wavelengths. Isonumerational wavelengths are calibration wavelengths that correspond to the same absorbance readout on the NIR gauge and the NIR slave. Therefore, these wavelengths do not actually vary from one device to another.

Гекман, Диффи и Милхаус (Analytica Chemica Acta, 192 (1987), 197) предложили компьютерную программу, которая переносит уравнения калибровки путем подсчета поправок на систематическую погрешность и наклон для каждой длины волны в уравнении. Этот способ поправок на систематическую погрешность и наклон действительно используется в примере 3 данной заявки. В патенте США N 4761522 на имя Р.Д. Розентал заявлен политетрафторэтиленовый стандарт для ближнего ИК-излучения и способ изготовления этого стандарта. Однако данный стандарт не используется в переносе калибровки от одного прибора к другому. Hackman, Diffie, and Milhouse (Analytica Chemica Acta, 192 (1987), 197) proposed a computer program that transfers calibration equations by calculating the systematic error and slope corrections for each wavelength in the equation. This method of correction for systematic error and slope is actually used in Example 3 of this application. U.S. Patent 4,761,522 to R.D. Rosenthal declared PTFE standard for near infrared radiation and a method of manufacturing this standard. However, this standard is not used in transferring calibration from one instrument to another.

В статье "Стандартизация приборов с многими переменными" Уэнга и др. (Anal. Chem., 1991, 63, 2750-2756) описываются четыре способа стандартизации или для корректирования первичной модели калибровки с целью использования на вторичном приборе или для корректирования спектров, полученных на втором приборе, чтобы определить разницы откликов для обоих приборов. Было обнаружено, что модель калибровки, построенная на основе одной группы, может оказаться не применимой для другой группы. Однако с использованием математического аппарата процедуры калибровки с многими переменными были разработаны четыре других метода с целью выбора наилучшего подмножества из имеющихся образцов для переноса калибровки. В числе названных способов известен способ корректирования спектров по способу линейного переноса одной спектральной характеристики по ее интенсивности от одного прибора на такую же характеристику другого. В этом источнике раскрыто использование расчетной зависимой переменной величины, соответствующей нужному физическому свойству и используемой для вывода коэффициентов для постоянных величин во втором уравнении калибровки. The article “Standardization of Instruments with Many Variables” by Wang et al. (Anal. Chem., 1991, 63, 2750-2756) describes four standardization methods for either adjusting the primary calibration model for use on a secondary instrument or for correcting spectra obtained with a second instrument to determine the difference in response for both instruments. It was found that a calibration model built on the basis of one group may not be applicable for another group. However, using the mathematical apparatus of the calibration procedure with many variables, four other methods were developed to select the best subset of the available samples for transferring the calibration. Among these methods, there is a known method of correcting spectra by the method of linear transfer of one spectral characteristic by its intensity from one device to the same characteristic of another. This source discloses the use of a calculated dependent variable corresponding to the desired physical property and used to derive coefficients for constant values in the second calibration equation.

В статье "Калибровка прибора для спектроскопии в ближней ИК-области спектра" (48 Спектроскопии, т. 4, N 4, стр. 48-55) Б.Г. Осборн детально описывает операции для установления простых закономерностей с помощью множественной линейной регрессии, а также использование производных от линейных членов. Обсуждается проверка достоверности калибровочных кривых, в частности как выбираются конкретные значения длин волн для определения членов в уравнениях множественной линейной регрессии, а также статистическая значимость конкретного калибровочного образца. Этот способ может быть использован в данном изобретении с целью определения уравнений калибровки соответственно калибруемого прибора для диапазона значений, в пределах которых может быть осуществлено успешное прогнозирование, т.е. для области, представляющей интерес. In the article "Calibration of the instrument for near-infrared spectroscopy" (48 Spectroscopy, vol. 4, N 4, p. 48-55) B.G. Osbourne describes in detail the operations for establishing simple patterns using multiple linear regression, as well as the use of derivatives of linear terms. The validation of calibration curves is discussed, in particular, how specific wavelengths are selected to determine the terms in the multiple linear regression equations, as well as the statistical significance of a particular calibration sample. This method can be used in the present invention to determine the calibration equations of an appropriately calibrated instrument for a range of values within which successful prediction can be made, i.e. for the area of interest.

Другие способы определения уравнений калибровки описаны в "Журнале аналитической химии" (т. 60, стр. 1193-1202 (1988)). Д.М. Хааландом и Э.В. Томасом. Представлены способы с использованием обратных наименьших квадратов, частичных наименьших квадратов, традиционных наименьших квадратов и анализ главного компонента регрессии. Other methods for determining calibration equations are described in the Journal of Analytical Chemistry (vol. 60, pp. 1193-1202 (1988)). D.M. Haaland and E.V. Thomas. Methods using inverse least squares, partial least squares, traditional least squares and analysis of the main component of the regression are presented.

В статье "Стандарты поглощения жидкости для ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной спектрофотометрии" Р.Г. Мартинека в "J.Am.Med.Technol." (июль-август, 1978, стр. 210-216) представлены стандарты поглощения жидкости, имеющие следующие желаемые характеристики: широкие пики поглощения, широкий диапазон длин волн, высокая молярная поглощательная способность, стабильность в растворе, легко определяемые характеристики чистоты и минимальные спектральные температурные коэффициенты. Целью использования таких стандартов является расчет абсолютной спектральной поглощательной способности на основе наблюдаемой поглощательной способности и использование поправочного коэффициента прибора. In the article "Liquid Absorption Standards for Ultraviolet, Visible and Near Infrared Spectrophotometry" R.G. Martineka in "J.Am.Med.Technol." (July-August, 1978, pp. 210-216) presents liquid absorption standards having the following desired characteristics: wide absorption peaks, wide wavelength range, high molar absorption capacity, solution stability, easily defined purity characteristics and minimum spectral temperature coefficients . The purpose of using such standards is to calculate the absolute spectral absorbance based on the observed absorbance and to use the correction factor of the instrument.

В статье "Использование статистических данных при калибровке и проверке неавтономных анализаторов длинноволнового ИК-излучения" Б.Томпсона, (ISA, 1989, документ # 88-0116) описывается использование ИК-излучения длинноволновой части ИК-спектра для управления технологическим процессом, в том числе с использованием статистики. The article “Using Statistical Data in the Calibration and Verification of Non-Autonomous Long-Wave Infrared Analyzers” by B. Thompson, (ISA, 1989, document # 88-0116) describes the use of infrared radiation from the long-wave part of the infrared spectrum for process control, including using statistics.

Б. Г. Осборн в статье "Калибровка приборов для спектроскопии в длиноволновой части ИК-спектра" ("Спектроскопия", 4(4), с.48-50) описывает необходимость в мультипликативной коррекции рассеивания для твердых образцов, вызванную различием в размерах частиц твердых веществ, и компьютерный перенос комплексных уравнений. Осборн предлагает способы вывода уравнений калибровки для конкретных случаев, пригодные для использования в настоящем изобретении. Обсуждаются выбор соответствующих значений длин волн и образцов и приводятся далее относящиеся к делу статьи, поясняющие применяемую технологию. Описывается перенос уравнений калибровки от одного прибора к другому, при котором для современных приборов требуется только изменение значения захвата, при этом компьютеризованные процедуры учитывают разницу в спектральных данных, получаемых различными приборами. Эти компьютеризованные процедуры не объясняются детально, но, по-видимому, предусматривают преобразование спектральных данных одного прибора так, чтобы они были совместимыми со спектральными данными другого прибора. Это следует различать от того, что предусмотрено настоящим изобретением, согласно которому вместо преобразования спектральных данных соответствующие коэффициенты в уравнении калибровки для второго прибора изменяются в сравнении с коэффициентами, полученными для уравнения калибровки первого прибора в соответствии с новой процедурой, раскрытой в настоящем описании. B. G. Osborne, in his article “Calibration of Instruments for Spectroscopy in the Longwave of the IR Spectrum” (Spectroscopy, 4 (4), pp. 48-50), describes the need for multiplicative scattering correction for solid samples, caused by the difference in particle sizes solids, and computer transfer of complex equations. Osbourne provides methods for deriving calibration equations for specific cases suitable for use in the present invention. The selection of appropriate wavelengths and samples is discussed, and further relevant articles explaining the technology used are provided. The transfer of calibration equations from one instrument to another is described, in which modern instruments require only a change in the capture value, while computerized procedures take into account the difference in spectral data obtained by different instruments. These computerized procedures are not explained in detail, but apparently provide for the conversion of the spectral data of one device so that they are compatible with the spectral data of another device. This should be distinguished from what is provided by the present invention, according to which, instead of converting the spectral data, the corresponding coefficients in the calibration equation for the second device are changed in comparison with the coefficients obtained for the calibration equation of the first device in accordance with the new procedure disclosed in the present description.

В докторской диссертации автора настоящего изобретения, озаглавленной "Хемометрический анализ устройства магнитной обработки воды" (Международный университет микропленок. Отдел диссертаций, N 8919928), обсуждается анализ линейной регрессии (простой и множественной) для построения модели линейной регрессии и преобразования данных, которые могут преобразовывать нелинейные типы данных в данные, подходящие для моделирования линейной регрессии. Представлены определения, устанавливающие степень надежности, согласно которой значение одной переменной величины (зависимой переменной величины) может быть найдено на основе значений для других переменных величин (независимых переменных величин). В принципе способы определения постоянных регрессии (или коэффициентов) для уравнений калибровки, обсуждаемых в упомянутой докторской диссертации, используются для выведения уравнения калибровки для первого или эталонного прибора в настоящем изобретении. The doctoral dissertation of the author of the present invention, entitled "Chemometric analysis of a magnetic water treatment device" (International University of Microfilms. Thesis Division, N 8919928), discusses linear regression analysis (simple and multiple) to build a linear regression model and transform data that can convert nonlinear data types into data suitable for linear regression modeling. Definitions are presented that establish the degree of reliability according to which the value of one variable (dependent variable) can be found based on the values for other variables (independent variables). In principle, methods for determining the regression constants (or coefficients) for the calibration equations discussed in the above-mentioned doctoral dissertation are used to derive the calibration equations for the first or reference device in the present invention.

В статье "Новый подход к выявлению переносимых способов калибровки для количественной спектроскопии в ближней инфракрасной области спектра" (Спектроскопия, т. 3, N 11, с. 28-36, авторов Х. Марка и Д. Уоркмана) показано, что применяемость характеристик прибора осложняет перенос калибровочных данных между приборами. Однако путем выбора длин волн и соответствующих спектральных свойств для таких длин волн, так чтобы они удовлетворяли определенному критерию, можно добиться того, что некоторые отличия между приборами не приведут к существенному изменению калибровочного уравнения, полученного для одного прибора, при описании с его помощью работы другого прибора. Однако не описывается, каким образом сделать так, чтобы уравнение калибровки одного прибора было пригодно для использования в другом приоре, когда имеются существенные изменения в уравнении калибровки, пригодном для применения второго прибора. The article "A new approach to identifying portable calibration methods for quantitative near-infrared spectroscopy" (Spectroscopy, vol. 3, No. 11, pp. 28-36, authors H. Mark and D. Workman) showed that the applicability of the characteristics of the device complicates the transfer of calibration data between devices. However, by choosing wavelengths and the corresponding spectral properties for such wavelengths so that they satisfy a certain criterion, it can be achieved that some differences between the devices do not lead to a significant change in the calibration equation obtained for one device when describing the work of another device. However, it does not describe how to make the calibration equation of one device suitable for use in another prior when there are significant changes in the calibration equation suitable for using the second device.

Р.А. Гекман, Д.Т. Диффи, Л.А. Милхаус в статье "Компоненты табака, соотнесенные к приборам с отклоняющим фильтром" (Analytica Chem. Acta, 192 (1987), с. 197-203) описывают перенос монохроматической калибровки в ближней инфракрасной области для компонентов табака на прибор с отклоняющим фильтром с целью использования экспериментального уравнения калибровки для чувствительного, но не прочного лабораторного прибора с целью анализа данных в приборе, предназначенном для продукции, не требующей большой точности, чтобы прогнозировать такие свойства, как влажность, содержание глицерина, пропилен гликоля, никотина и восстанавливающего сахара. Программа под названием MTRAN не может быть непосредственно использована, пока тщательно не будет проверено, что прибор с отклоняющим фильтром снабжен соответствующими фильтрами так, чтобы он соответствовал длинам волн в первичном или эталонном уравнении калибровки лабораторного прибора. Следовательно, прежде чем можно будет преобразовать первичное уравнение калибровки, файлы монохроматических данных сжимается для моделирования условий в приборе с отклоняющим фильтром. Файл полученных данных используется для восстановления уравнения калибровки. С указанными изменениями может быть использована программа CALTRAN, которая раньше использовалась только для переноса калибровки между фильтровыми приборами с целью осуществления переноса от монохроматического прибора ближнего инфракрасного излучения к прибору с отклоняющим фильтром. R.A. Hekman, D.T. Diffie, L.A. Milhouse in the article “Tobacco components associated with deflecting filter devices” (Analytica Chem. Acta, 192 (1987), pp. 197-203) describes the transfer of monochromatic calibration in the near infrared region for tobacco components to a deflecting filter device for use experimental calibration equation for a sensitive but not durable laboratory device to analyze data in a device designed for products that do not require high accuracy in order to predict properties such as humidity, glycerol content, etc. Sawing glycol, nicotine and reducing sugars. A program called MTRAN cannot be used directly until it has been carefully verified that the instrument with the deflection filter is equipped with appropriate filters so that it matches the wavelengths in the primary or reference calibration equation of the laboratory instrument. Therefore, before the primary calibration equation can be converted, the monochromatic data files are compressed to simulate the conditions in the instrument with a deflection filter. The data file is used to restore the calibration equation. With these changes, the CALTRAN program can be used, which previously was used only for transferring calibration between filter devices in order to transfer near-infrared radiation from a monochromatic device to a device with a deflection filter.

В типовом случае известные способы направлены на изменение наблюдаемых спектров (или их математического преобразования), полученных одним прибором, в соответствии с изменениями, полученными отградуированным эталонным прибором. Только после того, как спектры от некалиброванного прибора совпадут со спектрами от калиброванного прибора, можно искать пути переноса уравнения калибровки от одного прибора к другому. Опыт показывает, что при этом имеет место тенденция к возникновению ошибок, неопределенности и многочисленных вычислительных проблем, которые осложняют пользование и снижают точность, тогда как изобретение позволяет избежать этого. In a typical case, the known methods are aimed at changing the observed spectra (or their mathematical transformation) obtained by one device, in accordance with the changes obtained by a calibrated reference device. Only after the spectra from an uncalibrated instrument coincide with the spectra from a calibrated instrument, can we find ways to transfer the calibration equation from one instrument to another. Experience shows that there is a tendency to errors, uncertainties and numerous computational problems that complicate the use and reduce accuracy, while the invention avoids this.

Патент США N 4963745 на имя Маггарда, озаглавленный "Способ и устройство для измерения октана", раскрывает, как первоначально вывести уравнение калибровки для эталонного прибора. Конкретно описывается то, что спектральные признаки, такие как вторые производные, инфракрасных спектральных данных на частотах метиловой полосы в диапазоне около 1200-1236 нанометров (нм), значительно коррелированы с октановыми значениями для газолиноподобных веществ. В описании упомянуты многочисленные патенты и статьи в качестве ссылок, а также другие публикации, которые, включая специально упомянутые, приводятся в данном случае конкретно в виде ссылок. US Pat. No. 4,963,745 to Maggard, entitled “Method and Apparatus for Measuring Octane,” discloses how to initially derive a calibration equation for a reference instrument. It is specifically described that spectral features, such as second derivatives, of infrared spectral data at methyl band frequencies in the range of about 1200-1236 nanometers (nm), are significantly correlated with octane values for gasoline-like substances. In the description, numerous patents and articles are mentioned as references, as well as other publications, which, including those specially mentioned, are given in this case specifically by reference.

Пример линейного уравнения калибровки имеет вид ϒ i c = AijB i j X i c , где ϒ i c - прогнозируемое значение какого-либо физического или химического свойства, например октановых значений для газолина, C, из множества, названного выборкой-с. Как обсуждено в примере 7, замеры были произведены на 226 образцах газолина с целью определения Ai и каждого значения B i jc для j = 1 - 3 для получения уравнения множественной регрессии, пригодного для прогнозирования октановых значений возбуждения образцов газолина с помощью первого прибора, прибора-1, т.е. эталонного прибора. Значение возбуждения октана представляет собой среднюю величину для способов ASTM D2699 и D2700 и общеизвестного как значение (RtM)/2 для октана. Прогнозируемая воспроизводимость этого способа испытания составляет 95% от доверительного предела ± 0,71 октановых чисел на октановый диапазон 84 - 94 в состоянии возбуждения. От второго прибора, прибор-k, в режиме отражения были использованы значения спектральной поглощательной способности газолина при 1196, 1220 и 1236 нанометрах (нм) для определения значений для спектральных признаков в виде второй производной спектров поглощения X k с в линейном уравнении калибровки для выделения октанового значения возбуждения. Стандартная погрешность прогнозирования (СПП) является статистическим параметром, который равен квадратному корню среднего значения остаточной дисперсии для неизвестных выборок.An example of a linear calibration equation is вид i c = A i + Σ j B i j X i c where ϒ i c - the predicted value of any physical or chemical property, for example, octane values for gasoline, C, from a set called sample-s. As discussed in Example 7, measurements were made on 226 gasoline samples to determine A i and each B value i jc for j = 1 - 3 to obtain the multiple regression equation, suitable for predicting the octane values of the excitation of gasoline samples using the first device, device-1, i.e. reference device. The octane excitation value is the average of ASTM D2699 and D2700 methods and commonly known as the (RtM) / 2 value for octane. The predicted reproducibility of this test method is 95% of the confidence limit of ± 0.71 octane numbers per octane range 84 - 94 in the excitation state. From the second device, device-k, in the reflection mode, the spectral absorbance values of gasoline at 1196, 1220 and 1236 nanometers (nm) were used to determine the values for the spectral features in the form of a second derivative of the absorption spectra X k with in the linear calibration equation to extract the octane value of the excitation. Prediction standard error (PER) is a statistical parameter that is equal to the square root of the average residual variance for unknown samples.

Откалиброванный спектрометр может косвенно определять физическое или химическое свойство образца на основе спектральных откликов, измеренных спектрометром по отношению к конкретному образцу. Изобретение относится к способу калибровки или повторной калибровки первого спектрометра в зависимости от второго спектрометра или самого себя соответственно. При калибровке используются определенный выбор и обработка спектральных данных, полученных как от первого, так и от второго прибора. При повторной калибровке первого прибора используются определенный выбор и обработка спектральных данных от одного и того же первого прибора, полученными как до, так и после возникновения необходимости повторной калибровки первого выбора. Вместо модифицирования соответствующих характеристик первого и второго приборов или первого прибора до и после возникновения необходимости в калибровке первого прибора данное изобретение позволяет модифицировать уравнение калибровки второго или повторно откалиброванного прибора с целью получения результатов, совместимых с результатами, полученными первым прибором для того, как он выйдет из калиброванного состояния. Уравнение калибровки представляет собой уравнение, которое преобразует спектральные данные конкретного образца для множества длин волн для получения расчетного значения для какого-либо химического или химического свойства. Обычно такие уравнения калибровки имеют вид линейной комбинации значений спектральной поглощательной способности или математических преобразований значений поглощательной способности, измеренной первым и вторым приборами для каждого образца. Неожиданным результатом, подтвержденным статистически, оказалось сохранение точности калиброванного или повторно калиброванного прибора, а в некоторых случаях даже повышение этой точности. A calibrated spectrometer can indirectly determine the physical or chemical property of a sample based on spectral responses measured by the spectrometer with respect to a particular sample. The invention relates to a method for calibrating or recalibrating a first spectrometer depending on the second spectrometer or itself, respectively. During calibration, a certain selection and processing of spectral data obtained from both the first and second devices is used. When recalibrating the first device, a certain selection and processing of spectral data from the same first device are used, obtained both before and after the need arises to recalibrate the first choice. Instead of modifying the corresponding characteristics of the first and second devices or the first device before and after it becomes necessary to calibrate the first device, this invention allows you to modify the calibration equation of the second or recalibrated device in order to obtain results that are compatible with the results obtained by the first device for it to exit calibrated state. A calibration equation is an equation that converts the spectral data of a particular sample for a variety of wavelengths to obtain a calculated value for any chemical or chemical property. Typically, such calibration equations are in the form of a linear combination of absorbance values or mathematical transformations of absorbance values measured by the first and second instruments for each sample. An unexpected result, confirmed statistically, was the preservation of the accuracy of a calibrated or re-calibrated instrument, and in some cases even an increase in this accuracy.

Предлагаемые на сегодняшнем рынке приборы используют необработанные спектральные данные и преобразуют их в цифровую форму или формируют представляющий их аналоговый сигнал для использования при выполнении расчетов. Как основной этап в таких расчетах, уравнение калибровки вместе с этим сигналом определяет зависимую переменную величину. Зависимая переменная величина или равна значению, или указывает на значение какого-либо физического или химического свойства материала, необработанные спектральные данные которого измеряются. Соответствующее конкретному прибору уравнение калибровки будет изменяться в зависимости от изменений в спектрометре, который выдает необработанные спектральные данные. Чтобы калибровать спектрометр, определяют соответствующее уравнение калибровки, которое вместе с сигнальным представлением необработанных данных спектра, измеренных спектрометром для некоторого материала, должно определять для значения своей зависимой переменной значение или равное, или индуцирующее какое-либо физическое или химическое свойство измеряемого материала. На практике изменения в таком уравнении непосредственно связаны с изменениями в константах, входящих в такое уравнение. Настоящее изобретение направлено частично на то, как определить эти константы для неоткалиброванного прибора с помощью откалиброванного прибора и его уравнения калибровки. Как только такие постоянные величины определены, находится новое или перенесенное на новый прибор уравнение калибровки, которое может быть использовано совместно с преобразованным в цифровую форму сигналом или аналоговым сигналом, представляющим необработанные данные спектра, измеренные с помощью ранее неоткалиброванного прибора. Instruments on the market today use raw spectral data and convert them to digital form or form an analog signal representing them for use in performing calculations. As the main stage in such calculations, the calibration equation together with this signal determines the dependent variable. The dependent variable is either equal to or indicates the value of some physical or chemical property of the material whose raw spectral data are being measured. The calibration equation corresponding to a particular instrument will vary depending on changes in the spectrometer that provides raw spectral data. In order to calibrate the spectrometer, the corresponding calibration equation is determined, which, together with the signal representation of the raw spectrum data measured by the spectrometer for a certain material, must determine the value of its dependent variable to equal or equal to or induce some physical or chemical property of the measured material. In practice, changes in such an equation are directly related to changes in the constants included in such an equation. The present invention is directed in part to how to determine these constants for an uncalibrated instrument using a calibrated instrument and its calibration equation. As soon as such constant values are determined, a calibration equation that is new or transferred to a new instrument is found, which can be used in conjunction with a digitized signal or an analog signal representing raw spectrum data measured with a previously uncalibrated instrument.

Например, если нужно определить уравнение калибровки для второго прибора (т.е. уравнение-2 калибровка для прибора-2) с помощью откалиброванного первого прибора и соответствующего ему уравнения калибровки (т.е. прибора-1 и уравнения-1), то операции, осуществляемые для достижения этого в соответствии с изобретением, включают:
а) определение из уравнения-1 калибровки значения, показательного для каждой зависимой переменной-1, соответствующей каждому члену калибровочного множества, основываясь на спектральных данных-1 для каждого члена упомянутого калибровочного множества, измеренных с помощью прибора-1, и
б) определение постоянных величин-2 в упомянутом уравнении-2 калибровки так, чтобы сумма абсолютных разниц между:
(1) упомянутым значением, показательным для каждой зависимой переменной-2 для каждого члена упомянутого множества на основе уравнения-2 калибровки и данных-2, соответствующих каждому члену, и
(2) тем соответствующим значением зависимой переменной-1, вычисленным для каждого члена на основе уравнения-1 калибровки и данных-1, соответствующих каждому члену, была минимальной.
For example, if you need to determine the calibration equation for the second device (i.e., equation-2 calibration for device-2) using the calibrated first device and its corresponding calibration equation (i.e., device-1 and equation-1), then carried out to achieve this in accordance with the invention include:
a) determining from calibration equation-1 a value indicative of each dependent variable-1 corresponding to each member of the calibration set, based on spectral data-1 for each member of said calibration set, measured using the device-1, and
b) determination of the constants-2 in the above-mentioned calibration equation-2 so that the sum of the absolute differences between:
(1) the said value, indicative of each dependent variable-2 for each member of said set based on calibration equation-2 and data-2 corresponding to each member, and
(2) the corresponding value of the dependent variable -1 calculated for each term on the basis of calibration equation -1 and the data -1 corresponding to each term was minimal.

Изобретение решает проблему, как использовать результаты калибровки одного прибора для калибровки другого прибора. Кроме того, изобретение может использоваться для повторной калибровки прибора с целью обеспечения совместимых результатов после того, как было некоторое изменение в спектральном отклике прибора, что имеет место при изменении источников света, например, при замене перегоревших ламп накаливания или из-за новых соединений, используемых для сбора данных от разных источников, таких как изменения в волоконной оптике, используемой для передачи света или электромагнитного излучения от одного места в другое, изменения длины пробега или изменения в спектроскопическом режиме, например, от прозрачности до отражения. The invention solves the problem of how to use the calibration results of one device to calibrate another device. In addition, the invention can be used to recalibrate the instrument to ensure consistent results after there has been some change in the spectral response of the instrument, which occurs when the light sources change, for example, when replacing burned out incandescent lamps or due to new compounds used to collect data from various sources, such as changes in fiber optics used to transmit light or electromagnetic radiation from one place to another, changes in path length or changed spectroscopic mode, for example, from transparency to reflection.

Изобретение в широком смысле относится к калибровке нового прибора с помощью эталонного прибора, также представлен способ постоянного контроля за прибором, чтобы с уверенностью отметить, что он не изменился настолько, что необходимо вывести новое уравнение калибровки с целью получения надежного прогнозирования для какого-либо физического или химического свойства исследуемого материала. The invention in a broad sense relates to the calibration of a new device using a reference device, also provides a method of continuous monitoring of the device, so as to note with confidence that it has not changed so much that it is necessary to derive a new calibration equation in order to obtain reliable prediction for any physical or chemical properties of the investigated material.

Изобретение описывает способы косвенного определения множества свойств-p, таких как содержание цетана, октана, ароматического нафтенолифина, коэффициент вязкости, молекулярный вес и многие другие, с помощью спектроскопических данных. Подразумевается, что спектральные данные широко включают, но не ограничиваются этим, всю интенсивность в сравнении с волновыми спектрами, которые возникают тогда, когда свет, широко захватывая обширный дипазон частот, например, от радиочастот до ультрафиолета, взаимодействует с материалом. В принципе любые спектральные признаки (как определено в этом описании), получаемые из спектральных данных, которые могут сопоставляться с целью прогнозирования значений для какого-либо определенного прямо или косвенно химического или физического свойства, входят в объем изобретения. The invention describes methods for indirectly determining a variety of p-properties, such as cetane, octane, aromatic naphthenolifin content, viscosity coefficient, molecular weight and many others using spectroscopic data. It is understood that spectral data broadly includes, but is not limited to, all intensity in comparison with wave spectra that arise when light, widely capturing a wide frequency range, for example, from radio frequencies to ultraviolet, interacts with the material. In principle, any spectral features (as defined in this description) derived from spectral data that can be compared to predict values for any particular chemical or physical property, directly or indirectly, are within the scope of the invention.

Некоторые из преимуществ, обеспечиваемых изобретением, заключаются в следующем:
1. Требуется только небольшое число образцов (по сравнению с числом образцов, используемых при первоначальной калибровке эталонного прибора) для определения уравнения калибровки для неоткалиброванного прибора ввиду возможности использования уравнения калибровки эталонного прибора. В примере 7 показано, что может быть использована небольшая калибровочная выборка, состоящая всего лишь из четырех элементов.
Some of the advantages provided by the invention are as follows:
1. Only a small number of samples are required (compared to the number of samples used in the initial calibration of the reference instrument) to determine the calibration equation for an uncalibrated instrument due to the possibility of using the calibration equation of the reference instrument. Example 7 shows that a small calibration sample consisting of only four elements can be used.

2. Калибровочное множество, выборка-с, не должно содержать каких-либо нестабильных элементов, которые могут включаться в первоначальное калибровочное множество выборок, и предпочтительно, в случае со смесями, такими как газолин или другое нефтяное топливо, может содержать незначительное их количество в виде чистых молекул или легко приготавливаемых их смесей. 2. The calibration set, sample-s, should not contain any unstable elements that could be included in the initial calibration set of samples, and preferably, in the case of mixtures, such as gasoline or other petroleum fuel, may contain a small amount in the form pure molecules or mixtures thereof easily prepared.

Ограничение на соответствующие элементы выборки-с при определении уравнения калибровки для неотградуированного прибора на основе его спектральных откликов зависит частично от выбранной для этих данных статистической обработки. Для множественных линейных регрессий число элементов выборки-с должно быть по меньшей мере на 1 элемент больше, чем число длин волн (независимые переменны), используемых в модели, если не применяется поправка на систематическую погрешность и наклон или другая уменьшающая погрешность процедура. Например, для переноса уравнения калибровки с тремя независимыми переменными должно быть использовано по меньшей мере четыре образца. The restriction on the corresponding elements of sample-s when determining the calibration equation for an ungraded instrument based on its spectral responses depends in part on the statistical processing selected for this data. For multiple linear regressions, the number of elements in sample-s should be at least 1 element larger than the number of wavelengths (independent variables) used in the model, unless correction for systematic error and slope or other error-reducing procedure is applied. For example, at least four samples must be used to transfer the calibration equation with three independent variables.

Было обнаружено, что в дополнение к поправке на систематическую погрешность и отклонение могут быть использованы другие операции, уменьшающие погрешность, например, с использованием наименьших квадратов, обобщенной наименьшей суммы, и некоторых других приемов, которые могут еще больше уменьшить любую оставшуюся погрешность в полученном уравнении-2 калибровки. It was found that in addition to correcting for systematic error and deviation, other operations can be used to reduce the error, for example, using the least squares, the generalized least sum, and some other methods that can further reduce any remaining error in the resulting equation - 2 calibrations.

Предпочтительно для того, чтобы эталонное множество (выборка-с) могло быть использовано для переноса дисперсии, ковариации или функции, полученной из дисперсии для откалиброванного прибора, на неоткалиброванный прибор или на тот же самый прибор к более позднему моменту времени выборка-с должна раскрывать спектральные признаки, которые изменяются по мере изменения прибора. В целях этого изобретения выборка-с должна быть определена таким образом, чтобы значения спектральных поглощательных характеристик показывали изменения на длинах волн, представляющих интерес, когда имеют место изменения в рабочих характеристиках прибора, но выборка должна оставаться постоянной (в пределах инструментальных погрешностей), когда прибор функционирует в стандартных или типовых условиях. It is preferable that the reference set (sample-s) can be used to transfer the variance, covariance, or function obtained from the variance for a calibrated device, to an uncalibrated device or to the same device at a later point in time, sample-s should reveal the spectral signs that change as the device changes. For the purposes of this invention, sample-s should be defined so that the values of the spectral absorption characteristics show changes at wavelengths of interest when there are changes in the operating characteristics of the device, but the sample must remain constant (within instrumental errors) when the device functions in standard or standard conditions.

Особое применение одного из решений, вытекающего из настоящего изобретения, заключается в калибровке спектрофотометра ИК-излучения ближней ИК-области с помощью использования результатов, полученных от полностью или частично откалиброванного эталонного спектрофотометра ближней ИК-области излучения. В настоящем описании ссылки будут даваться на один или более спектрофотометров. Полностью или частично откалиброванный спектрофотометр или другой прибор, который будет называться здесь "эталонным прибором" или "эталонным спектрофотометром", характеризуется уравнением калибровки, которое полностью или частично определено. Прибор, который должен быть калиброван относительно эталонного прибора, будет называться здесь как "неоткалиброванный прибор" или "неоткалиброванный спектрофотометр". Эталонный прибор может стать неоткалиброванным или выйти из калиброванного состояния в результате различных изменений в самом приборе или связей между прибором и источником, от которого он получает измеренные или спектральные данные. A particular application of one of the solutions arising from the present invention is the calibration of the near infrared IR spectrophotometer using the results obtained from a fully or partially calibrated near infrared reference spectrophotometer. In the present description, references will be made to one or more spectrophotometers. A fully or partially calibrated spectrophotometer or other device, which will be referred to herein as a "reference device" or "reference spectrophotometer", is characterized by a calibration equation that is fully or partially determined. The instrument to be calibrated with respect to the reference instrument will be referred to herein as an “uncalibrated instrument” or “uncalibrated spectrophotometer”. The reference device may become uncalibrated or may leave the calibrated state as a result of various changes in the device itself or the connections between the device and the source from which it receives measured or spectral data.

Изобретение обеспечивает калибровку неоткалиброванного спектрофотометра по отношению к эталонному спектрофотометру с помощью значительно меньшего множества выборок для калибровки, чем это было необходимо для полного определения уравнения калибровки для эталонного спектрофотометра в самом начале. Множество выборки для калибровки здесь названо " множеством выборки-с" или просто "выборкой-с". С целью определения уравнения калибровки для подсчета октана, ароматических соединений, олефинов, полиолов, гидроксильного числа и т.д. для прибора ближнего ИК-излучения используются такие системы, как модель 6500 NIR Systems, модель 1200 IT Jndustree, модель серии 300 Guided Wave, инфралайзер Bran-Luebbe или инфрапрувер, приблизительно 200 смесей. К несчастью, так как газолины являются смесями, содержащими компоненты с разной летучестью, то очень трудно, иногда невозможно, хранить такие образцы для обработки на неоткалиброванном спектрофотометре до более позднего срока. Другими словами, используемые для калибровки эталонного спектрофотометра образцы должны быть пригодными. Использование других материалов, не тех, которые применялись для калибровки эталонного спектрофотометра, увеличивает трудность калибровки неоткалиброванного спектрофотометра, так как каждый член множества выборки-с из приблизительно двухсот образцов должен иметь октановое число или антидетонационную характеристику, определенные в соответствии с ASTMD2699 и D2700 или т.п. Процедура определения октановых чисел требует длительного времени и множества операций на одном и том же образце с различными двигателями, прежде чем будут получены надежные результаты антидетонационных характеристик. The invention provides calibration of an uncalibrated spectrophotometer with respect to a reference spectrophotometer using a much smaller set of calibration samples than was necessary to fully determine the calibration equation for a reference spectrophotometer at the very beginning. The plurality of samples for calibration is here called "plurality-s" or simply "sampling-s". In order to determine the calibration equation for counting octane, aromatic compounds, olefins, polyols, hydroxyl number, etc. for near-infrared radiation, such systems as the NIR Systems 6500 model, the 1200 IT Jndustree model, the 300 Guided Wave model series, the Bran-Luebbe infraredizer or the infrared prover are used, approximately 200 mixtures. Unfortunately, since gasolines are mixtures containing components with different volatilities, it is very difficult, sometimes impossible, to store such samples for processing on an uncalibrated spectrophotometer until a later date. In other words, the samples used to calibrate the reference spectrophotometer should be suitable. The use of materials other than those used to calibrate the reference spectrophotometer increases the difficulty of calibrating an uncalibrated spectrophotometer, since each member of the set of samples from approximately two hundred samples must have an octane number or antiknock characteristic determined in accordance with ASTMD2699 and D2700, etc. P. The procedure for determining octane numbers requires a long time and many operations on the same sample with different engines before reliable results of antiknock characteristics are obtained.

Из уровня техники неизвестно, могут ли быть отобраны для множества выборки-с компоненты наподобие чистого газолина, например особые молекулы углеводорода, которые легко воспроизводятся. Авторами настоящего изобретения было обнаружено применительно к ближнему инфракрасному излучению с длинами волн в диапазоне 800 - 2500 нм, что множество выборки-с, включающее в качестве образцов: бензол, метил t-бутилэфир, изо-октан, n-декан, I-октен, 2,3,4-триметилпентан, n-гептан, циклогексан, n-гексан или толуол, при измерении как на эталонном приборе, так и на неоткалиброванном приборе с целью получения спектральных данных от каждого прибора, может предоставить достаточно данных или информации для того, чтобы откалибровать неоткалиброванный прибор. Для данного описания откалиброванный прибор - это такой прибор, который представляет стабильные и воспроизводимые спектральные характеристики и имеет уравнение калибровки, с помощью которого могут быть получены необходимые значения физических или химических свойств образца с точностью, равной или превосходящей точность прямого способа испытания (например, ASTM), с целью определения такого химического или физического свойства. It is not known from the prior art whether components like pure gasoline, for example, specific hydrocarbon molecules that can be easily reproduced, can be selected for a multitude of samples. The authors of the present invention was found in relation to near infrared radiation with wavelengths in the range of 800 - 2500 nm, which is a lot of sample-s, including as samples: benzene, methyl t-butyl ether, iso-octane, n-decane, I-octene, 2,3,4-trimethylpentane, n-heptane, cyclohexane, n-hexane or toluene, when measured both on a reference instrument and on an uncalibrated instrument in order to obtain spectral data from each instrument, can provide enough data or information to to calibrate uncalibrated when Op. For this description, a calibrated instrument is one that represents stable and reproducible spectral characteristics and has a calibration equation by which the necessary values of the physical or chemical properties of the sample can be obtained with an accuracy equal to or greater than the accuracy of the direct test method (for example, ASTM) , in order to determine such a chemical or physical property.

В самом широком смысле, чтобы перенести уравнение калибровки для октана, могут быть использованы любые соединения, активные в ближней ИК-области спектра, т. е. поглощают ближнее инфракрасное излучение в диапазоне 800 - 2500 нм. Примерами таких соединений могут служит: n-парафины, изо-парафины, ароматические соединения (такие, как дихлорбензол или бензол), спирты (такие, как метанол или этанол), олефины (такие, как I-октен), галогенезированные алканы (такие, как трихлорэтан), кетоны (такие, как метил-этил-кетон), простые эфиры (такие, как метил- t-бутилэфир), сложные эфиры (такие, как амилацетат) и нафтены (такие, как циклогексан и метил-циклогексан). В данном описании и формуле изобретения стандартная погрешность расчета или прогнозирования составляют 68% доверительной границы, если нет другого указания. Каждая погрешность соответственно названа здесь "СПР" или "СПП". In the broadest sense, in order to transfer the calibration equation for octane, any compounds active in the near-infrared region of the spectrum can be used, i.e., they absorb near-infrared radiation in the range 800 - 2500 nm. Examples of such compounds are: n-paraffins, iso-paraffins, aromatic compounds (such as dichlorobenzene or benzene), alcohols (such as methanol or ethanol), olefins (such as I-octene), halogenated alkanes (such as such as trichloroethane), ketones (such as methyl ethyl ketone), ethers (such as methyl t-butyl ether), esters (such as amyl acetate) and naphthenes (such as cyclohexane and methyl cyclohexane). In this description and the claims, the standard error of calculation or prediction is 68% of the confidence limit, unless otherwise indicated. Each error is hereinafter referred to as "SPR" or "SPP".

Уравнение калибровки для конкретного прибора прогнозирует физическое или химическое свойство на основе спектральных откликов или спектральных данных. При измерении октановых чисел конкретные спектральные отклики или математические преобразования, соответствующие значениям спектральных признаков, выбираемых для прогнозирования октановых чисел для конкретного образца, детально они описаны в патенте США N 4963745. Уравнение, предпочтительно, является линейным, но могут быть также использованы нелинейные уравнения. The calibration equation for a particular device predicts a physical or chemical property based on spectral responses or spectral data. When measuring octane numbers, specific spectral responses or mathematical transformations corresponding to the values of the spectral features selected to predict the octane numbers for a particular sample are described in detail in US Pat. No. 4,963,745. The equation is preferably linear, but non-linear equations can also be used.

Спектральные признаки функционально связаны со спектральными данными, в функции каждая спектральная отличительная характеристика определяется единственно с помощью таких спектральных данных. Примером таких функциональных связей являются математические преобразования, такие как производные первого, второго и более высокого порядка; анализ Фурье, позволяющий определить частотные компоненты и их вклад; дифференцирование спектров; интегрирование по сегментам и т.п. Единственным ограничением при выборе таких функциональных связей или математических преобразований является то, что любые значения, полученные в применении их к спектральным данным, должны быть коррелируемыми как независимые переменные для точного определения значения для зависимой переменной в уравнении калибровки, которая соответствует прямо или косвенно значению физического или химического свойства. Spectral features are functionally associated with spectral data, in function, each spectral distinguishing characteristic is determined solely by such spectral data. An example of such functional relationships are mathematical transformations, such as derivatives of the first, second, and higher order; Fourier analysis to determine the frequency components and their contribution; differentiation of spectra; segment integration, etc. The only limitation when choosing such functional relationships or mathematical transformations is that any values obtained by applying them to spectral data must be correlated as independent variables to accurately determine the value for the dependent variable in the calibration equation, which corresponds directly or indirectly to the value of the physical or chemical properties.

При детальном обсуждении изобретения получены следующие определения. Для данной заявки "функция" представляет собой соответствие, которое связывает с каждым множеством значений для множества независимых переменных, единственное значение зависимой переменной. В соответствии с этим определением "уравнение калибровки" в данном изобретение представляет собой функцию, которая устанавливает соответствие между независимыми переменными, значения которых определяются спектральными признаками и зависимой переменной, которая соответствует значению для какого-либо химического и физического свойства. Любая функция, которая определяет значения для спектрального признака, которые однозначно связаны со спектральными данными или могут быть использованы в уравнении калибровки, входит в объем данного изобретения. Спектральные данные однозначно определяются по результатам измеренных спектральных откликов материала по отношению к электромагнитному излучению. Примеры электромагнитного излучения обсуждены в других частях данной спецификации. Из уровня техники известны функции, которые могут быть использованы для определения производных значений для спектральных признаков, исходя из спектральных данных. Если существует уравнение калибровки, которое содержит независимые переменные, эквивалентные спектральным признакам, определенным функцией, то отсутствуют ограничения на конкретные спектральные признаки или функции для спектральных данных, которые определяют спектральные признаки, которые могут быть использованы в данном изобретении. In a detailed discussion of the invention, the following definitions are obtained. For this application, a “function” is a correspondence that associates with each set of values for a set of independent variables, the only value of the dependent variable. In accordance with this definition, the “calibration equation" in this invention is a function that establishes a correspondence between independent variables whose values are determined by spectral characteristics and a dependent variable that corresponds to the value for any chemical and physical property. Any function that determines values for a spectral feature that are uniquely associated with spectral data or that can be used in a calibration equation is within the scope of this invention. The spectral data are uniquely determined by the results of the measured spectral responses of the material with respect to electromagnetic radiation. Examples of electromagnetic radiation are discussed in other parts of this specification. The prior art knows functions that can be used to determine the derived values for spectral features based on spectral data. If a calibration equation exists that contains independent variables equivalent to spectral features defined by a function, then there are no restrictions on specific spectral features or functions for spectral data that define the spectral features that can be used in this invention.

Для данного описания и формулы изобретения "уравнение калибровки" обозначает уравнение, которое прогнозирует прямо или косвенно, например, путем функциональной связи количественную оценку химического или физического свойства (зависимую переменную) на основе одного или более спектральных признаков (независимых переменных) и, возможно, некоторые другие параметры, например температуру. For this description and claims, “calibration equation” means an equation that predicts directly or indirectly, for example, by functional connection, a quantitative assessment of a chemical or physical property (dependent variable) based on one or more spectral features (independent variables) and, possibly, some other parameters, such as temperature.

Модель регрессии для ИК-излучения ближней ИК-области спектра для измерений октановых значений в газолине, который содержит МТВЕ, была опубликована в книге трудов Американского химического общества, отдела топливной химии, т. 35, N 1, с. 266-275, написанной Стивеном М.Маггардом и представленной им же на 199-й конференции Американского национального химического общества в Бостоне, Массачусетс, 22-27 апреля 1990 г. В этом документе специально описано и представлено использование комбинационных полос метина t-бутила, включая цветовые тона, в модулях с целью прогнозирования октанов газолиновых соединений, содержащих МТВЕ. A regression model for near-infrared infrared for measuring octane in a gasoline that contains MTBE was published in the book of the American Chemical Society, Department of Fuel Chemistry, vol. 35, No. 1, p. 266-275, written by Stephen M. Maggard and presented at the 199th Conference of the American National Chemical Society in Boston, Massachusetts, April 22-27, 1990. This document specifically describes and presents the use of t-butyl methine combination bands, including color tones, in modules with the aim of predicting octanes of gasoline compounds containing MTBE.

В данной заявке "спектральные признаки" означают спектральную способность, прозрачность, отражательную способность (диффузное отражение, зеркальное, полное, ослабленное и т.д.), эмиссию, флуоресценцию, фосфоресценцию или трансфлектанцию, или их математические функции, такие как производные, отношения, преобразования Фурье и отличия для ультрафиолетовой части спектра, видимой части, ближней инфракрасной, средней инфракрасной, дальней инфракрасной, микроволнового или электромагнитного радиочастотного излучения. As used herein, “spectral features” means spectral ability, transparency, reflectivity (diffuse reflection, specular, total, attenuated, etc.), emission, fluorescence, phosphorescence or transflectance, or their mathematical functions, such as derivatives, relationships, Fourier transforms and differences for the ultraviolet part of the spectrum, the visible part, near infrared, medium infrared, far infrared, microwave or electromagnetic radio frequency radiation.

В тексте описания упоминается использование производных от данных спектральной поглощательной способности. Будет показан пример того, что имеется в виду под термином "производная". Логика, используемая для взятия производной от данных спектральной поглощательной способности, основана на вычислении конечных разностей, так как упомянутые данные определены через регулярно расположенные интервалы, и между этими интервалами они прерывны. The text of the description mentions the use of derivatives of spectral absorption data. An example of what is meant by the term “derivative” will be shown. The logic used to take the derivative of the absorbance data is based on the calculation of the finite differences, since the data are determined at regularly spaced intervals, and they are discontinuous between these intervals.

Могут быть использованы спектральные данные поглощательной способности, собранные с использованием систем NIROL-6500. OL-6500 имеет спектральную полосу пропускания около 9 нм, но спектральные данные преобразованы в цифровую форму таким образом, что записанные данные отображаются с интервалами в 2 нм. В общем случае могут изменяться два элемента, когда вычисляется производная в точке, первый из них определяет сегмент, а второй - промежуток. Сегмент определяет число точек, которые используются для расчета среднего числа вправо и влево от точки, в которой вычисляется производная. С другой стороны, промежуток обозначает число точек около средней точки (непосредственно прилегающей к точке, где берется значение производной), которые исключаются из расчетов соседних сегментов (хотя общая длина сегмента не изменяется). Если обозначить среднее значение сегмента (с более высокими длинами волн) выше точки, где берется производная, точкой A, а среднее значение сегмента ниже точки, где берется производная, точкой B, тогда в соответствии с вычислением конечных разностей, первая производная в точке равна A минус B. Absorbance spectral data collected using NIROL-6500 systems can be used. The OL-6500 has a spectral bandwidth of about 9 nm, but the spectral data is digitized so that the recorded data is displayed at intervals of 2 nm. In the general case, two elements can change when the derivative at a point is calculated, the first of them defines the segment, and the second - the gap. A segment determines the number of points that are used to calculate the average number to the right and left of the point at which the derivative is calculated. On the other hand, the gap denotes the number of points near the midpoint (immediately adjacent to the point where the derivative is taken) that are excluded from the calculations of neighboring segments (although the total length of the segment does not change). If we denote the average value of the segment (with higher wavelengths) above the point where the derivative is taken, point A, and the average value of the segment below the point where the derivative is taken, point B, then, in accordance with the calculation of the finite differences, the first derivative at the point is equal to A minus B.

Например, когда сегмент равен 10 с приращениями 2 нм на сегменты, а промежуток равен 0, первая производная спектральной поглощательной способности (d1A/dw) при 1170 нм подсчитывается следующим образом:
d1A/dw1170= { (A1172+A1174+A1176+ A1178+A1180)/5} -{(A1168+A1166+A1164+ A1162+A1160)/5}
Если сегмент изменяется до 6, а промежуток - до 8, первая производная имеет вид:
d1A/dw1170={(A1176+A1178+A1180)/3}- {(A1164+A1162+A1160)/3}
Обычно для данных, полученных через интервалы, равные 2 нм, первая производная спектральной поглощательной способности при длине волны x равна:
d1A/dwx= Σi(A(x+(промежуток/2)+2i)/(сегмент/2)
- Σi(A(x+(промежуток/2)+2i)/(сегмент/2)
где x - длина волны в нанометрах, например, 1170 и i = от 1 до сегмент/2.
For example, when a segment is 10 in increments of 2 nm per segment, and the span is 0, the first derivative of the absorbance (d 1 A / dw) at 1170 nm is calculated as follows:
d 1 A / dw 1170 = {(A 1172 + A 1174 + A 1176 + A 1178 + A 1180 ) / 5} - {(A 1168 + A 1166 + A 1164 + A 1162 + A 1160 ) / 5}
If the segment changes to 6, and the interval to 8, the first derivative has the form:
d 1 A / dw 1170 = {(A 1176 + A 1178 + A 1180 ) / 3} - {(A 1164 + A 1162 + A 1160 ) / 3}
Typically, for data obtained at intervals of 2 nm, the first derivative of the absorbance at wavelength x is:
d 1 A / dw x = Σ i (A (x + (span / 2) + 2i) / (segment / 2)
- Σ i (A (x + (span / 2) + 2i) / (segment / 2)
where x is the wavelength in nanometers, for example, 1170 and i = from 1 to segment / 2.

В пакете программ систем NIR, NSAS (пакет программ спектрального анализа ближнего ИК-излучения, NIR Systems, Inc.) по известным причинам приведенное выше уравнение строго действительно только для сегментов 2, 6, 10, 14, 18 и т. д. и для промежутков 0, 4, 8, 12, 16 и т.д. Сегмент 0 обрабатывается как сегмент 2. Точно так же сегмент 4 обрабатывается как 6 и т.д. Точно так же промежуток 6 обрабатывается как промежуток 0, а промежуток 6 - как промежуток 4 и т.д. For the well-known reasons, the above equation is strictly valid only for segments 2, 6, 10, 14, 18, etc., in the NIR, NSAS system software package (near-infrared spectral analysis software package, NIR Systems, Inc.) gaps 0, 4, 8, 12, 16, etc. Segment 0 is treated as segment 2. Similarly, segment 4 is treated as 6, etc. Similarly, span 6 is treated as span 0, and span 6 is treated as span 4, and so on.

Производные более высокого порядка могут быть упрощены до выражений, включающих только члены первой производной, и решены по форме предыдущего уравнения. В общем случае, если порядок производной равен h, то искомая производная равна:
dhA/dwx=dh-1A/dw(x+{(сегмент+промежуток)/2} +1)-dh-1A/dw(x-{(сегмент+промежуток)/2}-1)
где промежуток равен промежутку производной порядка h, а сегмент, используемый для подсчета производной порядка h-1, является таким же, как искомое значение для производной порядка h.
Derivatives of a higher order can be simplified to expressions involving only the terms of the first derivative, and solved by the form of the previous equation. In the general case, if the order of the derivative is equal to h, then the desired derivative is equal to:
d h A / dw x = d h-1 A / dw (x + { (segment + prom a day) / 2} +1) -d h-1 A / dw (x- { (segment + prom a day) / 2} -one)
where the gap is equal to the gap of the derivative of order h, and the segment used to calculate the derivative of order h-1 is the same as the desired value for the derivative of order h.

Например, четвертая производная 1170 нм при сегменте 10 и промежутке 4 равна:
d4A/dw1170=d3A/dw1178- d3A/dw1162
=(d2A/dw1186 - d2A/dw1170) - (d2A/dw1170 - d2A/dw1154)
= {(d1A/dw1194 - d1A/dw1178) - (d1A/dw1178 - d1A/dw1162)} - {(d1A/dw1178 - d1A/dw1162) - (d1A/dw1162-d1A/dw1146)
= { { [((A1198+A1200+. . . +A1206)/5) - ((A1190+A1188+...+A1182)/5)]- [((A1182+A1184+...+A1190)/5)- ((A1174+A1172+...+A1166)/5)]}- { [((A1182+A1184+...+A1190)/5)- ((A1174+A1172+...+A1166)/5)]- [((A1166+A1168+. ..+A1174)/5)- ((A1158+A1156+...+A1150)/5)]}}- {{[((A1182+A1184+... +A1190)/5)- ((A1174+A1172+. . .+A1166)/5)]}- {[((A1166+A1168+...+A1174)/5)- ((A1158+A1156+...+A1150)/5)]- {[((A1166+A1168+...+A1174)/5)- ((A1158+A1156+. ..+A1150)/5)]- [((A1150+A1152+...+A1158)/5)- ((A1142+A1140+...+A1134)/5]}}
где все производные более низкого порядка также взяты с использованием сегмента 10 и промежутка 4. Следует отметить, что необходимо корректировать сегмент и промежуток до действительного значения прежде, чем применить одну из обобщенных формул (например, четвертая производная сегмента 8 и промежутка 6 корректируется до сегмента 10 и промежутка 4 до применения формулы).
For example, the fourth derivative of 1170 nm with a segment of 10 and a gap of 4 is equal to:
d 4 A / dw 1170 = d 3 A / dw 1178 - d 3 A / dw 1162
= (d 2 A / dw 1186 - d 2 A / dw 1170 ) - (d 2 A / dw 1170 - d 2 A / dw 1154 )
= {(d 1 A / dw 1194 - d 1 A / dw 1178 ) - (d 1 A / dw 1178 - d 1 A / dw 1162 )} - {(d 1 A / dw 1178 - d 1 A / dw 1162 ) - (d 1 A / dw 1162 -d 1 A / dw 1146 )
= {{[((A 1198 + A 1200 +.. + A 1206 ) / 5) - ((A 1190 + A 1188 + ... + A 1182 ) / 5)] - [((A 1182 + A 1184 + ... + A 1190 ) / 5) - ((A 1174 + A 1172 + ... + A 1166 ) / 5)]} - {[((A 1182 + A 1184 + ... + A 1190 ) / 5) - ((A 1174 + A 1172 + ... + A 1166 ) / 5)] - [((A 1166 + A 1168 +. .. + A 1174 ) / 5) - ((A 1158 + A 1156 + ... + A 1150 ) / 5)]}} - {{[((A 1182 + A 1184 + ... + A 1190 ) / 5) - ((A 1174 + A 1172 +... + A 1166 ) / 5)]} - {[((A 1166 + A 1168 + ... + A 1174 ) / 5) - ((A 1158 + A 1156 + ... + A 1150 ) / 5)] - {[((A 1166 + A 1168 + ... + A 1174 ) / 5) - ((A 1158 + A 1156 +. .. + A 1150 ) / 5)] - [((A 1150 + A 1152 + ... + A 1158 ) / 5) - ((A 1142 + A 1140 + ... + A 1134 ) / 5]}}
where all derivatives of a lower order are also taken using segment 10 and interval 4. It should be noted that it is necessary to adjust the segment and the interval to the actual value before applying one of the generalized formulas (for example, the fourth derivative of segment 8 and interval 6 is adjusted to segment 10 and gap 4 before applying the formula).

Следует отметить, что использовались сегменты по 2 нм, но могут быть использованы сегменты с меньшим или большим числом нм или равные частям нм. Предпочтительно выбор зависит от степени спектральной разрешающей способности, обеспечиваемой спектрометром. It should be noted that segments of 2 nm were used, but segments with a smaller or larger number of nm or equal to parts of nm can be used. Preferably, the selection depends on the degree of spectral resolution provided by the spectrometer.

Представлены примеры дифференциалов, конечных дифференциалов, но может быть принят один из многих типов конечных дифференциалов. Все доступные для использования способы фактически основаны на одной теории, однако конкретные детали вычислений могут до некоторой степени изменяться. Также необходимо отметить, что хотя обсуждаются конечные дифференциалы, возможно, что могут быть также использованы дифференциалы с разницами, приближающимися к нулю, а не к некоторому конечному числу. Например, может быть использован полиномиальный степенной ряд, такой как ряд Тейлора, основанный на ряде точек кривых зависимости интенсивности от длины волны или спектральных данных. Examples of differentials, finite differentials are presented, but one of many types of finite differentials can be adopted. All methods available for use are in fact based on one theory, however, the specific details of the calculations may vary to some extent. It should also be noted that although finite differentials are discussed, it is possible that differentials with differences approaching zero and not some finite number can also be used. For example, a polynomial power series, such as a Taylor series, based on a series of points of intensity versus wavelength curves or spectral data, may be used.

Это изобретение описывает средство для определения уравнения калибровки для первичного прибора, которое использует значительный объем ранее проделанной работы для получения уравнения калибровки для эталонного спектрофотометра. Действительно, первый прибор может быть эталонным спектрофотометром, который вышел из калибровочного состояния по уже названным причинам. This invention describes a means for determining a calibration equation for a primary instrument that uses a significant amount of work previously done to obtain a calibration equation for a reference spectrophotometer. Indeed, the first device can be a reference spectrophotometer that has exited the calibration state for the reasons already mentioned.

Чтобы легче понять описание, должны быть приняты следующие условия. Независимые переменные величины, соответствующие уравнению калибровки для первого прибора, будут обозначены -i или -I, например, независимая переменная-i или независимая переменная-I соответствует одному или нескольким членам множества независимых переменных в уравнении калибровки, уравнении-i калибровки или урвнении-I калибровки, соответственно для первого прибора, называемого здесь прибором-i или прибором-I. В большинстве примеров используются три длины волны, каждая из которых названа длина-i волны, из которых с помощью функции получены три независимых переменных-i на основе спектральных признаков выборки-c. Соответственно конкретному множеству независимых переменных-i существует зависимая переменная, названная здесь как зависимая переменная-i. Значение зависимой переменной-i обычно будет равно прогнозируемому значению свойства-p выборки-c. Зависимая переменная-i соответствует зависимой переменной, найденной в уравнении-i калибровки. Постоянные величины в уравнении-i калибровки названы здесь как константы-i. Существуют два различных вида констант-i. Один соответствует константе-i крутизны, а другой - константе-i смещения. Константы-i крутизны представляют собой коэффициенты независимых переменных-i. Ясно, что существует константа-i крутизны для каждой независимой переменной-i, которая в свою очередь зависит от числа длин-j волн, входящих в уравнение-i градуирования. Существует только одна константа-i смещения, которая не является коэффициентом какой-либо независимой переменной-i. To make the description easier to understand, the following conditions must be accepted. Independent variables corresponding to the calibration equation for the first device will be denoted by -i or -I, for example, independent variable -i or independent variable-I corresponds to one or more members of the set of independent variables in the calibration equation, calibration equation-i or level-I calibration, respectively, for the first device, here called device-i or device-I. In most examples, three wavelengths are used, each of which is named wavelength-i, of which three independent variables-i are obtained using the function based on the spectral features of sample-c. According to a specific set of independent variables-i, there is a dependent variable, referred to here as the dependent variable-i. The value of the dependent variable -i will usually be equal to the predicted value of the -p property of sample-c. Dependent variable-i corresponds to the dependent variable found in calibration equation-i. The constants in the calibration equation-i are named here as constants-i. There are two different kinds of constants-i. One corresponds to slope constant-i, and the other corresponds to bias constant-i. The slope constants-i are the coefficients of the independent variables-i. It is clear that there is a constant-i of steepness for each independent variable-i, which in turn depends on the number of lengths-j of waves included in the grading equation-i. There is only one bias constant-i, which is not a coefficient of any independent variable-i.

При определении уравнения калибровки для прибора-k (названного также прибором-2) с помощью уравнения калибровки для прибора-i главным образом определяется новое множество констант уравнения калибровки, которые соответствуют константам-k. Новые значения констант определяются по меньшей мере за один или, предпочтительно, за два этапа с учетом того, что уже имеется уравнение-i калибровки, выведенное для прибора-i. When defining the calibration equation for instrument-k (also called instrument-2) using the calibration equation for instrument-i, a new set of calibration equation constants that correspond to the constants-k is mainly determined. The new values of the constants are determined in at least one or, preferably, in two stages, taking into account the fact that there is already a calibration equation-i, deduced for the device-i.

Для успешного переноса или модификации уравнения-i калибровки в уравнении-k калибровки значения СПР или СПП для свойства-p, основанные на спектральных данных прибора-k или прибора-2 посредством уравнения-k калибровки или уравнения-2 калибровки, должны быть фактически такими же точными, как и значения, полученные прибором-i и уравнением-i калибровки или альтернативно должны быть такими же точными, как и значения, которые могли бы быть получены в том случае, если прибор-k откалиброван таким же образом, как и прибор-i, но в большинстве случаев они должны быть по меньшей мере равны или лучше, чем СПР для первичного способа испытания для непосредственного измерения значений для определения свойства-p, используемого для калибровки прибора-i. Данное изобретение обеспечивает преимущество, которое заключается в том, что число образцов, необходимых для обработки или прибором-i, или прибором-k, или обоими, оказывается значительно меньше, чем число образцов, необходимых для получения надежного уравнения калибровки для прибора-i или для полной калибровки прибора-k таким же образом, как и прибора-i. Другими словами, в любом случае значение E(k) в стандартной погрешности прогнозирование значения для определения свойства-p с помощью прибора-k и уравнения-k калибровки не должно существенно превышать значение стандартной погрешности прогнозирования, полученное в результате определения значений для свойства-p прямым или первичным способом испытания, первоначально использованном для калибровки прибора-i. To successfully transfer or modify the calibration equation-i in the calibration equation-k, the values of the SPR or SPP for property-p, based on the spectral data of device-k or device-2 by means of calibration equation-k or calibration equation-2, should be practically the same accurate, like the values obtained by instrument-i and calibration equation-i, or alternatively, should be as accurate as the values that could be obtained if instrument-k was calibrated in the same way as instrument-i but in most cases they are up should be at least equal to or better than the DSS for the primary test method for directly measuring values to determine property-p used to calibrate instrument-i. This invention provides the advantage that the number of samples required for processing with either instrument-i, or instrument-k, or both, is significantly less than the number of samples required to obtain a reliable calibration equation for instrument-i or for fully calibrate instrument-k in the same way as instrument-i. In other words, in any case, the value of E (k) in the standard error of predicting the value for determining property-p using the -k device and the calibration equation-k should not significantly exceed the value of the standard forecasting error obtained as a result of determining the values for property-p directly or the primary test method originally used to calibrate instrument-i.

Одним, хотя и не единственным способом переноса уравнения-i калибровки на прибор-k является изменение констант уравнения-i калибровки. Эти измененные константы становятся константами-k. Предпочтительно уравнение-i калибровки превращается в уравнение-k калибровки в два этапа. Оптимальным является этап 2 (приведен ниже), но он предпочитается в зависимости от того, значительной ли является поправка, указанная этапом 2. Под символом "значительный" подразумевается, что полученное значение дисперсии в прогнозируемых значениях не превышает более, чем на 10%, значения СПР или СПП в зависимости от того, какое из них больше, определенные с помощью уравнения-k калибровки без этапа 2. One, although not the only, way to transfer calibration equation-i to instrument-k is to change the constants of calibration equation-i. These changed constants become k-constants. Preferably, the calibration equation-i is converted into the calibration equation-k in two steps. Step 2 is optimal (given below), but it is preferable depending on whether the correction indicated by step 2 is significant. The symbol “significant” means that the obtained dispersion value in the predicted values does not exceed more than 10% of the value DSS or DSS depending on which one is larger, determined using calibration equation-k without step 2.

Этап I: определение уравнения-k калибровки (уравнения-2 калибровки) с помощью уравнения-i калибровки (уравнения-1 калибровки) включает следующие подэтапы:
(а) Определить уравнение-i калибровки путем измерения зависимых переменных-i непосредственно с помощью первичного способа испытания со стандартной погрешностью расчета E и корреляции данной зависимой переменной-i c множеством независимых переменных-i. Множество независимых переменных-i может состоять из одного или более элементов.
Step I: the definition of calibration equation-k (calibration equation-2) using calibration equation-i (calibration equation-1) includes the following sub-steps:
(a) Determine the calibration equation-i by measuring the dependent variables-i directly using the primary test method with a standard error in calculating E and correlating this dependent variable-ic with many independent variables-i. The set of independent variables i may consist of one or more elements.

(б) Получить соответственно прибором-i и прибором-k спектральные данные-i и спектральные данные-k, соответственно для каждого элемента выборки-c, которые должны быть использованы на этапе (в) (включающем по меньшей мере один элемент с), определить с помощью функции значение-k и значение-i, соответственно (равные соответственно каждому спектральному признаку-k и -i) для каждого элемента выборки-c, соответствующего каждой независимой переменной-k и -i соответственно. (b) Obtain, respectively, instrument-i and instrument-k spectral data-i and spectral data-k, respectively, for each sample element-c that should be used in step (c) (including at least one element c), determine using the function value-k and value-i, respectively (equal respectively to each spectral attribute-k and -i) for each element of the sample-c, corresponding to each independent variable-k and -i, respectively.

(в) Определить (в соответствии с уравнением-i калибровки) значение для данной зависимой переменной-i для каждого элемента выборки-c. Значение, определенное для зависимой переменной-i, или значение, определенной с помощью какой-то функции-f с использованием этого значения, определенного для зависимой переменной-i, вводится в уравнение-k калибровки для значения зависимой переменной-k в уравнении-k калибровки. Также вводятся в уравнение-k калибровки значения спектральных признаков-k, найденные для каждого элемента выборки-c. (Напомним, что спектральные признаки-k определяются функционально с помощью спектральных данных-k, определенных посредством замеров, выполненных прибором-k по каждому элементу выборки-c. Следовательно единственными неизвестными в уравнении-k калибровки будут константы-k). Значения для констант-k, которые должны будут подставлены в уравнение-k калибровки, образуют в результате уравнение-k калибровки, при этом сумма всех абсолютных разниц между каждым определенным значением свойства-p для образца с, соответствующим зависимой переменной-k для образца c, и определенным значением свойства-p для выборки-c, соответствующим зависимой переменной-i для выборки-c, сведена к минимуму так, что значения для свойства-p для выборки-U, величины которых для свойства-p не выходят за требуемые пределы, получаются на основе выведенного уравнения-k калибровки, причем СПП фактически не превышает значение СПР или СПП для E при определении зависимой переменной-i непосредственно с помощью какого-либо первичного способа испытания. Как только определены константы-k, что позволяет получить как следствие значение зависимых переменных-k для элементов выборки-c, имея значения для свойства-p в требуемых пределах, в пределах СПР или СПП для E при прямом или первичном способе испытания, получается уравнение-k калибровки в свете предшествующего уравнения-i калибровки. Абсолютная разность представляет собой значение разности между двумя числами, полученными в результате первого возведения в квадрат и взятия положительного квадратного корня. (Напомним, что прибор-k, первый прибор, может на деле быть эталонным прибором, который вышел из калибровочного состояния, или может быть фактически совершенно другим прибором). (c) Determine (in accordance with calibration equation-i) the value for this dependent variable-i for each sample element-c. The value defined for the dependent variable -i, or the value determined using some function -f using this value defined for the dependent variable -i, is entered into the calibration equation-k for the value of the dependent variable -k in the calibration equation-k . The values of spectral features-k found for each sample element-c are also entered into the calibration equation-k. (Recall that the spectral features -k are determined functionally using the spectral data -k determined by measurements made by the -k instrument for each sample element -c. Therefore, the only unknowns in the calibration equation -k will be the constants -k). The values for the constants-k, which should be substituted into the calibration equation-k, form the calibration equation-k, the sum of all the absolute differences between each defined value of the property-p for sample c, corresponding to the dependent variable-k for sample c, and the specific value of property-p for sample-c, corresponding to the dependent variable -i for sample-c, is minimized so that the values for property-p for sample-U, the values of which for property-p do not go beyond the required limits, are obtained based deduced a calibration equation-k, wherein NGN actually exceeds the SEE or SEP of E for determining dependent variable at-i directly by some primary test method. As soon as the constants-k are determined, which allows us to obtain the value of the dependent variables-k for the elements of the sample-c, having the values for the property-p within the required limits, within the DSS or DSS for E with the direct or primary test method, the equation is obtained - k calibration in light of the preceding calibration equation-i. The absolute difference is the difference between the two numbers obtained as a result of the first squaring and taking the positive square root. (Recall that instrument-k, the first instrument, may in fact be a reference instrument that has exited the calibration state, or it may actually be a completely different instrument).

Значение для зависимой переменной-i, которое должно быть подставлено в уравнении-k калибровки для зависимой переменной-k, может быть функционально связано с зависимой переменной-i с помощью функции-f такой, как, например, логарифм (log) при любом основании (например, натуральный или десятичный), такой, как ϒ k c = n • log ϒ i c + m или линейная функция ϒ k c = n • ϒ i c + m, где n и m являются константами, или их линейная комбинация, или в общем любая функция, такая как полиноминальный или геометрический ряд при условии, что в пределах требуемого диапазона значений ϒ k s функция существенно линейная.The value for the dependent variable-i, which should be substituted in the calibration equation-k for the dependent variable-k, can be functionally related to the dependent variable-i using the function-f such as, for example, the logarithm (log) for any reason ( e.g. natural or decimal), such as ϒ k c = n • log ϒ i c + m or linear function ϒ k c = n • ϒ i c + m, where n and m are constants, or their linear combination, or generally any function, such as a polynomial or geometric series, provided that within the required range of values ϒ k s the function is essentially linear.

Диапазон требуемых значений ϒ k s представляет собой диапазон значений, определяющих химическое или физическое свойство, которые были откалиброваны с помощью уравнения-k калибровки вместе с прибором-k для прогнозирования при значениях СПР или СПП меньших, чем СПР или СПП первичного способа испытания.Range of Required Values ϒ k s represents a range of values that determine a chemical or physical property that have been calibrated using calibration equation-k together with device-k to predict when values of SPR or SPP are lower than SPR or SPP of the primary test method.

Для ясности, если ϒ k c = n • ϒ i c + m и n = 1 и m = 0, то ϒ k c = ϒ i c . Однако для любых других значений n и m соответствующие константы будут связаны с константами, определенными другим способом для n = 1 и m = 0 следующим образом:
Ak= nA k o B k j = nB k′ jo ,
где
A k o - значение константы для n = 1 и m = 0 и
B k′ jo - значение константы для n = 1 и m = 0.
For clarity, if ϒ k c = n • ϒ i c + m and n = 1 and m = 0, then ϒ k c = ϒ i c . However, for any other values of n and m, the corresponding constants will be related to the constants defined in a different way for n = 1 and m = 0 as follows:
A k = nA k o B k j = nB k ′ jo ,
Where
A k o is the constant value for n = 1 and m = 0 and
B k ′ jo is the constant value for n = 1 and m = 0.

Другими словами, какими бы ни были значения для n и m зависимая переменная -k будет функционально связана с зависимой переменной-i. Для определения значения для соответствующего физического или химического свойства, измеряемого непосредственно, нужно просто осуществить инверсное преобразование от ϒ k c к ϒ k , когда для любого значения m и n за исключением n = 0. ϒ k = (ϒ k c-m )/n .In other words, whatever the values for n and m are, the dependent variable -k will be functionally related to the dependent variable -i. To determine the value for the corresponding physical or chemical property, measured directly, you just need to perform an inverse transformation from ϒ k c to ϒ k when for any value of m and n except n = 0. ϒ k = (ϒ k cm ) / n.

Прибор-k и его спектральные данные используются в этом изобретении, если прибор-k может быть откалиброван идентичным способом до такого прибора, который может быть использован для успешной калибровки прибора-i. Instrument-k and its spectral data are used in this invention if instrument-k can be calibrated in an identical way to such an instrument that can be used to successfully calibrate instrument-i.

Предпочтительно уравнение-i и уравнение-k калибровки являются линейными. В обсужденном выше обобщенном способе для настоящего изобретения нет необходимости в том, чтобы оба уравнения-i и -k были одного и того же вида или оба были линейными. Под одной и той же формой подразумевается одна и та же функциональная зависимость от одного и того же числа независимых переменных с соответствующими константами, определяющими зависимую переменную. Preferably, equation −i and calibration equation −k are linear. In the generalized method discussed above for the present invention, it is not necessary that both equations-i and -k be of the same kind or both are linear. By the same form is meant the same functional dependence on the same number of independent variables with the corresponding constants defining the dependent variable.

Предпочтительно уравнения градуирования для прибора-i и прибора-k имеют следующую линейную форму:

Figure 00000001

где
ϒ i s - зависимая переменная-i в уравнении-i калибровки, которая предпочтительно приобретает значение, фактически равное свойству-p любого элемента, S, образца-S, а ϒ k s - зависимая переменная-k в уравнении-k калибровки, которая функционально связана с ϒ i s посредством функции-f;
Ak и Ai - каждое является соответственно константами-i и -k пересечения или смещения в уравнениях-i и -k калибровки;
X i js и Xk является каждое одним значением по меньшей мере одной независимой переменной-i и -k в уравнениях калибровки, соответственно i- и -k, величина которого равна по меньшей мере одному спектральному признаку-i и -k, соответственно элемента, S, при длине волны-j, и
B i j/ и B k j - соответственно константы-i и -k крутизны, соответствующие коэффициентам для каждой по меньшей мере одной независимой переменной-i и -k, соответствующей спектральным признакам-i и -k, соответственно при длине волны-j.Preferably, the grading equations for instrument-i and instrument-k have the following linear form:
Figure 00000001

Where
ϒ i s - the dependent variable-i in the calibration equation-i, which preferably acquires a value that is actually equal to the property-p of any element, S, sample-S, and ϒ k s - dependent variable -k in the calibration equation -k, which is functionally related to ϒ i s through the function f;
A k and A i - each is respectively the constants-i and -k of the intersection or bias in the calibration equations-i and -k;
X i js and X k is each one value of at least one independent variable-i and -k in the calibration equations, respectively, i- and -k, the value of which is equal to at least one spectral characteristic-i and -k, respectively, of the element, S, for wavelength j, and
B i j / and B k j - respectively, the steepness constants-i and -k, corresponding to the coefficients for each at least one independent variable-i and -k, corresponding to the spectral features-i and -k, respectively, at wavelength-j.

Может быть бесконечное множество способов подстановки значений для констант-k, которые приводят к уравнению-k калибровки с значением СПР, фактически не превышающим значение СПР или СПП, обязательно присутствующее в прямом способе, используемом в некоторой точке для получения прямо или косвенно уравнения-i калибровки. Под "фактически не превышающим" значением подразумевается на 30% больше, предпочтительно на 20% больше и наиболее предпочтительно на 10% больше. Прямо определенные значения свойства-p должны быть по меньшей мере один раз получены с помощью какого-либо первичного или прямого способа испытания с целью калибровки прибора путем определения его уравнения калибровки для прогнозирования значений физического или химического свойства, свойства-p, для ряда материалов на основе спектральных данных для таких материалов. Однако, как только откалиброван первый прибор, его можно использовать для калибровки других приборов без необходимости повторного измерения свойства-p с помощью первичного способа испытания. Прибор-i имеет прямо определенное уравнение-i калибровки, если некоторые или все константы-i в нем определены с помощью значений, непосредственно найденных в результате первичного способа испытания. Однако, если только используемые для определения констант-k значения получаются на основе прогнозирования ранее откалиброванным прибором значений без учета значений от первичного способа испытания для свойства-p, в таком случае прибор-k калибруется косвенным образом. Во всех случаях будет по меньшей мере один прибор, уравнение калибровки которого определено первично на основе значений для его зависимой переменной, определенной посредством первичного способа испытания. Выше упоминалось о СПР или СПП этого первичного способа испытания. There can be an infinite number of ways of substituting values for the constants-k, which lead to a calibration equation-k with an SPR value that actually does not exceed the SPR or SPP value, which is necessarily present in the direct method used at some point to obtain the calibration equation-i directly or indirectly . By “practically not exceeding” is meant 30% more, preferably 20% more, and most preferably 10% more. The directly defined values of property-p must be obtained at least once using any primary or direct test method for calibrating the device by determining its calibration equation to predict the values of the physical or chemical property, property-p, for a number of materials based on spectral data for such materials. However, once the first instrument has been calibrated, it can be used to calibrate other instruments without the need to re-measure property-p using the primary test method. Instrument-i has a directly defined calibration equation-i if some or all of the constants-i in it are determined using values directly found as a result of the primary test method. However, if only the values used to determine the constants-k are obtained based on the prediction of values previously calibrated by the device without taking into account the values from the primary test method for property-p, then device-k is calibrated indirectly. In all cases, there will be at least one device, the calibration equation of which is determined primarily on the basis of the values for its dependent variable, determined by the primary test method. Mentioned above of the SPR or SPP of this primary test method.

Однако обнаружено, что особенно приемлемыми для определения констант-k являются следующие критерии, принимая во внимание, что уравнения-k и -i калибровки имеют линейную форму, как отмечалось выше. Согласно одному критерию требуется, чтобы соответствующие B k j и Ak константы-k соответственно фактически предельно уменьшали до максимально возможной степени следующее выражение: Σc k c -AkjB k j X k jc )2.However, it has been found that the following criteria are particularly suitable for determining the k constants, given that the calibration equations k and -i are linear in shape, as noted above. According to one criterion, the corresponding B k j and A k, the constants-k, respectively, actually extremely reduced to the maximum possible extent the following expression: Σ c k c -A kj B k j X k jc ) 2 .

Альтернативно могут быть использованы значения B k j и Ak, которые по существу удовлетворяют одновременно следующим двум уравнениям:
B k j = B i j ΣcX i jc X k jc c(X k jc )2
и
Ak= Σc k c jB k j /X k jc )/n;,
где
n = числу элементов выборки-c.
Alternatively, B values may be used. k j and A k , which essentially satisfy simultaneously the following two equations:
B k j = B i j Σ c X i jc X k jc / Σ c (X k jc ) 2
and
A k = Σ c k c j B k j / X k jc ) / n ;,
Where
n = number of sample items-c.

В конечном итоге также найден особенно приемлемый критерий для определения констант-k, соответствующих B k j и Ak, который по существу удовлетворяет одновременно двум следующим уравнениям:
B k j = B i j ΣcX i jc c(X k jc )
и
Ak= Σc k c jB k j X k jc )/n;,
где
n = числу элементов выборки-c.
In the end, a particularly acceptable criterion was also found for determining the k constants corresponding to B k j and A k , which essentially satisfies the two following equations simultaneously:
B k j = B i j Σ c X i jc / Σ c (X k jc )
and
A k = Σ c k c j B k j X k jc ) / n ;,
Where
n = number of sample items-c.

Этап 2 влечет за собой поправку на крутизну и смещение. Требования для образцов относительно поправки на крутизну и смещение обсуждаются в примерах. Главным образом поправка на крутизну и смещение получается из определения значений для "m" и "b", которые удовлетворяют следующему выражению:

Figure 00000002

где
ϒ a c - прямо или косвенно определенное значение для свойства-p конкретного элемента, c, выборки-p, которое определено с принятой стандартной погрешностью расчета, не превышающей E первичного способа испытания, причем указанное значение для свойства-p не выходит за требуемую область значений;
n - число элементов выборки-p;
v - стандартная погрешность расчета от использования значений уравнения-k калибровки с целью определения зависимой переменной-k для элемента выборки, c, причем v незначительно превышает E.Stage 2 entails an adjustment for slope and offset. The requirements for samples regarding the correction for slope and offset are discussed in the examples. Mainly, the correction for slope and offset is obtained from the definition of values for "m" and "b", which satisfy the following expression:
Figure 00000002

Where
ϒ a c - directly or indirectly a certain value for the property-p of a particular element, c, of the sample-p, which is determined with the accepted standard calculation error not exceeding E of the primary test method, and the specified value for property-p does not go beyond the required range of values;
n is the number of sample elements-p;
v is the standard error of the calculation from the use of the values of the calibration equation-k in order to determine the dependent variable-k for the sample element, c, and v is slightly greater than E.

Подставим указанные значения для m и b в следующее выражение, в результате чего получим упрощенное уравнение калибровки для зависимой переменной-k для прибора-k, которое имеет вид:
ϒ k c = [mAk+b]+Σj[mB k j X k jc ]
В некоторых случаях этап 2 может быть опущен ввиду того, что поправка, предполагаемая или требуемая при использовании поправки на крутизну или смещение, не вызывает значительного изменения константы-k для уравнения-k калибровки. Но предпочтительно осуществлять этапы в соответствии с поправкой на крутизну и смещение для того, чтобы определить существует или нет значительная поправка. В большинстве случаев обнаружено, что поправка на крутизну и смещение необходима.
We substitute the indicated values for m and b into the following expression, as a result of which we obtain a simplified calibration equation for the dependent variable -k for the device -k, which has the form:
ϒ k c = [mA k + b] + Σ j [mB k j X k jc ]
In some cases, step 2 may be omitted because the correction assumed or required when using the slope or bias correction does not cause a significant change in the constant-k for the calibration equation-k. But it is preferable to carry out the steps in accordance with the slope and bias correction in order to determine whether or not a significant correction exists. In most cases, it has been found that steepness and offset correction is necessary.

Относительно этапа 2 следует отметить, что когда используется поправка на крутизну или смещение, даже значительное изменение в значениях константы-k, требуемое поправкой или из-за поправки, не означает, что при осуществлении этапа 1 была совершена ошибка, Обнаружено, что ошибка, если она имеет место, на этапе 1 фактически корректируются поправкой на крутизну или смещение и наоборот (см. пример 1). Более того обнаружено, что требуемое для реализации поправки на крутизну и смещение число образцов даже если их добавить к образцам, необходимым для проведения этапа 1, гораздо меньше, чем их необходимо для определения уравнения-i градуирования для прибора-i. Это представляется совершенно неожиданным и это нельзя предвидеть заранее. Действительно, когда поправка на крутизну указывает на значительную поправку в константах, известные из уровня техники способы (см. спектральный анализ ближнего ИК-излучения, опубл. NIR Systems, Inc., Silver Spring, Maryland, 1989) предписывают, что необходимо заново откалибровать прибор-k таким же способом, который использовался для первоначальной калибровки прибора-i. Regarding stage 2, it should be noted that when the correction for steepness or bias is used, even a significant change in the values of the constant k required by the correction or due to the correction does not mean that an error was made during the implementation of stage 1, It was found that an error it takes place, at stage 1 they are actually corrected by adjusting for the steepness or displacement and vice versa (see example 1). Moreover, it was found that the number of samples required to implement the correction for steepness and bias, even if they are added to the samples necessary for stage 1, is much less than they are necessary to determine the calibration equation-i for the device-i. This seems completely unexpected and cannot be foreseen in advance. Indeed, when a slope correction indicates a significant correction in constants, prior art methods (see near-infrared spectral analysis, publ. NIR Systems, Inc., Silver Spring, Maryland, 1989) require that the instrument must be re-calibrated -k in the same way that was used for initial calibration of instrument-i.

Интерес представляет более детальный анализ того, что происходит с константами-k в уравнении-k калибровки при осуществлении этапа 1 или 2. На этапе 1 каждая константа изменяется по существу независимо, чтобы удовлетворять множеству числовых критериев, указанных выше. На этапе 2 константы смещения изменяются все вместе на величину, определяемую как "m". Константа-k пересечения испытывает влияние как со стороны m, так и со стороны величины приращения b. Когда они применяются вместе, уравнение-k калибровки для прибора-k предпочтительно дает возможность определить значение СПП для зависимой переменной-k, которое оказывается точнее, и часто намного лучше, чем значение, полученное из уравнения-i калибровки с использованием данных, измеренных прибором-i или по меньшей мере СПП, которые являются равными значению E или точнее, чем это значение, при этом берется значение СПП для прямого способа испытания с целью определения величин, используемых для калибровки прибора-i. Показанный в примерах этот результат является полностью неожиданным. Of interest is a more detailed analysis of what happens to the k-constants in the calibration equation-k in step 1 or 2. In step 1, each constant changes essentially independently to satisfy the set of numerical criteria mentioned above. In step 2, the bias constants change together by an amount defined as "m". The intersection constant k is affected by both m and increment b. When applied together, the calibration equation-k for the device-k preferably makes it possible to determine the value of the SPP for the dependent variable -k, which is more accurate and often much better than the value obtained from the calibration equation-i using the data measured by the device- i or at least an SPP that is equal to an E value or more precisely than this value, taking the SPP value for the direct test method to determine the values used to calibrate instrument-i. Shown in the examples, this result is completely unexpected.

Это изобретение описывает также косвенный способ определения свойства-p для выборки-u с использованием спектральных данных-k, измеренных с помощью прибора-k, дающий возможность определить такие спектральные данные-k для выборки-u. Хотя известны многие способы идентифицирования уравнения калибровки прибора, но до настоящего времени они не обеспечивали возможности простого преобразования уравнения-i калибровки, соответствующего прибору-i, в уравнение-k калибровки, соответствующего прибору-k. This invention also describes an indirect method for determining property-p for sample-u using spectral data-k measured with instrument-k, making it possible to determine such spectral data-k for sample-u. Although many methods are known for identifying the instrument’s calibration equation, so far they have not provided the ability to easily convert the calibration equation-i corresponding to the device-i to the calibration equation-k corresponding to the device-k.

Новая форма для уравнения калибровки-k или -i влечет за собой использование дифференциалов соседнего порядка в качестве спектральных признаков. Например, каждое из уравнений калибровки для прибора-k и прибора-i имеет вид:

Figure 00000003

Здесь Y i c и Y k c - расчетные или предсказанные значения для зависимых переменных на основе уравнений калибровки для приборов-i и -k, соответственно оба для каждого элемента, c, выборки-c.The new form for the calibration equation -k or -i entails the use of next-order differentials as spectral features. For example, each of the calibration equations for instrument-k and instrument-i has the form:
Figure 00000003

Here y i c and Y k c - calculated or predicted values for dependent variables based on calibration equations for instruments-i and -k, respectively, for each element, c, sample-c.

X i jc и X k jc являются вторыми производными найденных значений спектральной поглощательной способности для приборов-i и -k, соответственно оба для каждого элемента, c, выборки-c при длине волны-j.X i jc and X k jc are the second derivatives of the found values of the spectral absorbance for devices-i and -k, respectively, both for each element, c, of sample-c at a wavelength of-j.

X /i jc и X /k jc являются третьей производной наблюдаемых значений спектральной поглощательной способности для приборов-i и -k, соответственно оба для выборки-c при длине волны-j.X / i jc and X / k jc are the third derivative of the observed values of spectral absorbance for instruments-i and -k, respectively, both for sample-c at wavelength-j.

С помощью уравнений калибровки в форме производных соседних порядков спектральных данных обнаружено, что неожиданно поправка на крутизну и смещение вызывает изменение в константах-k уравнения калибровки, которое приводит к получению значений для свойства-p образца, c, на основе спектральных данных, измеренных для выборки-c прибором-k, которые демонстрируют отличное совпадение с результатами, полученными от прибора-i и уравнения-i калибровки. Using calibration equations in the form of derivatives of neighboring orders of spectral data, it was found that unexpectedly a correction for the slope and offset causes a change in the constant-k of the calibration equation, which leads to obtaining values for the property-p of the sample, c, based on the spectral data measured for the sample -c with instrument-k, which show excellent agreement with the results obtained from instrument-i and calibration equation-i.

Пример 1. Уравнение калибровки для неоткалиброванного прибора выводится на основе уравнения калибровки, установленного для эталонного прибора. Решения для следующих уравнений определяют: B k js и Ak в линейном уравнении калибровки для прибора-k, неоткалиброванного прибора, имеющего вид, ϒ k c = AkjB k j X k jc , которое берет за основу уравнение калибровки ϒ i c = AijB i j X i jc для откалиброванного или эталонного прибора, прибора-i.Example 1. The calibration equation for an uncalibrated instrument is derived based on the calibration equation established for the reference instrument. The solutions for the following equations determine: B k js and A k in the linear calibration equation for instrument-k, an uncalibrated instrument of the form ϒ k c = A k + Σ j B k j X k jc which takes the calibration equation ϒ i c = A i + Σ j B i j X i jc for a calibrated or reference instrument, instrument-i.

Независимо используются три различных математических критерия. Так как используются только три длины волны, то J = 1 - 3, и так как 25 - общее число элементов выборки-c, то c = 1 - 25. Независимые переменные, X k jc (где k идентифицирует прибор-k) имеют значения для спектральных признаков, полученных из спектрального отклика прибора-k при длине волны-j. Каждая длина волны находится в диапазоне длин волн 800 - 2500 нм. Здесь спектральные признаки представляют собой вторую производную спектральной поглощательной способности при трех длинах волн-j: 1196, 1220 и 1286 нм.Three different mathematical criteria are used independently. Since only three wavelengths are used, then J = 1 - 3, and since 25 is the total number of sample elements-c, then c = 1 - 25. Independent variables, X k jc (where k identifies device-k) have values for spectral features obtained from the spectral response of device-k at wavelength-j. Each wavelength is in the wavelength range 800 - 2500 nm. Here, the spectral features are the second derivative of the absorbance at three wavelengths-j: 1196, 1220 and 1286 nm.

Математический критерий 1
Σc i c -AkjB k j X k jc ) = 0 ;
при условии ϒ i c = ϒ k c/

Figure 00000004

Figure 00000005

Figure 00000006

Прибор-i калибруется с использованием множественной линейной регрессии второй производной спектральной поглощательной способности при длине волны 1196, 1220 и 1236 нм путем модулирования зависимой переменной октан (R+M)/2 на 72 газолиновых образцах, заключающих октановый диапазон 86-93 с примерно равномерным распределением. Прибор представляет собой NIR Systems 6500, функционирующий в режиме отражения с использованием волоконной оптики с длиной пробега 18 мм.Mathematical Criterion 1
Σ c i c -A kj B k j X k jc ) = 0;
provided ϒ i c = ϒ k c /
Figure 00000004

Figure 00000005

Figure 00000006

Instrument-i is calibrated using multiple linear regression of the second derivative of the absorbance at a wavelength of 1196, 1220 and 1236 nm by modulating the dependent variable octane (R + M) / 2 on 72 gasoline samples containing an octane range of 86-93 with an approximately uniform distribution . The device is a NIR Systems 6500 operating in reflection mode using fiber optics with a path length of 18 mm.

Из уравнения регрессии для прибора получаются значения 25-и стандартов переноса калибровки и затем эти значения принимаются как значения октана (R+M)/2 зависимой переменной для 25-и стандартных значений переноса калибровки. Те же самые стандарты представлены в примере 2. From the regression equation for the device, the values of 25 calibration transfer standards are obtained and then these values are taken as the octane (R + M) / 2 dependent variable for 25 standard calibration transfer values. The same standards are presented in example 2.

25 Стандартных значений переноса калибровки и 10 образцов с известным октановым числом обрабатываются прибором-k. Результаты представлены в табл. 1. 25 standard calibration transfer values and 10 samples with a known octane rating are processed by the -k instrument. The results are presented in table. one.

Альтернативно определено также, что возможно косвенно получить уравнение-k калибровки из перенесенного уравнения-k калибровки, когда используется этап уменьшения погрешности наименьшего квадрата вместо поправки на крутизну и смещение. Когда погрешности были смоделированы, как зависимая переменная-k с использованием спектральных данных-k, опять в качестве независимой переменной стало возможным сложить полученные контакты с константами из перенесенного уравнения-k калибровки и косвенно вывести определение методом наименьших квадратов (математический критерий I). Alternatively, it is also determined that it is possible to indirectly derive the calibration equation-k from the transferred calibration equation-k when the step of reducing the least square error is used instead of adjusting for the slope and offset. When the errors were modeled as a dependent variable -k using spectral data -k, again, as an independent variable, it became possible to add the obtained contacts with constants from the transferred calibration equation -k and indirectly derive the least squares determination (mathematical criterion I).

Математический критерий II
B k r = [B i r ΣcX i rc X k rc ]/[Σc(X k rc )2]
Ak= Σc k c rB k r X k rc )/n
При условии ϒ i c = ϒ k c
Следует отметить, что c = 1 - 25, используются только три длины волны 1196, 1220 и 1236, и n = 25, так как число элементов в выборке-c равно 25.
Mathematical Criterion II
B k r = [B i r Σ c X i rc X k rc ] / [Σ c (X k rc ) 2 ]
A k = Σ c k c r B k r X k rc ) / n
Provided ϒ i c = ϒ k c
It should be noted that c = 1 - 25, only three wavelengths of 1196, 1220 and 1236 are used, and n = 25, since the number of elements in sample-c is 25.

Прибор-i калибруется с помощью множественной линейной регрессии второй производной спектральной поглощательной способности при 1196, 1220 и 1236 нм путем моделирования октана (R+M)/2 зависимой переменной на 72-х газолиновых образцах, заключающих октановый диапазон 86-93 при приближенно равномерном распределении. Прибор-i представляет собой тип NIR Systems 6500, функционирующий в режиме отражения с использованием волоконной оптики с длиной пробега 18 мм. Instrument-i is calibrated using multiple linear regression of the second derivative of spectral absorbance at 1196, 1220 and 1236 nm by modeling the octane (R + M) / 2 dependent variable on 72 gasoline samples containing the octane range 86-93 with an approximately uniform distribution . Instrument-i is a type of NIR Systems 6500 operating in reflection mode using fiber optics with a path length of 18 mm.

Из уравнения регрессии для прибора-i выводятся значения 25-и стандартных значений переноса калибровки, после чего эти значения принимаются как значения октана (R+M)/2 зависимой переменной для 25-и стандартных значений переноса калибровки. Те же самые стандарты представлены в примере 2. The values of the 25 standard calibration transfer values are derived from the regression equation for instrument-i, after which these values are taken as the octane (R + M) / 2 values of the dependent variable for the 25 standard calibration transfer values. The same standards are presented in example 2.

Прибором-k обрабатываются 25 стандартных значений переноса калибровки. Константы регрессии подсчитываются следующим образом:

Figure 00000007

Figure 00000008

Вышеупомянутые константы в уравнении калибровки предсказывают значение 10-и образцов с известным октановым числом. Отмечается жесткое смещение октановых чисел (R+M)/2. Компьютерная программа устанавливает необходимость поправки на крутизну, равную 0,56741, и необходимость поправки на пересечение, равную 36,646. Эти поправки дают значение конечной крутизны и уравнение калибровки с поправкой на смещение для прибора-k и демонстрируют стандартную погрешность расчета, равную 0,184, и смещение 0,0265 октановых чисел (R+M)/2 для остальных 62-х образцов.Instrument-k processes 25 standard calibration transfer values. Regression constants are calculated as follows:
Figure 00000007

Figure 00000008

The above constants in the calibration equation predict the value of 10 samples with a known octane number. A marked shift in octane numbers (R + M) / 2 is noted. The computer program establishes the need for a slope correction of 0.56741, and the need for an intersection correction of 36.646. These corrections give the value of the final slope and the calibration equation with an offset correction for the instrument-k and demonstrate a standard calculation error of 0.184 and an offset of 0.0265 octane numbers (R + M) / 2 for the remaining 62 samples.

Математический критерий III. Mathematical Criterion III.

B k r = B i r ΣcX i jc cX k jc
Ak= Σc k c rB k r X k rc )/n
При условии ϒ i c = ϒ k c
Следует отметить, что r = 1 - 3, так как используются только три значения длины волны, n = 25, так как число элементов в образце равно 25. Вышеупомянутый критерий III используется так же, как и критерий II. Результаты всех способов представлены в табл. 1.
B k r = B i r Σ c X i jc / Σ c X k jc
A k = Σ c k c r B k r X k rc ) / n
Provided ϒ i c = ϒ k c
It should be noted that r = 1 - 3, since only three wavelengths are used, n = 25, since the number of elements in the sample is 25. The above criterion III is used in the same way as criterion II. The results of all methods are presented in table. 1.

Для демонстрации ожидаемой точности от уравнения калибровки октана, перенесенного от одного прибора, прибора-i к другому прибору-k, выполняется следующее. To demonstrate the expected accuracy from the octane calibration equation transferred from one instrument, instrument-i to another instrument-k, the following is true.

Оба прибора-i и -k независимо калибруются с использованием тех же 72-х образцов. В результате калибровки выводится линейное уравнение калибровки, которое может быть использовано для прогнозирования октановых значений. Стандартная погрешность прогнозирования для каждого из этих уравнений выводится для 10-и известных образцов. Both devices-i and -k are independently calibrated using the same 72 samples. As a result of calibration, a linear calibration equation is derived, which can be used to predict octane values. The standard prediction error for each of these equations is derived for 10 known samples.

Уравнение переноса калибровки для прибора-k выводится из уравнения-i калибровки и одного из следующих критериев: I, II или III. The calibration transfer equation for instrument-k is derived from calibration equation-i and one of the following criteria: I, II, or III.

Каждое переносимое уравнение корректируется на крутизну и смещение с 10-ю образцами, представляющими уравнение с поправкой на крутизну и смещение. Each transferable equation is adjusted for slope and offset with 10 patterns representing the equation adjusted for slope and offset.

Результаты приведенных выше этапов показаны в табл. 1. Особенно важно то, что СПП резко изменяется как результат поправки на крутизну и смещение. Однако конечная СПП после поправки на крутизну и смещение в случае критерия 1 дает СПП, идентичную значению СПП первоначального уравнения-i калибровки. The results of the above steps are shown in table. 1. It is especially important that the SPP changes dramatically as a result of adjustments for slope and bias. However, the final SPP after adjusting for the slope and offset in case of criterion 1 gives the SPP identical to the value of the SPP of the initial calibration equation-i.

В данном случае точным расчетом наилучшего значения СПП, на который можно надеяться, будет значение СПП, равное 0,146, которое является значением СПП для прибора-k при полной калибровке с использованием 72-х образцов. In this case, the exact calculation of the best value of the SPP, which we can hope for, will be the value of the SPP equal to 0.146, which is the value of the SPP for the device-k in full calibration using 72 samples.

Пример 2. В этом примере используется математический критерий I примера 1 (множественной линейной регрессии), уравнение калибровки имеет линейную форму, но для независимых переменных величин используются спектральные признаки, определенные второй и третьей производными спектральных данных, соответственно каждой выбранной частоте. Example 2. In this example, the mathematical criterion I of example 1 (multiple linear regression) is used, the calibration equation has a linear form, but for independent variables, the spectral features defined by the second and third derivatives of the spectral data, respectively, for each selected frequency are used.

Figure 00000009

Здесь ϒ i c и ϒ k c - расчетные или прогнозируемые значения для зависимых переменных на основе уравнений калибровки для приборов-i и -k, соответственно оба для каждого элемента, с, из выборки-с с 8-ю элементами.
Figure 00000009

Here ϒ i c and ϒ k c - calculated or predicted values for dependent variables based on calibration equations for instruments-i and -k, respectively, for each element, s, from a sample-s with 8 elements.

X i jc и X k jc - вторые производные наблюдаемых значений спектральной поглощательной способности для приборов-i и -k, соответственно оба для каждого элемента, с, выборки-с при длине-j волны, где j = 1 - 3.X i jc and X k jc - the second derivatives of the observed values of the spectral absorption capacity for devices-i and -k, respectively, both for each element, s, sample-s at a wavelength-j, where j = 1 - 3.

X /i jc и X /k jc - третья производная для наблюдаемых значений спектральной поглощательной способности для приборов-i и -k, соответственно оба для выборки-с при длине-j волны, где j = 1 - 3.X / i jc and X / k jc - the third derivative for the observed values of the spectral absorption capacity for the devices-i and -k, respectively, both for the sample-s at the wavelength-j, where j = 1 - 3.

Значения длин волн те же, что и в примере 1. The wavelengths are the same as in example 1.

Прибором-i был проведен анализ 72 газолиновых образцов для получения их спектральных поглощающих характеристик. Кроме того, обработаны также 25 образцов стандартных значений переноса калибровки. Затем выводятся вторые и третьи производные спектров с использованием длин сегментов, равных 10, и промежутков, равных 0, посредством NSAS (пакет программ для спектрального анализа ближнего ИК-излучения, фирмы NIR Sysfems, Juc.). Композиции из 25-и стандартных значений переноса калибровки представлены в табл. 7, они выбраны специально, так как заключают в себя большинство изменчивости 72-х газолиновых образцов при длине волны, используемой для калибровки. Октановое число 72 газолиновых образцов находится в пределах 86,3 - 93,2 чисел октана (R + M)/2, образцы распределены в данном диапазоне в приблизительном равномерном распределении. Анализ каждого образца проводится 4 раза четырьмя различными лабораторными детонационного двигателя (APAL, Контрольная Лаб., Окружная контрольная лаб. и Контрольная лаб. Св. Павла) по способам ASTM 2699 и 2700 для получения точных расчетов октана (R + И)/2. Device-i analyzed 72 gasoline samples to obtain their spectral absorbing characteristics. In addition, 25 samples of standard calibration transfer values were also processed. Then the second and third derivatives of the spectra are derived using segment lengths of 10 and gaps of 0 by NSAS (NIR Sysfems, Juc. Software package for spectral analysis of near infrared radiation). Compositions of 25 standard calibration transfer values are presented in table. 7, they are specially selected, since they include most of the variability of 72 gasoline samples at the wavelength used for calibration. The octane number of 72 gasoline samples is in the range of 86.3 - 93.2 octane numbers (R + M) / 2, the samples are distributed in this range in an approximately uniform distribution. Each sample is analyzed 4 times by four different laboratory detonation engines (APAL, Control Lab., District Control Lab. And St. Paul Control Lab) using ASTM methods 2699 and 2700 to obtain accurate octane (R + I) / 2 calculations.

Файлы второй и третьей производной 72-х газолиновых образцов посылаются на универсальную ЭВМ и множественная линейная регрессии в соответствии с математическим критерием 1 выполняется с помощью обычных компьютерных программ с использованием статистических данных SAS (институт SAS, Inc. Кэри, Сев. Каролина) для второй производной спектральной поглощательной способности при 1196, 1220 и 1236 нм путем моделирования зависимой переменной октана (R + M)/2. Анализ данных по этому способу дает модель множественной линейной регрессии вида:

Figure 00000010

Значения членов Bi представлены в табл. 2. В табл. 2 приведены также множественный коэффициент определения (R2), множественный коэффициент корреляции (R) и стандартная погрешность расчета. Из табл. 2 может быть сделано заключение о том, что уравнение калибровки является очень точным.Files of the second and third derivatives of 72 gasoline samples are sent to a universal computer and multiple linear regression in accordance with mathematical criterion 1 is performed using conventional computer programs using SAS statistics (SAS Institute, Inc. Carey, North Carolina) for the second derivative absorbance at 1196, 1220 and 1236 nm by modeling the dependent variable of octane (R + M) / 2. Data analysis by this method gives a model of multiple linear regression of the form:
Figure 00000010

The values of the members B i are presented in table. 2. In the table. 2 also shows the multiple determination coefficient (R 2 ), the multiple correlation coefficient (R) and the standard error of calculation. From the table. 2, it can be concluded that the calibration equation is very accurate.

Затем прогнозируются значения стандартов переноса калибровки из уравнения калибровки прибора-i и прогнозируемые значения используются как зависимая переменная октана (R+M)/2, а данные спектральной поглощательной способности для стандартов переноса калибровки на приборе-к преобразуются во вторую производную и третью производную и используются для значений независимых перменных-к для определения соответствующих констант-к по классическому методу наименьших квадратов или математическому критерию 1. Результаты приведены в табл. 3. The calibration transfer standards from the calibration equation of instrument-i are then predicted and the predicted values are used as the dependent octane variable (R + M) / 2, and the absorbance data for calibration transfer standards on the -k instrument are converted into a second derivative and a third derivative and used for values of independent variables -k to determine the corresponding constants -k according to the classical least-squares method or mathematical criterion 1. The results are shown in table. 3.

Затем 72 газолиновых образца обрабатывались прибором-к и получались файлы второй и третьей производных, как указывалось выше. Новое уравнение калибровки из табл. 3 используется для прогнозирования октана (R+M)/2 72 образцов (следует отметить, что эти образцы являются идентичными первоначальному калибровочному множеству, обработанному на приборе-i), используя то же самое октановое число, которое использовалось при первоначальной калибровке прибора-i. Эти расчеты выполняются на ПК с использованием программы Бейсик. Расчетные октановые значения показывают смещение -0,431 и имеют стандартную погрешность прогнозирования 0,586. Эти погрешности довольно высоки, учитывая, что первоначальная стандартная погрешность расчета на приборе-i всего лишь 0,145. Также из прогнозируемых октановых значений можно видеть, что погрешность для прогнозирования низких октановых чисел ((R+M)/2 примерно равно 86) достаточно высока, т.е. около -0,8 при сравнении с прогнозированием более высокого октанового числа ((R+M)/2 примерно равно 93), например, намного ближе к нулю, приблизительно 0,1. Этот тип поведения аналогичен дисперсии, зависящей от другой случайной величины, когда рассчитанные значения прогнозирования имеют тенденцию к погрешности на величину, которая представляет функцию расчетного октанового числа. Например, более низкие октановые числа дали высокие значения погрешности, а более высокие октановые числа дали более низкие значения погрешности. Когда наблюдается описанное выше поведение, поправка на крутизну и смещение оправдана в результате того, что график

Figure 00000011
в сравнении с октановым числом приближается к прямой линии. Обычно это связано с тем, что первоначальное уравнение калибровки, линейное или нелинейное, преобразовано таким образом, чтобы получить линейную зависимость. При анализе данных ясно, что поправка на крутизну оправдана, так как зависимость стремится к прямой линии. При использовании программы ПК Бейсик показано, что необходимы поправка на крутизну для m, равная 0,86406, и поправка на смещение для b, равная 12,5590.Then 72 gasoline samples were processed by instrument-k and the files of the second and third derivatives were obtained, as indicated above. The new calibration equation from table. 3 is used to predict the octane (R + M) / 2 of 72 samples (it should be noted that these samples are identical to the original calibration set processed on instrument-i) using the same octane number that was used in the initial calibration of instrument-i. These calculations are performed on a PC using the Basic program. The calculated octane values show an offset of -0.431 and have a standard prediction error of 0.586. These errors are quite high, considering that the initial standard error of calculation on the device-i is only 0.145. It can also be seen from the predicted octane values that the error for predicting low octane numbers ((R + M) / 2 is approximately equal to 86) is quite high, i.e. about -0.8 when compared to predicting a higher octane number ((R + M) / 2 approximately 93), for example, much closer to zero, approximately 0.1. This type of behavior is similar to the variance depending on another random variable, when the calculated forecast values tend to have errors by a value that represents the function of the calculated octane number. For example, lower octane numbers gave higher error values, and higher octane numbers gave lower error values. When the behavior described above is observed, the slope and bias correction is justified because the graph
Figure 00000011
in comparison with the octane number is approaching a straight line. This is usually due to the fact that the original calibration equation, linear or non-linear, is transformed in such a way as to obtain a linear relationship. When analyzing the data, it is clear that the slope correction is justified, since the dependence tends to a straight line. When using the BASIC software, it is shown that a slope correction for m of 0.86406 and an offset correction for b of 12.5590 are needed.

Figure 00000012

В табл. 5 приведены конечные константы регрессии для прибора-k с использованием переноса калибровки, затем следует поправка на крутизну и смещение.
Figure 00000012

In the table. Figure 5 shows the final regression constants for instrument-k using calibration transfer, followed by a correction for slope and bias.

Обнаружено, что это уравнение имеет стандартную погрешность расчета 0,190 на приборе-k по сравнению со стандартной погрешностью 0,145 прибора-i для 72-х газолиновых образцов. It was found that this equation has a standard error of calculation of 0.190 on instrument-k compared with the standard error of 0.145 instrument-i for 72 gasoline samples.

Пример 3. Этот пример определяет поправку на крутизну и смещение, упомянутое выше в данном описании (Anal.Chem.Acta, 192 (1987) 197). Example 3. This example defines the slope and bias correction mentioned above in this description (Anal.Chem.Acta, 192 (1987) 197).

Различные члены определены ранее в описании, ϒ представляет собой расчетную или прогнозируемую зависимую переменную с учетом независимых переменных, эквивалентных одному или более спектральным признакам, определенным как члены X. The different members are defined earlier in the description, ϒ is a calculated or predicted dependent variable taking into account independent variables equivalent to one or more spectral features defined as members of X.

В зависимости от величины поправок на крутизну и смещение, соответствующих m и b, где m - поправка на крутизну, а b - поправка на смещение, можно принять решение не изменять уравнение калибровки для неоткалиброванного прибора.

Figure 00000013
- значение с поправкой на крутизну и смещение, прогнозируемое для физического свойства, как показано далее.Depending on the magnitude of the slope and offset corrections corresponding to m and b, where m is the slope correction and b is the bias correction, you can decide not to change the calibration equation for the uncalibrated instrument.
Figure 00000013
- the value adjusted for the slope and offset predicted for the physical property, as shown below.

В особом примере ϒ k c - прогнозируемое октановое число из уравнения-k калибровки до поправки на крутизну и смещение и ϒ k c - измеренное октановое число образца (или октановое число, прогнозируемое откалиброванным прибором NIR) используются для определения поправок на крутизну и смещение. В калибровочном множестве, которое используется для выполнение поправок на крутизну и смещение, необходимо, чтобы множество:
1. Представляло требуемый диапазон для конкретного свойства, например, октана. Затем образец должен иметь текущие октановые значения (измеренные в соответствии с TSTM D 2699 и D 2700) приблизительно в диапазоне интересующих октановых значений.
In a special example, ϒ k c is the predicted octane number from calibration equation-k before adjusting for slope and bias and ϒ k c - The measured octane number of the sample (or the octane predicted by the calibrated NIR instrument) is used to determine the slope and offset corrections. In the calibration set, which is used to make corrections for slope and bias, it is necessary that the set:
1. Represented the required range for a particular property, for example, octane. Then the sample should have current octane values (measured in accordance with TSTM D 2699 and D 2700) in approximately the range of octane values of interest.

2. Имело октановое число, измеренное для каждого образца, и чтобы это текущее октановое значение затем коррелировалось (с помощью построенного графика) в сравнении с расчетным октановым значением для каждого образца, определенным с помощью уравнения калибровки, в котором должна быть произведена поправка на крутизну и смещение. 2. There was an octane number measured for each sample, and so that this current octane value was then correlated (using a plot) in comparison with the calculated octane value for each sample, determined using the calibration equation, in which the slope should be adjusted and bias.

3. Число n образцов для внесения поправки на крутизну и смещение должно равняться 2 с целью определения как m, так и b, но в примерах обычно используется число 10. Уравнение калибровки для прибора-k имеет вид: ϒ k c = AkcB k j X k jc , ϒ a c - прямо определенное или текущее свойство, здесь - измеренное ASTM октановое число.3. The number n of samples for adjusting the slope and offset should be 2 in order to determine both m and b, but the examples usually use the number 10. The calibration equation for the device-k has the form: ϒ k c = A k + Σ c B k j X k jc , ϒ a c is a directly defined or current property, here is the ASTM measured octane number.

4. Найти m и b, решить уравнение относительно m и b, которые удовлетворяют следующим математическим критериям:

Figure 00000014

Результаты являются следующими:
Figure 00000015

• b = 1/n{Σcϒ a c -mΣcϒ k c }
Figure 00000016

Пример 4. Математическая обработка переходит от множественной линейной регрессии к частичным наименьшим квадратам для переноса калибровки от прибора-i к прибору-k.4. Find m and b, solve the equation for m and b that satisfy the following mathematical criteria:
Figure 00000014

The results are as follows:
Figure 00000015

• b = 1 / n {Σ c ϒ a c -mΣ c ϒ k c }
Figure 00000016

Example 4. Mathematical processing goes from multiple linear regression to partial least squares to transfer the calibration from device-i to device-k.

В данном примере прибор-i является стендовым измерительным прибором типа NIR Systems 6500, функционирующий в режиме отражения с использованием волоконной оптики. Прибор откалиброван, как показано в примере 1, с использованием 72-x образцов. Калибровка осуществляется как до моделирования октана (R + M)/2 с использованием второй производной спектральной поглощательной способности при 1220, 1196 и 1236 нм как независимых переменных уравнения калибровки множественной регрессии. Стандартные значения переноса калибровки те же 25 значений, указанные в примере 5. In this example, instrument-i is a bench measuring device of the NIR Systems 6500 type, operating in reflection mode using fiber optics. The device is calibrated, as shown in example 1, using 72-x samples. Calibration is carried out as before modeling the octane (R + M) / 2 using the second derivative of the absorbance at 1220, 1196 and 1236 nm as independent variables of the multiple regression calibration equation. The standard calibration transfer values are the same 25 values shown in Example 5.

Прибор-k представляет собой неоткалиброванный прибор типа NIR Systems OL-6500, функционирующий в режиме отражения с использованием волоконной оптики. На этом приборе обрабатываются 25 стандартных значений переноса калибровки с использованием расчетных значений октана от прибора-i в качестве зависимой переменной. Благодаря изобретению возможно откалибровать прибор-k, прибегая к различному математическому подходу, отличному от подхода, который был использован на приборе-i (множественной линейной регрессии). Частичные наименьшие квадраты (ЧНК) выбраны в качестве альтернативного способа калибровки для прибора-k. Принципы ЧНК хорошо известны (Гарольд Мартенз и Тормод Нэс, Многомерная калибровка, Изд-во Джон Вилей и сыновья, Нью-Йорк, 1989, ISBN 471-90979-3). Instrument-k is an uncalibrated instrument of the NIR Systems OL-6500 type, operating in reflection mode using fiber optics. On this instrument, 25 standard calibration transfer values are processed using calculated octane values from instrument-i as a dependent variable. Thanks to the invention, it is possible to calibrate the device-k, resorting to a different mathematical approach, different from the approach that was used on the device-i (multiple linear regression). Partial Least Squares (ChNKs) are selected as an alternative calibration method for instrument-k. ChNK principles are well known (Harold Martens and Tormod Nes, Multidimensional Calibration, John Wiley & Sons, New York, 1989, ISBN 471-90979-3).

Способ ЧНК выполняется с помощью моделирования зависимой переменной расчетного значения октана для 25-и стандартных значений калибровки на уровне вторых производных спектральных поглощатеьной способности в диапазоне длин волн 1190 - 1240 нм (с интервалами в 2 нм, т.е. 1190, 1192, 1194... 1240). Перекрестная проверка результатов на достоверность осуществляется с помощью 4-х групп подмножества. Модели строятся с использованием одной, двух, трех, четырех, пяти и шести скрытых переменных. Модель четырех скрытых переменных очевидно дает наилучший расчет октанового числа возбуждения для прибора-k и корреляцию 0,9994 октановых значений, подсчитанных прибором-i. Модель ЧНК четвертой скрытой переменной используется для прогнозирования значений первых 10-и образцов из калибровочного множества для первоначальных 72-х образцов. Прогнозируемые значения показывают значительное смещение, равное 0,433, октановых чисел (R + M)/2 и стандартную погрешность, равную 0,468. Выполняются поправка на крутизну 0,940 и поправка на пересечение 5,77 октановых чисел (R + M)/2. Остальные 62 образца прогнозируются как неизвестные. 62 Образца показывают смещение 0,0156 октановых чисел и стандартную погрешность прогнозирования 0,153 для октановых чисел для неизвестных. The CNS method is performed by modeling the dependent variable of the calculated octane value for 25 standard calibration values at the level of the second derivatives of the spectral absorbance in the wavelength range of 1190 - 1240 nm (with intervals of 2 nm, i.e. 1190, 1192, 1194. .. 1240). Cross validation of the results is carried out using 4 groups of the subset. Models are built using one, two, three, four, five and six hidden variables. The model of the four hidden variables obviously gives the best calculation of the octane excitation number for instrument-k and a correlation of 0.9994 octane values calculated by instrument-i. The fourth latent variable CLC model is used to predict the values of the first 10 samples from the calibration set for the initial 72 samples. The predicted values show a significant bias of 0.433 of octane numbers (R + M) / 2 and a standard error of 0.468. A correction is made for the slope of 0.940 and a correction for the intersection of 5.77 octane numbers (R + M) / 2. The remaining 62 samples are predicted to be unknown. The 62 samples show a shift of 0.0156 octane numbers and a standard prediction error of 0.153 for octane numbers for unknowns.

Следует отметить, что может быть выбрана другая область спектров, а не 1190 - 1240 при условии, что она функционально связана с октановым числом по меньшей мере с такой же надежностью, как и при его измерении прямым способом. Это также ясно показывает, что используемые в уравнении-1 длины волн необязательно должны быть теми же, что и значения в уравнении-2, что указывает на дополнительные преимущества изобретения. It should be noted that a different spectral region can be selected, rather than 1190 - 1240, provided that it is functionally related to the octane number with at least the same reliability as when measured directly. This also clearly shows that the wavelengths used in equation-1 need not be the same as the values in equation-2, which indicates additional advantages of the invention.

Пример 5. Этот пример описывает перенос уравнения калибровки, который может быть использован при переносе от одного нефтеперерабатывающего завода к другому, от одного детонационного двигателя к другому, от одного прибора после изменения конфигурации и смены лампы к другому прибору со значительно уменьшенной погрешностью прогнозирования посредством двойного переноса калибровки. Example 5. This example describes the transfer of the calibration equation, which can be used when transferring from one refinery to another, from one detonation engine to another, from one device after changing the configuration and changing the lamp to another device with a significantly reduced prediction error by double transfer calibration.

Этот пример ярко демонстрирует преимущества настоящего изобретения, например прибор-k полностью откалиброван с использован только газолинов, которые не содержали MTBE (метил-t-бутил эфир). Недавно Конгресс передал акт о новом составе топлива, а так как прибор-k функционирует на нефтеперерабатывающем заводе, который расположен на участке, где нет CO (моноксида углерода), акт о новом составе топлива предписывает, чтобы на нефтеперерабатывающем заводе добавляли MTBE (или какое-либо другое сырье, насыщенное кислородом) к газолиновым смесям к такому-то числу. Так как прибор-k откалиброван без MTBE, следует ожидать, что это приведет к значительным погрешностям, если будет использоваться текущая калибровка прибора-k на неизвестных образцах, которые содержат MTBE. Чтобы не производить полную калибровку прибора-k заново, было бы желательно перенести уравнение калибровки, которое может учитывать поступление MTBE по мере того, как он добавляется к газолиновому сырью нефтеперерабатывающего завода на некоторую дату в будущем. В этом примере прибор-k представляет собой тип NIR Systems OL-6500, функционирующий в отражательном режиме с использованием волоконной оптики. This example clearly demonstrates the advantages of the present invention, for example, instrument-k is fully calibrated using only gasolines that did not contain MTBE (methyl t-butyl ether). Congress recently passed an act on a new fuel composition, and since device-k operates in a refinery that is located on a site that does not have CO (carbon monoxide), the act on a new fuel composition requires MTBE (or whatever) to be added to the refinery or other raw materials saturated with oxygen) to gasoline mixtures of such a number. Since instrument-k is calibrated without MTBE, this should be expected to lead to significant errors if the current instrument-k calibration is used on unknown samples that contain MTBE. In order not to re-calibrate the k-instrument completely, it would be advisable to transfer the calibration equation, which can take into account the MTBE intake as it is added to the gasoline feed of the refinery at some future date. In this example, instrument-k is a type of NIR Systems OL-6500 operating in reflective mode using fiber optics.

Тип NIR Systems OL 6500 выбран для прибора-i, так как он был однажды откалиброван на основе 226-и образцов, некоторые из которых содержали MTBE, и с его помощью можно отобрать образцы, содержащие P-15% по объему MTBE. The type NIR Systems OL 6500 was chosen for instrument-i, since it was once calibrated on the basis of 226 samples, some of which contained MTBE, and with it you can select samples containing P-15% by volume of MTBE.

Проблема несколько осложняется тем, что только стандартные калибровочные значения обрабатываются прибором-i при его калибровке с MTBE, эти значения представляют собой 8 чистых смесей (и расчетные октановые числа), приведенных в табл. 6. Эти 8 смесей не обрабатываются прибором-k, поэтому прямой перенос калибровки невозможен. The problem is somewhat complicated by the fact that only standard calibration values are processed by instrument-i when calibrating it with MTBE, these values are 8 pure mixtures (and calculated octane numbers) shown in Table. 6. These 8 mixtures are not processed by the -k instrument, so direct calibration transfer is not possible.

Для выполнения переноса 8 стандартных калибровочных значений еще раз обрабатываются прибором-i. Так как калибровка прибора-i осуществляется с учетом MTBE, прибор-i перестраивается с измерений пропускания при длине пробега 20 мм на измерение отражения при длине пробега 18 мм с использованием волоконной оптики. Коэффициент усиления лампы и детектора также изменяется. To carry out the transfer, 8 standard calibration values are processed again by the -i instrument. Since the calibration of instrument-i is carried out taking into account MTBE, instrument-i is tuned from transmittance measurements at a path length of 20 mm to a reflection measurement at a path length of 18 mm using fiber optics. The gain of the lamp and detector also changes.

С учетом нового множества условий, используя 8 стандартных калибровочных значений, калибровка для MTBE переносится от прибора-i в режиме пропускания к прибору-i в отражательном режиме. Затем его уравнение без поправки на крутизну и смещение или других способов погрешности (например, способа наименьших квадратов) используется для расчета прогнозируемых значений октана для 25-и стандартных калибровочных значений, которые также обрабатываются прибором-i в отражательном режиме и прибором-k также в отражательном режиме. Given the new set of conditions, using 8 standard calibration values, the calibration for MTBE is transferred from instrument-i in transmit mode to instrument-i in reflective mode. Then its equation without correction for slope and offset or other methods of error (for example, the least squares method) is used to calculate the predicted octane values for 25 standard calibration values, which are also processed by device-i in reflective mode and device-k also in reflective mode.

Множественная линейная регрессия по 25-и стандартным значениям табл. 7 на приборе-k с использованием расчетных октановых значений в качестве зависимых переменных и второй производной спектральной поглощательной способности при 1220, 1196 и 1236 нм выдает новое уравнение калибровки для прибора-k, которое может быть использовано для прогнозирования октановых чисел газолиновых смесей, содержащих MTBE. Multiple linear regression according to 25 standard values of the table. 7 on instrument-k, using calculated octane values as dependent variables and the second derivative of absorbance at 1220, 1196, and 1236 nm, produces a new calibration equation for instrument-k, which can be used to predict the octane numbers of gasoline mixtures containing MTBE.

Новое уравнение имеет поправку на крутизну и смещение по 10-и газолиновым образцам. Четыре из этих образцов представляют собой высшие неосвинцованные газолиновые смеси ((R + M)/2 октан = 92), остальные 6 - нормальные неосвинцованные газолиновые смеси ((R + M)/2 = 87). Эти образцы показывают смещение 0,919 и стандартную погрешность 0,946 (R + M)/2 октановых чисел. The new equation is corrected for steepness and displacement for 10 gasoline samples. Four of these samples are higher unleaded gasoline mixtures ((R + M) / 2 octane = 92), the remaining 6 are normal unleaded gasoline mixtures ((R + M) / 2 = 87). These samples show an offset of 0.919 and a standard error of 0.946 (R + M) / 2 octane numbers.

На основе этих данных выполняется поправка на крутизну, равная 0,950, и поправка на смещение, равная 5,30. Полученное в результате этого уравнение демонстрирует смещение 0,0401 и стандартную погрешность прогнозирования 0,122 для 30-и неизвестных газолиновых образцов. Некоторые соответствующие данные приведены ниже. Based on these data, a slope correction of 0.950 and an offset correction of 5.30 are performed. The resulting equation demonstrates an offset of 0.0401 and a standard prediction error of 0.122 for 30 unknown gasoline samples. Some relevant data is provided below.

Сводная таблица показывает очень интересное явление, которое заключается в том, что перенесенное уравнение калибровки оказывается примерно в 2 раза более точным, чем первоначальное уравнение. Это скорее всего объясняется тем фактом, что используемые октановые значения в поправке на крутизну и смещение для прибора-k известны с большей точностью, чем калибровочные образцы, используемые на приборе-i. The summary table shows a very interesting phenomenon, which consists in the fact that the transferred calibration equation is approximately 2 times more accurate than the original equation. This is most likely due to the fact that the octane values used in the correction for slope and offset for instrument-k are known with greater accuracy than the calibration samples used on instrument-i.

Этот пример противоречит общепринятому мнению некоторых специалистов систем NIR. Эти учены считают, что уравнение, выведенное для одного нефтеперерабатывающего завода, не может быть использовано для прогнозирования на другом заводе. В этом примере калибровка для MTBE прибора-i произведена на нефтеперерабатывающем заводе Эшланда в Кэтлетсбурге. Это очень сложный нефтеперерабатывающий завод, функционирующий в соответствии с промышленными стандартами, он имеет 12 газолиновых смешивающихся компонентов. С другой стороны, прибор-k обрабатывает данные от нефтеперерабатывающего завода в Эшландском Парке Св. Павла в Миннесоте, который имеет только 6 газолиновых смешивающихся компонентов и поэтому считается менее сложным. Более того, нефтеперерабатывающие заводы в Кэтлетсбурге и Парке Св. Павла почти не имеют наложений в смысле составов сырой нефти. This example is contrary to the conventional wisdom of some NIR systems experts. These scientists believe that the equation derived for one refinery cannot be used for forecasting at another plant. In this example, calibration for MTBE instrument-i was performed at the Ashland Refinery in Catletsburg. It is a very sophisticated refinery operating in accordance with industry standards, it has 12 gasoline miscible components. On the other hand, instrument-k processes data from a refinery in Ashland's St. Paul's Park in Minnesota, which has only 6 gasoline-miscible components and is therefore considered less complex. Moreover, the refineries in Catletsburg and St. Paul's Park have almost no overlap in terms of crude oil compositions.

Пример 6. Этот пример показывает, что если ϒk,s - линейная функция ϒi,s , то перенесенное уравнение калибровки оказывается столь же эффективным или почти таким же эффективным, как и уравнение, полученное от прямого переноса калибровки предыдущих примеров, (т.е. где ϒi,s(прогноз.)= ϒk,s(текущее) . Здесь будет рассматриваться линейная функция ϒi,s , где ϒk,s= 3(ϒi,s)прогноз.+25.
В предыдущем примере показана калибровка для октана (R + M)/2 на 226-и образцах, которое прогнозирует октановые значения (R + M)/2 8 калибровочных стандартов (изооктана, n-декана, 1-октена 2,4,3-триметилпентана, n-гептана, циклогексана, n-гексана и толуола). Эта калибровка разработана на модели 6500 NIR Systems, функционирующей в режиме трансмиссии при длине пробега 20 мм.
Example 6. This example shows that if ϒ k, s is a linear function of ϒ i, s , then the transferred calibration equation turns out to be as efficient or almost as effective as the equation obtained from the direct calibration transfer of the previous examples (i.e. e. where ϒ i, s (forecast) = ϒ k, s (current) Here we will consider the linear function ϒ i, s , where ϒ k, s = 3 (ϒ i, s ) forecast. +25.
The previous example shows the calibration for octane (R + M) / 2 on 226 samples, which predicts the octane values (R + M) / 2 of 8 calibration standards (isooctane, n-decane, 1-octene 2,4,3- trimethylpentane, n-heptane, cyclohexane, n-hexane and toluene). This calibration was developed on the NIR Systems Model 6500, which operates in transmission mode with a range of 20 mm.

Впоследствие этот прибор был адаптирован для волоконной оптики с использованием отражательной способности при длине пробега 18 мм после того, как были изменены коэффициенты усиления лампы и детектора. 8 Калибровочных стандартов обрабатываются на приборе с использованием три раза октанового значения, определенного из измерений пропускания плюс 25, как значения зависимой переменной. Результаты множественной линейной регрессии являются следующими:
Ak - = 286,951
Bk,1220 - = 283,252
Bk,1196 - = 70,020
Bk,1236 - = 84,185
Затем значения прогнозируются для 10-и газолиновых образцов.
Subsequently, this device was adapted for fiber optics using reflectivity at a path length of 18 mm after the amplification factors of the lamp and detector were changed. The 8 calibration standards are processed on the instrument using three times the octane value determined from the transmission measurements plus 25 as the value of the dependent variable. Multiple linear regression results are as follows:
A k - = 286.951
B k, 1220 - = 283,252
B k, 1196 - = 70,020
B k, 1236 - = 84.185
Then the values are predicted for 10 gasoline samples.

Прогнозируемые значения для 10-и газолиновых образцов корректируются с помощью трех эквивалентных способов. Способ 1 влечет за собой вычитание 25 из значения, прогнозируемого для газолиновых образцов (R + M)/2, разделив результат на 3 и осуществив поправку на крутизну и смещение. Способ 2 требует поправку на крутизну и смещение с использованием измеренного в данный момент октанового значения образца. Способ 3 требует использования три раза октанового значения газолиновых образцов плюс 25 для образцов, используемых в поправке на крутизну и смещение, и корректирования значений, предсказанных для последующих неизвестных, вычитая 25 и разделив на 3. В каждом из этих трех способов отмечается смещение 0,0281 и стандартная погрешность прогнозирования 0,240 октановых чисел (R + M)/2 с использованием неизвестного множества, состоящего из 62-х неизвестных
Следует отметить, что окончательное уравнение для прямого переноса калибровки (ϒi,sпрогноз.= ϒk,sтекущее) показывает несколько низкую погрешность и смещение, чем любой из предыдуших способов (смещение = 0,0237, СПП = 0,223 октана (R + M)/2). ϒk,sтек. , умноженное на константу и с добавлением некоторых других констант, дало значение для зависимой переменной для переноса, которое повлияло на член погрешности (ϒk,s прогноз.i,s тек.), который не может быть удален с помощью обратной математической функции или с помощью поправки на крутизну и смещение.
The predicted values for 10 gasoline samples are adjusted using three equivalent methods. Method 1 entails subtracting 25 from the value predicted for gasoline samples (R + M) / 2, dividing the result by 3 and adjusting for slope and offset. Method 2 requires an adjustment for the slope and bias using the currently measured octane value of the sample. Method 3 requires the use of three times the octane value of gasoline samples plus 25 for the samples used in the slope and bias correction, and the correction of the values predicted for subsequent unknowns, subtracting 25 and dividing by 3. In each of these three methods, a bias of 0.0281 is noted and the standard prediction error of 0.240 octane numbers (R + M) / 2 using an unknown set consisting of 62 unknowns
It should be noted that the final equation for direct calibration transfer (ϒ i, s forecast = ϒ k, s current ) shows a slightly lower error and bias than any of the previous methods (bias = 0.0237, SPP = 0.223 octane (R + M) / 2). ϒ k, s multiplied by a constant and with the addition of some other constants, gave a value for the dependent variable for the transfer, which affected the error term (ϒ k, s prediction.i, s tech. ), which cannot be deleted using the inverse mathematical function or by adjusting for slope and offset.

Однако, если мы формируем уравнение переноса калибровки (без поправки на крутизну и смещение) и умножаем константы регрессии (Ak, Bk,1220, Bk,1196 и Bk,1236) на 3 и добавляем 25 к Ak, при точном ответе мы можем прийти к тому, что прямой способ (ϒk,s прогноз.= ϒi,s тек.) после использования поправки на крутизну и смещение с текущими октановыми значениями (R + M)/2 10-и образцов или с помощью поправки на крутизну и смещение, выдает уравнение, использующее три раза значение октана плюс 25 и вычитающее 25 из каждого прогнозированного октанового значения и делящее его на 3.However, if we formulate the calibration transfer equation (without correction for slope and bias) and multiply the regression constants (A k , B k, 1220 , B k, 1196 and B k, 1236 ) by 3 and add 25 to A k , with the exact the answer we can come to the conclusion that the direct method (ϒ k, s forecast. = ϒ i, s tech. ) after using the correction for the slope and offset with the current octane values (R + M) / 2 of 10 samples or using adjustments for slope and offset, produces an equation using three times the octane value plus 25 and subtracting 25 from each predicted octane value and dividing it by 3.

Пример 7. Уравнение калибровки для неоткалиброванного прибора получается на основе уравнения калибровки, выведенного для опорного прибора. Решения для следующих уравнений определяют: B k j и Ak в линейном уравнении калибровки для неоткалиброванного прибора-k, имеющего вид: ϒ k c = AkjB k j X k jc , которое использует уравнение калибровки: ϒ i c = AijB i j X i jc для откалиброванного или опорного прибора, прибора-i.Example 7. The calibration equation for an uncalibrated instrument is obtained based on the calibration equation derived for the reference instrument. The solutions for the following equations determine: B k j and A k in the linear calibration equation for the uncalibrated instrument-k, having the form: ϒ k c = A k + Σ j B k j X k jc that uses the calibration equation: ϒ i c = A i + Σ j B i j X i jc for calibrated or reference instrument, instrument-i.

Используется математический критерий I - метод классических наименьших квадратов. Но так как используются только три длины волны, то J = 1 - 3, так как 4 - общее число элементов в выборке-c, то c = 1 - 4. Независимые переменные X k jc (где k обозначает прибор-k), имеют значения спектральных признаков, полученных от спектральных данных прибора-k при длине-j волны. Каждая длина-j волны находится в пределах диапазона длин волн 800 - 2500. Здесь спектральные признаки представляют вторую производную спектральной поглощательной способности, определенной при трех длинах волн: 1196, 1220 и 1286 нм.The mathematical criterion I is used - the classical least squares method. But since only three wavelengths are used, then J = 1 - 3, since 4 is the total number of elements in the sample-c, then c = 1 - 4. Independent variables X k jc (where k stands for device-k), the spectral characteristics obtained from the spectral data of device-k at a wavelength-j have values. Each wavelength j is within the wavelength range of 800 - 2500. Here, the spectral features represent the second derivative of the spectral absorbance determined at three wavelengths: 1196, 1220 and 1286 nm.

Математический критерий I

Figure 00000017

Figure 00000018

Figure 00000019

Figure 00000020

Следует отметить, что в математическом критерии I форма уравнения калибровки для эталонного прибора-i может отличаться от формы уравнения для неоткалиброванного прибора-k.Mathematical Criterion I
Figure 00000017

Figure 00000018

Figure 00000019

Figure 00000020

It should be noted that in mathematical criterion I, the form of the calibration equation for the reference device-i may differ from the form of the equation for the uncalibrated device-k.

Даже после смены лампы, что обычно изменяет спектральные характеристики прибора, и адаптирования прибора к волоконной оптике, работая в отражательном режиме при различной длине пробега, было возможно заново откалибровать такой прибор с помощью этапов этого изобретения. Even after changing the lamp, which usually changes the spectral characteristics of the device, and adapting the device to fiber optics, operating in reflective mode at different path lengths, it was possible to recalibrate such a device using the steps of this invention.

Калибровка осуществляется на приборе-i для октанового значения возбуждения. Калибровочное множество включает 226 образцов. Эти образцы анализируются на приборе-i и выполняется множественная линейная регрессия путем моделирования октана (R + M)/2 на уровне второй производной поглощательной способности при 1220, 1196 и 1236 нм. Прибор-i функционирует в режиме пропускания с использованием общей длины пробега в 20 мм. Полученные константы регрессии являются следующими:
Ai - = 87,925
B i 1 - = 69,864
B i 2 - = 18,581
B i 3 - = 27,664
Стандартная погрешность расчета для уравнения составляет 0,330. Следует отметить, что эти результаты получены от разных операторов детонационного двигателя, испытывающих образцы на одних и тех же детонационных двигателях. Считается, что эти результаты хорошие, так как допустимые предельные значения ASTM для (R + M)/2 являются стандартной погрешностью расчета, равной приблизительно 0,35. Эти образцы характеризуются приблизительно равномерным распределением от 84-94 октана (R + M)/2.
Calibration is performed on instrument-i for the octane excitation value. The calibration set includes 226 samples. These samples are analyzed on instrument-i and multiple linear regression is performed by modeling the octane (R + M) / 2 at the level of the second derivative of absorbance at 1220, 1196 and 1236 nm. Device-i operates in transmission mode using a total path length of 20 mm. The resulting regression constants are as follows:
A i - = 87.925
B i 1 - = 69.864
B i 2 - = 18.581
B i 3 - = 27.664
The standard calculation error for the equation is 0.330. It should be noted that these results were obtained from different detonation engine operators testing samples on the same detonation engines. These results are believed to be good, since the permissible ASTM limit values for (R + M) / 2 are a standard calculation error of approximately 0.35. These samples are characterized by an approximately uniform distribution of 84-94 octane (R + M) / 2.

Значения уравнения калибровки, полученные на основе множественной регрессии, предсказаны для 4-х стандартов переноса калибровки. Эти стандарты и их расчетные значения октана (R + M)/2 приведены в табл. 9. The values of the calibration equation derived from multiple regression are predicted for 4 calibration transfer standards. These standards and their calculated values of octane (R + M) / 2 are given in table. nine.

Следует отметить также, что прибор-i калибровался на протяжении четырехмесячного периода (т.е. образцы обрабатывались по мере того, как они поступали в лабораторию), а это не совсем оптимальный вариант калибровки. Не был оптимальным и тот факт, что эти калибровочные стандарты не обрабатывались на приборе сразу же или одновременно с первоначальной калибровкой, но не позже, чем спустя 1 месяц после выполнения калибровки. It should also be noted that the device-i was calibrated over a four-month period (i.e., the samples were processed as they entered the laboratory), and this is not an optimal calibration option. The fact that these calibration standards were not processed on the device immediately or simultaneously with the initial calibration, but not later than 1 month after the calibration was not optimal, was also not optimal.

После этого лампа на приборе-i перегорает и вставляется новая лампа. Прибор также адаптируется к волоконной оптике, функционируя в отражательном режиме при разной общей длине пробега (≈ 18 мм). После изменений в характере конфигурации и длины пробега должен измениться и детекторный коэффициент усиления для аккомодации новой лампы и более низкой пропускной способности конфигурации волоконной оптики (в противоположность трансмиссии). After that, the lamp on the device-i burns out and a new lamp is inserted. The device also adapts to fiber optics, operating in reflective mode with different total path lengths (≈ 18 mm). After changes in the nature of the configuration and the path length, the detector gain must also change to accommodate the new lamp and lower the bandwidth of the fiber optics configuration (as opposed to the transmission).

Стандартные образцы для переноса калибровки снова обрабатываются на приборе-i и выводится уравнение переноса калибровки путем моделирования расчетного октана в виде функции второй производной спектральной поглощательной способности при 1220, 1196 и 1236 нм. Standard samples for calibration transfer are again processed on instrument-i and the calibration transfer equation is derived by modeling the calculated octane as a function of the second derivative of spectral absorbance at 1220, 1196 and 1236 nm.

Полученные константы регрессии были следующими:
Ak - = 87,717
B k 1 - = 92,471
B k 2 - = 24,079
B k 3 - = 32,054
B k 1 очень отличается от B1, тогда как Ak, B k 2 и B k 3 находятся в пределах октановых значений 6(R + M)/2 от соответственно Ai, B i 2 и B i 3 .
The resulting regression constants were as follows:
A k - = 87,717
B k 1 - = 92,471
B k 2 - = 24,079
B k 3 - = 32,054
B k 1 very different from B 1 whereas A k , B k 2 and B k 3 are within the octane values of 6 (R + M) / 2 from respectively A i , B i 2 and B i 3 .

Затем был произведен анализ 97-и образцов для октана (R + M)/2. Все образцы отличались от предыдущих. Более того, они подвергались анализу многими операторами на разных детонационных двигателях, отличных от использованных ранее двигателей. Уравнение переноса калибровки показывает незначительное смешение, равное 0,0392 значений октана (R + M)/2 (обратите внимание, что смещение между двумя разными детонационными двигателями обычно намного выше, чем это значение) и стандартную погрешность расчета, равную 0,371 октана (R + M)/2. Поправка на смещение и крутизну была выполнена с использованием двух образцов: один с октановым числом 87,4 и другой - с октановым числом 92,5, поправка на крутизну составила 0,9402 и поправка на пересечение или поправка на смещение составила 5,297, получено конечное уравнение:
Ak - = 87,774
B k 1 - = 86,945
B k 2 - = 22,640
B k 3 - = 30,139
Уравнение с поправкой на крутизну и смещение имеет смещение 0,0 и стандартную погрешность прогнозирования 0,343.
Then, an analysis of 97 samples for octane (R + M) / 2 was performed. All samples were different from the previous ones. Moreover, they were analyzed by many operators on different detonation engines other than previously used engines. The calibration transfer equation shows a slight mix of 0.0392 octane (R + M) / 2 values (note that the offset between two different detonation engines is usually much higher than this value) and a standard calculation error of 0.371 octane (R + M) / 2. The offset and slope correction was performed using two samples: one with an octane number of 87.4 and the other with an octane number of 92.5, the slope correction was 0.9402 and the intersection correction or offset correction was 5.297, and the final equation was obtained :
A k - = 87,774
B k 1 - = 86.945
B k 2 - = 22,640
B k 3 - = 30,139
The equation adjusted for slope and bias has a bias of 0.0 and a standard prediction error of 0.343.

Для того, чтобы показать, что это не может быть выполнено непосредственно от первоначального уравнения калибровки с учетом данных для пропускания, первоначальное уравнение калибровки используется для прогнозирования октана (R + M)/2 для каждого образца из 97-и газолиновых образцов. Результат показывает смещение 0,482 октана. Установка смещения и крутизны только с использованием всех 97-и образцов соответственно первоначальному уравнению калибровки показывает смещение 0 и стандартную погрешность расчета 1,96 (R + M)/2 октана. In order to show that this cannot be done directly from the initial calibration equation, taking into account the transmission data, the initial calibration equation is used to predict the octane (R + M) / 2 for each sample of 97 gasoline samples. The result shows an offset of 0.482 octane. Setting the bias and slope using only 97 samples, respectively, according to the initial calibration equation, shows bias 0 and the standard error of calculation is 1.96 (R + M) / 2 octane.

Также следует отметить, что крутизна двух точек и настройка смещения могут также рассматриваться как этап, уменьшающий погрешность обобщенной наименьшей суммы, в том смысле, что он может быть выполнен эквивалентно с использованием геометрического подхода. It should also be noted that the steepness of the two points and the offset adjustment can also be considered as a step that reduces the error of the generalized smallest sum, in the sense that it can be performed equivalently using the geometric approach.

Например, с помощью линии, проходящей через измеренные текущие значения, можно определить константы для получения линии, проходящей между прогнозируемыми значениями, перед тем как осуществить настройку, чтобы обеспечить эквивалентность обеих линий. Следовательно это - обобщенная наименьшая сумма, так как при этом подходе не используются квадраты. For example, using a line through measured current values, you can determine constants to get a line between predicted values before you make adjustments to ensure that both lines are equivalent. Therefore, this is the generalized smallest sum since squares are not used in this approach.

Конкретные композиции, обсужденные способы или варианты исполнения приведены в описании только для иллюстрации. Изменения этих композиций, способов или вариантов исполнения очевидны специалисту данной области и следовательно они должны быть включены в объем описываемого изобретения. The specific compositions, discussed methods or embodiments are provided in the description for illustration only. Changes to these compositions, methods or embodiments are apparent to those skilled in the art and therefore should be included within the scope of the invention described.

Например, способ, эквивалентный описанным в примерах способам, не выходящий за рамки заявленной области изобретения, определяет значение смещения, например, для Ak в уравнении-k калибровки для прибора-k на основе уравнения-i калибровки для прибора-i, при этом принимается во внимание, что Ai равно какому-либо произвольному значению, например нулю, или значению, определенному в зависимости от Ai и функции Ai, т.е. частично откалиброванного прибора. Правильным значением для Ak является такое значение, которое при использовании в уравнении-k калибровки определяет значение для зависимой переменной-k, которое по существу равно текущему значению нужного физического или химического свойства. Правильное значение для Ak может быть получено применением поправки на крутизну и смещение к тому уравнению, которое получается при использовании произвольного значения для A или значения, определенного какой-либо функцией A. Другой способ, эквивалентный вышеописанному, имеет место тогда, когда в конечном уравнении, которое будет выведено из уравнения крутизны и смещения, может быть использованы функции от m или b (членов, описанных в примере 6). Это четко изменит расчетное или прогнозируемое значение зависимой переменной. Однако так же, как было показано в описании для использования функции YΨ уравнения-i калибровки, может быть использована функция m или b, а затем полученная в результате этого зависимая переменная может быть преобразована обратно к значению, которое будет по существу равно текущему значению для химического или физического свойства требуемого диапазона.For example, a method equivalent to the methods described in the examples, not going beyond the scope of the claimed invention, determines the offset value, for example, for A k in the calibration equation-k for the device-k based on the calibration equation-i for the device-i, into account that A i is equal to some arbitrary value, for example, zero, or a value determined depending on A i and the function A i , i.e. partially calibrated instrument. The correct value for A k is a value that, when used in equation-k, determines the value for the dependent variable -k, which is essentially equal to the current value of the desired physical or chemical property. The correct value for A k can be obtained by applying the slope and bias corrections to the equation obtained by using an arbitrary value for A or a value determined by any function A. Another method equivalent to the above occurs when the final equation , which will be derived from the equation of slope and bias, functions of m or b (terms described in Example 6) can be used. This will clearly change the calculated or predicted value of the dependent variable. However, just as it was shown in the description for using the calibration function YΨ of the calibration equation-i, the function m or b can be used, and then the resulting dependent variable can be converted back to a value that will be essentially equal to the current value for the chemical or physical property of the desired range.

Другим изменением в пределах области этого изобретения является то, каким образом значения приписываются зависимой переменной-k. Эти значения для зависимой переменной-k, которые могут быть использованы для определения констант-k в уравнении-k калибровки или для выполнения поправки на крутизну и смещение, могут быть найдены без применения первичного способа испытания, но вместо этого могут быть определены с помощью уравнения-i калибровки и спектральных данных-i, полученных от прибора-i или, возможно, любого другого откалиброванного прибора вместе с его соответствующим уравнением калибровки, которое охватывает фактически тот же требуемый диапазон и соответствующие спектральные данные. Another change within the scope of this invention is how the values are assigned to the -k dependent variable. These values for the dependent variable -k, which can be used to determine the constants -k in the calibration equation -k or to perform the correction for the slope and offset, can be found without using the primary test method, but can be determined using the- i calibration and spectral data-i received from device-i or possibly any other calibrated device, together with its corresponding calibration equation, which covers virtually the same required range and corresponding with ektralnye data.

Другим вариантом этого изобретения является использование разных спектральных признаков в уравнении-i калибровки, отличных от характеристик в уравнении-k калибровки, например разные значения длин волн или разные математические преобразования, или оба эти подхода, при условии, что каждое это отличие коррелируется с нужным физическим или химическим свойством. Another variant of this invention is the use of different spectral features in the calibration equation-i, different from the characteristics in the calibration equation-k, for example, different wavelengths or different mathematical transformations, or both of these approaches, provided that each difference is correlated with the necessary physical or chemical property.

В большинстве примеров используются только три длины волн. Однако это число может изменяться в зависимости от искомой или нужной статистической надежности. Если для какого-либо свойства косвенный способ имеет СПП относительно V, значение которой меньше, чем интервал надежности для прямого способа при определении такого свойства, то существует практический предел того, что насколько мало моет быть это значение V и сколько длин волн может быть необходимо. In most examples, only three wavelengths are used. However, this number may vary depending on the desired or desired statistical reliability. If for any property the indirect method has an SPP with respect to V, the value of which is less than the reliability interval for the direct method when determining such a property, then there is a practical limit to how little this value of V can be and how many wavelengths may be needed.

Другая модификация относится к спектральным признакам, которые могут быть выведены из спектров поглощения. В примерах были использованы как вторая производная, так и производная более высоких порядков от интенсивности в зависимости от длин волн или поглощательной способности. Конкретно, производные более высоких порядков, такие как первая, вторая, третья, четвертая, пятая и т. д. , также предполагаются рассматриваемыми в этом изобретении. Значения спектральных признаков могут просто равняться значению, определенному для конкретной длины волны или диапазону длин волн, относительно эталонной длины волны, например, значениям поглощательной способности. Спектральные признаки не предполагают обязательных отличий от спектральных данных по своим значениям. Очевидно, что они могут быть более сложным и что использование линейной комбинации спектральных признаков или их математических преобразований также входит в объем изобретения. Another modification relates to spectral features that can be derived from absorption spectra. In the examples, both the second derivative and the derivative of higher orders of intensity depending on wavelengths or absorption capacity were used. Specifically, derivatives of higher orders, such as first, second, third, fourth, fifth, etc., are also contemplated as contemplated by this invention. The values of the spectral characteristics can simply be equal to the value determined for a particular wavelength or range of wavelengths, relative to the reference wavelength, for example, absorbance values. Spectral features do not imply mandatory differences from spectral data in their values. Obviously, they can be more complex and that using a linear combination of spectral features or their mathematical transformations is also within the scope of the invention.

Очевидной также является, как вариант этого изобретения, линейная комбинация производных более высоких порядков, например производных третьего и четвертого или более высокого порядка спектральных данных (см. пример 5). It is also obvious, as a variant of this invention, a linear combination of derivatives of higher orders, for example derivatives of the third and fourth or higher order spectral data (see example 5).

Более того, приведенное в описании множество элементов или диапазон чисел может включать любой элемент или число в пределах такого множества или диапазона, соответственно включая любое подмножество или поддиапазон в пределах любого названного множества или диапазона. Moreover, the set of elements or a range of numbers described herein may include any element or number within such a set or range, respectively, including any subset or subrange within any of the named sets or ranges.

Claims (10)

1. Способ калибровки спектрального прибора для определения значения свойства неизвестного образца, включающий использование констант в уравнении-2 калибровки для упомянутого прибора с помощью спектрального прибора, которому соответствует уравнение-1 калибровки, отличающийся тем, что включает в любом порядке определение из уравнения-1 калибровки значения зависимой переменной-1 соответственно каждому элементу множества стандартов для переноса калибровки на основе спектральных данных-1 для каждого элемента упомянутого множества стандартов для переноса калибровки и определение констант-2 в упомянутом уравнении-2 калибровки из условия минимизации суммы абсолютных разностей между каждым значением зависимой переменной-2 для каждого элемента множества стандартов для переноса калибровки с использованием спектральных данных-2, измеренных упомянутым прибором, и соответствующим значением зависимой переменной-1, определенным для каждого элемента множества стандартов для переноса калибровки согласно уравнению-1 калибровки, определение значений упомянутого свойства в неизвестном образце с использованием упомянутого прибора. 1. A method of calibrating a spectral device to determine the property value of an unknown sample, comprising using constants in calibration equation-2 for said device using a spectral device that corresponds to calibration equation-1, characterized in that it includes, in any order, the determination from calibration equation-1 values of the dependent variable-1, respectively, to each element of the set of standards for transferring calibration based on spectral data-1 for each element of the said set of standards for transferring calibration and determining constants-2 in said calibration equation-2 from the condition of minimizing the sum of the absolute differences between each value of dependent variable-2 for each element of the set of standards for transferring calibration using spectral data-2 measured by the said instrument and the corresponding value dependent variable-1, defined for each element of the set of standards for transferring calibration according to calibration equation-1, determination of the values of the mentioned property is unknown single sample using said instrument. 2. Способ калибровки спектрального прибора для определения значения свойства неизвестного образца, включающий использование констант в уравнении-2 калибровки для второго прибора с помощью первого спектрального прибора, имеющего уравнение-1 калибровки, отличающийся тем, что способ включает в любом порядке определение из уравнения-1 калибровки значения зависимой переменной-1 соответственно каждому элементу множества стандартов для переноса калибровки на основе спектральных данных-1 для каждого элемента множества стандартов для переноса калибровки, измеренных с помощью первого прибора, и определение констант-2 в уравнении-2 калибровки из условия минимизации суммы абсолютных разностей между каждым значением зависимой переменной-2 для каждого элемента множества стандартов для переноса калибровки с использованием спектральных данных-2, измеренных упомянутым вторым прибором, и соответствующим значением зависимой переменной-1, определенным для каждого элемента множества стандартов для переноса калибровки, измеренным первым прибором, определение значений упомянутого свойства в неизвестном образце с использованием второго прибора. 2. A method for calibrating a spectral device to determine the property value of an unknown sample, comprising using constants in calibration equation-2 for a second device using a first spectral device having calibration equation-1, characterized in that the method includes in any order the determination from equation-1 calibration of the value of the dependent variable-1, respectively, to each element of the set of standards for transferring calibration based on spectral data-1 for each element of the set of standards for transferring calibration, measured using the first device, and the definition of constants-2 in equation-2 calibration from the condition of minimizing the sum of the absolute differences between each value of the dependent variable-2 for each element of the set of standards for transferring calibration using spectral data-2, measured by the said second device , and the corresponding value of the dependent variable-1, defined for each element of the set of standards for calibration transfer, measured by the first device, determining the values of the above properties in an unknown sample using a second instrument. 3. Способ калибровки спектрального прибора для определения значения свойства неизвестного образца, включающий калибровку первого прибора с помощью второго прибора в диапазоне требуемых значений для соответствующего свойства, отличающийся тем, что способ включает в любом порядке получение с помощью первого прибора и второго прибора спектральных данных, соответствующих данным-1 и данным-2 соответственно для каждого элемента множества стандартов для переноса калибровки, определение с помощью уравнения-1 калибровки первого прибора значения для зависимой переменной-1 соответственно каждому элементу множества стандартов для переноса калибровки, определение значения для зависимой переменной-2, функционально связанной с определяемым свойством, для каждого элемента множества стандартов для переноса калибровки, выбор значений для констант-1 в уравнении-1 калибровки таким образом, что сумма абсолютных разностей между каждой зависимой переменной-1, определенной уравнением-1 калибровки с выбранными константами-1 и данным-1 для каждого элемента множества стандартов для переноса калибровки, и соответствующей зависимой переменной-2 для идентичных элементов множества стандартов для переноса калибровки по существу сведена к минимуму, определение значений упомянутого свойства в неизвестном образце. 3. A method for calibrating a spectral device to determine the property value of an unknown sample, including calibrating the first device with a second device in the range of required values for the corresponding property, characterized in that the method includes, in any order, obtaining spectral data corresponding to the first device and the second device data-1 and data-2, respectively, for each element of the set of standards for transferring the calibration, the determination using the calibration equation-1 of the first device is for dependent variable-1, respectively, for each element of the set of standards for transferring calibration, determining the value for dependent variable-2, functionally related to the defined property, for each element of the set of standards for transferring calibration, choosing values for constants-1 in calibration equation-1 such so that the sum of the absolute differences between each dependent variable-1 defined by calibration equation-1 with selected constants-1 and data-1 for each element of the set of standards for transfer calibration, and the corresponding dependent variable-2 for identical elements of many standards for transferring calibration is essentially minimized, the determination of the values of the mentioned properties in an unknown sample. 4. Способ по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что множество стандартов для переноса калибровки имеют значения зависимой переменной, которые отличаются от значения зависимой переменной, которое могло бы быть получено с помощью первичного эталонного испытания, и множество стандартов для переноса калибровки имеют композиции, которые отличаются от композиции образца, а определение констант-2 осуществляется с использованием частичных наименьших квадратов, множественной линейной регрессии и/или регрессии основного компонента. 4. The method according to claims 1, 2 or 3, characterized in that many standards for calibration transfer have values of the dependent variable that differ from the values of the dependent variable that could be obtained using the initial benchmark test, and many standards for calibration transfer have compositions that differ from the composition of the sample, and the determination of constants-2 is carried out using partial least squares, multiple linear regression and / or regression of the main component. 5. Способ по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что спектральные данные-1 и спектральные данные-2 включают инфракрасные спектральные данные, образец включают жидкость, множество стандартов для переноса калибровки включает по меньшей мере одну композицию, отличную от композиций, использованных для калибровки первого прибора. 5. The method according to claims 1, 2 or 3, characterized in that the spectral data-1 and spectral data-2 include infrared spectral data, the sample includes liquid, many standards for calibration transfer include at least one composition other than the compositions, used to calibrate the first instrument. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что множество стандартов для переноса калибровки включает по меньшей мере один стандарт, который представляет собой чистое соединение или смесь чистых соединений. 6. The method according to claim 1, characterized in that the set of standards for transferring calibration includes at least one standard, which is a pure compound or a mixture of pure compounds. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что множество стандартов для переноса калибровки имеют по меньшей мере один элемент, который выдает спектральные данные-2 при измерении вторым прибором, который вместе с уравнением-2 калибровки определяет значение для зависимой переменной-2 по меньшей мере для одного элемента, имеющего характерное значение, которое существенно отличается от значения, определенного прямым испытанием, для которого были выведены уравнение-1 калибровки и уравнение-2 калибровки с целью моделирования. 7. The method according to claim 1, characterized in that many standards for transferring calibration have at least one element that provides spectral data-2 when measured by a second device, which together with calibration equation-2 determines the value for dependent variable-2 from for at least one element having a characteristic value that differs significantly from the value determined by direct testing, for which calibration equation-1 and calibration equation-2 were derived for the purpose of modeling. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уравнение-2 калибровки имеет следующую форму:
Figure 00000021

где Y 1 s - зависимая переменная-1 для элемента s выборки на основе уравнения-1 калибровки для первого прибора;
Y 2 s - зависимая переменная-2 для элемента s выборки;
A2 - константа-2 переноса;
B 2 j - константа-2 крутизны для каждого элемента выборки при длине j волны;
I 2 js - независимая переменная, определенная на основе спектральных данных-2, соответствующая элементу s выборки при длине j волны,
и упомянутое сведение к минимуму абсолютных разностей обеспечивается путем минимизации следующего выражения:
Σs{Y 1 s -A2j(B 2 j •I 2 js )}2,
независимая переменная определяется на основе спектральных данных-2 путем преобразования поглощательной способности, которое включает определение дифференциала спектров поглощения.
8. The method according to p. 1, characterized in that the calibration equation-2 has the following form:
Figure 00000021

where y 1 s - dependent variable-1 for the sample element s based on calibration equation-1 for the first device;
Y 2 s - dependent variable-2 for the sample element s;
A 2 - transfer constant-2;
B 2 j - constant-2 slope for each sample element at a wavelength j;
I 2 js - an independent variable, determined on the basis of spectral data-2, corresponding to the sample element s at a wavelength j,
and said minimization of absolute differences is provided by minimizing the following expression:
Σ s {Y 1 s -A 2j (B 2 j • I 2 js )} 2 ,
the independent variable is determined based on spectral data-2 by converting the absorption capacity, which includes determining the differential of the absorption spectra.
9. Способ по любому пп.1 - 8, отличающийся тем, что вводят поправки на крутизну и смещение для повышения точности зависимой переменной Y 1 s до
Figure 00000022
при этом осуществляется подстановка значений для m и b в следующее выражение:
Figure 00000023

где m и b определены из следующих выражений:
Figure 00000024

b = 1/n{ΣcY a c -mΣcY k c },
где зависимая переменная (ас) Y a c выбрана из группы значений, состоящей из непосредственно определенных значений для свойства-р элемента c, прогнозируемого значения для свойства-р элемента c посредством уравнения калибровки для свойства-р в пределах диапазона, для которого моделированием получено уравнение калибровки, причем каждое значение для свойства-р не выходит за пределы, для которых моделированием было получено уравнение-1 калибровки, и их комбинаций, а n - число элементов во множестве образцов с поправкой на крутизну и смещение, которому соответствуют расчетные значения, представляющие значения, в пределах которых моделированием получено уравнение-1 калибровки.
9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that corrections for slope and offset are introduced to increase the accuracy of the dependent variable Y 1 s before
Figure 00000022
in this case, the values for m and b are substituted into the following expression:
Figure 00000023

where m and b are determined from the following expressions:
Figure 00000024

b = 1 / n {Σ c Y a c -mΣ c Y k c },
where the dependent variable (ac) Y a c selected from the group of values consisting of directly determined values for property-p of element c, the predicted value for property-p of element c using the calibration equation for property-p within the range for which the calibration equation is obtained by modeling, each value for property-p does not go beyond the limits for which calibration equation-1 was obtained by modeling, and their combinations, and n is the number of elements in the set of samples adjusted for the slope and offset, to which the calculated values Achen representing values within which the modeling obtained calibration equation-1.
10. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что включает этап уменьшения погрешности. 10. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it includes the step of reducing the error.
RU95110677A 1992-10-07 1992-10-07 Method for calibration of spectral instrument RU2117932C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US1992/008547 WO1994008225A1 (en) 1992-10-07 1992-10-07 Spectroscopic instrument calibration

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95110677A RU95110677A (en) 1997-10-10
RU2117932C1 true RU2117932C1 (en) 1998-08-20

Family

ID=22231429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95110677A RU2117932C1 (en) 1992-10-07 1992-10-07 Method for calibration of spectral instrument

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU678346B2 (en)
CA (1) CA2146342A1 (en)
RU (1) RU2117932C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016204643A1 (en) * 2015-06-19 2016-12-22 Autonomous Non-Profit Organization For Higher Education "Skolkovo Institute Of Science And Technology" Calibration system and method

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2624337C1 (en) * 2013-06-04 2017-07-03 ФОСС Аналитикал А/С Method and device for intensity excursion adjustment in spectrometer
CN112461770B (en) * 2020-11-17 2022-11-29 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 Method for acquiring performance of spectrometer

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4864842A (en) * 1988-07-29 1989-09-12 Troxler Electronic Laboratories, Inc. Method and system for transferring calibration data between calibrated measurement instruments

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Osborne B.G. и др. Calibr. of instrum. for near IR Spectroscopy. Spectroscopy, 1989, v.4, N 4, p.48 - 52. Mark X. и др. A new approach to generat. traus. calibrat., etc, Spectroscopy, 1988, v.3, N 11, p.28 - 37. Wang и др. Multivar. instrum, standar. Anal. Chem. 1991, v.63, N 23, p.2750 - 2756. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016204643A1 (en) * 2015-06-19 2016-12-22 Autonomous Non-Profit Organization For Higher Education "Skolkovo Institute Of Science And Technology" Calibration system and method
EA033993B1 (en) * 2015-06-19 2019-12-17 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" Calibration system and method

Also Published As

Publication number Publication date
AU2891092A (en) 1994-04-26
CA2146342A1 (en) 1994-04-14
AU678346B2 (en) 1997-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5243546A (en) Spectroscopic instrument calibration
EP0663997B1 (en) Spectroscopic instrument calibration
Workman A review of calibration transfer practices and instrument differences in spectroscopy
Kelly et al. Prediction of gasoline octane numbers from near-infrared spectral features in the range 660-1215 nm
EP0877923B1 (en) Mutivariate sample analysis
CA2175326C (en) Method for determining parameter of hydrocarbon
US5596196A (en) Oxygenate analysis and control by Raman spectroscopy
CA2028822A1 (en) Method and apparatus for spectroscopic comparison of compositions
Pereira et al. A comparative study of calibration transfer methods for determination of gasoline quality parameters in three different near infrared spectrometers
AU612847B2 (en) Monochromator drift compensation
Blanco et al. Principal component regression for mixture resolution in control analysis by UV-visible spectrophotometry
Laqua et al. Nomenclature, symbols, units and their usage in spectrochemical analysis-VII. Molecular absorption spectroscopy, ultraviolet and visible (UV/VIS)(Recommendations 1988)
US4231663A (en) Device for calibrating the photometric linearity of optical instruments
Lima et al. Evaluation of standardisation methods of near infrared calibration models
RU2117932C1 (en) Method for calibration of spectral instrument
Norris Understanding and correcting the factors which affect diffuse transmittance spectra
CA2208216C (en) Non linear multivariate infrared analysis method
Guillaume et al. Effect of gas cell pressure in FTIR analysis of fire effluents
Andrade et al. A review of the main factors influencing the FT-IR-PLS abilities exemplified with petrochemical qualimetric applications
Sepman et al. Quantitative Fourier transform infrared diagnostics of the gas-phase composition using the HITRAN database and the equivalent width of the spectral features
Igne et al. 17 Calibration Transfer
Videla et al. Alternative method for concentration retrieval in differential optical absorption spectroscopy atmospheric-gas pollutant measurements
Workman Jr Instrument Performance Calibration
Kemeny 10 Standards for Near
Munday et al. Testing and validating instrument performance