zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1852Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ РАССЕИВАЮЩИХ СРЕДSPECTROSCOPY OF SCATTERING MEDIAСпектрофотометрическое определение концентраций компонентов в светорассеивающей смесиSpectrophotometric Determination of Component Concentrations in a Light-Scattering MixtureКозловскийВ. С.KozlovskyV. S.

Москва

Moscow

wladask@gmail.comРазживинА. П.RazjivinA. P.

Москва

Moscow

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского Московского государственного университета имени М.В. ЛомоносоваA.N. Belozersky Research Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University202520052025923303310Copyright © Козловский В.С., Разживин А.П., 20252025Козловский В.С., Разживин А.П.Kozlovsky V.S., Razjivin A.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1852

Предложен метод определения концентраций компонентов смеси по спектру оптического поглощения на фоне рэлеевского светорассеяния, основанный на минимизации среднеквадратичной разности между точками экспериментальной и расчетной зависимостей с помощью дифференциальной эволюции. Для демонстрации работоспособности метода определены концентрации компонентов модельной смеси по симулированному спектру ее оптического поглощения. Модельная смесь включала в себя пять азокрасителей со значительно перекрывающимися спектрами поглощения и заметным вкладом светорассеяния. Оценено влияние погрешностей спектра поглощения смеси на погрешности определения концентраций красителей. В отсутствие светорассеяния метод множественной линейной регрессии и метод дифференциальной эволюции дают результаты определения концентраций компонентов смеси, совпадающие в пределах точности измерений. Сделан вывод о целесообразности применения метода дифференциальной эволюции для спектрофотометрического определения концентраций компонентов смеси в присутствии светорассеяния.

Method for determining the concentrations of mixture components from their optical absorption spectra in the presence of Rayleigh scattering is proposed. The differential evolution method was used to calculate the concentrations of components. It was used to minimize the difference between experimental and calculated spectra. To demonstrate the performance of the method, the concentrations of the components of the model mixture were determined from its optical absorption spectrum. This model mixture included five azo dyes with significantly overlapping absorption spectra and a noticeable light scattering contribution. The influence of the absorption spectrum errors on the errors of component concentrations was evaluated. Without light scattering both the multiple linear regression method and the method of differential evolution give the results of determination of the component concentrations coinciding within the measurement accuracy. It is reasonable to use the method of differential evolution for spectrophotometric determination of the concentrations of mixture components in the presence of light scattering.

спектрофотометрия смесейопределение концентраций компонентовпереопределенные системырэлеевское светорассеяниедифференциальная эволюциякажущееся поглощениеspectrophotometry of mixturesdetermination of component concentrationsoverdetermined systemsRayleigh light scatteringdifferential evolutionapparent absorptionРабота выполнена в рамках государственного задания МГУ имени М. В. ЛомоносоваReferencesР. К. Чернова, Л. М. Козлова, Н. Б. Шестопалова, Ю. О. Рьянова. Изв. Саратовского ун-та, 8, Сер. Химия. Биология. Экология, вып. 2 (2008) 15—22Р. К. Чернова, Л. М. Козлова, Н. Б. Шестопалова, Ю. О. Рьянова. Изв. Саратовского ун-та, 8, Сер. Химия. Биология. Экология, вып. 2 (2008) 15—22Shilan A. Omer, Nabil A. Fakhre. J. Spectroscopy (2019) 8241625(1—11), doi: 10.1155/2019/8241625Shilan A. Omer, Nabil A. Fakhre. J. Spectroscopy (2019) 8241625(1—11), doi: 10.1155/2019/8241625Shilan A. Omer, Nabil A. Fakhre. J. Anal. Methods Chem. (2020) 4912762(1—16), doi: 10.1155/2020/4912762Shilan A. Omer, Nabil A. Fakhre. J. Anal. Methods Chem. (2020) 4912762(1—16), doi: 10.1155/2020/4912762E. K. Janghel, J. K. Rai, M. K. Rai, V. K. Gupta. J. Braz. Chem. Soc., 18, N 3 (2007) 590—594, doi: 10.1590/S0103-50532007000300015E. K. Janghel, J. K. Rai, M. K. Rai, V. K. Gupta. J. Braz. Chem. Soc., 18, N 3 (2007) 590—594, doi: 10.1590/S0103-50532007000300015A. Benvidi, S. Abbasi, S. Gharaghani, M. D. Tezerjani, S. Masoum. Food Chemistry, 220 (2017) 377—384, doi: 10.1016/j.foodchem.2016.10.01A. Benvidi, S. Abbasi, S. Gharaghani, M. D. Tezerjani, S. Masoum. Food Chemistry, 220 (2017) 377—384, doi: 10.1016/j.foodchem.2016.10.01F. Turak, M. U. Ozgur. J. Chemistry (2013) 127847(1—9), doi: 10.1155/2013/127847F. Turak, M. U. Ozgur. J. Chemistry (2013) 127847(1—9), doi: 10.1155/2013/127847A. Bordagaray, S. Davila, R. Garcia‐Arrona, M. Vidal, M. Ostra. J. Chemometrics (2019) e3176(1—10), doi: 10.1002/cem.3176A. Bordagaray, S. Davila, R. Garcia‐Arrona, M. Vidal, M. Ostra. J. Chemometrics (2019) e3176(1—10), doi: 10.1002/cem.3176В. В. Бессонов, О. И. Передеряев, М. Н. Богачук, А. Д. Малинкин. Пищевая промышленность, 12 (2012) 20—24В. В. Бессонов, О. И. Передеряев, М. Н. Богачук, А. Д. Малинкин. Пищевая промышленность, 12 (2012) 20—24A. Kaur, U. Gupta. J. Science, 25, N 3 (2012) 579—588A. Kaur, U. Gupta. J. Science, 25, N 3 (2012) 579—588I.-A. Potărniche, C. Sarosi, R. M. Terebes, L. Szolga, R. Gălătus. Sensors, 23 (2023) 2517(1—29), doi: 10.3390/s23177517I.-A. Potărniche, C. Sarosi, R. M. Terebes, L. Szolga, R. Gălătus. Sensors, 23 (2023) 2517(1—29), doi: 10.3390/s23177517M. Altimarad, K. N. Venugopala, B. E. Aldhubiab, A. B. Nair, N. SreeHarsha, S. Pottathil, S. H. Akrawi. J. Spectroscopy (2019) 8202160(1—10), doi: 10.1155/2019/8202160M. Altimarad, K. N. Venugopala, B. E. Aldhubiab, A. B. Nair, N. SreeHarsha, S. Pottathil, S. H. Akrawi. J. Spectroscopy (2019) 8202160(1—10), doi: 10.1155/2019/8202160И. В. Власова, А. В. Шилова, Ю. С. Фокина. Диагностика материалов, 77, № 1 (2011) 21—28И. В. Власова, А. В. Шилова, Ю. С. Фокина. Диагностика материалов, 77, № 1 (2011) 21—28Sh. Ramzy, A. H. Abdelazim. Spectrochim. Acta, A: Mol. Biomol. Spectrosc., 272 (2022) 121012(1—4), doi: 10.1016/j.saa.2022.121012Sh. Ramzy, A. H. Abdelazim. Spectrochim. Acta, A: Mol. Biomol. Spectrosc., 272 (2022) 121012(1—4), doi: 10.1016/j.saa.2022.121012A. C. Kogawa, H. R. Nunes Salgado. Drug Anal. Res., Porto Alegre, 6, N 2 (2022) 3—7, doi: 10.22456/2527-2616.127631A. C. Kogawa, H. R. Nunes Salgado. Drug Anal. Res., Porto Alegre, 6, N 2 (2022) 3—7, doi: 10.22456/2527-2616.127631Т. Н. Цокова, Л. И. Котлова. Междунар. журн. прикл. и фундамент. исследований, № 4 (2019) 76—81Т. Н. Цокова, Л. И. Котлова. Междунар. журн. прикл. и фундамент. исследований, № 4 (2019) 76—81M. M. Seleim, M. S. Abu-Bakr, E. Y. Hashem, A. M. El-Zohry. J. Appl. Spectr., 76, N 4 (2009) 554—563, doi: 10.1007/s10812-009-9224-9M. M. Seleim, M. S. Abu-Bakr, E. Y. Hashem, A. M. El-Zohry. J. Appl. Spectr., 76, N 4 (2009) 554—563, doi: 10.1007/s10812-009-9224-9P. P. Naik, J. Karthikeyan, A. N. Shetty. Environ. Monit. Assess, 171 (2010) 639—649, doi: 10.1007/s10661-010-1308-8P. P. Naik, J. Karthikeyan, A. N. Shetty. Environ. Monit. Assess, 171 (2010) 639—649, doi: 10.1007/s10661-010-1308-8И. В. Власова, А. С. Шелпакова, Е. Н. Масякова. Аналитика и контроль, 13, № 2 (2009) 86—90И. В. Власова, А. С. Шелпакова, Е. Н. Масякова. Аналитика и контроль, 13, № 2 (2009) 86—90Yu. B. Monakhova, S. P. Mushtakova, S. S. Kolesnikova. J. Anal. Chem., 65, N 6 (2010) 588—595, doi: 10.1134/S1061934810060079Yu. B. Monakhova, S. P. Mushtakova, S. S. Kolesnikova. J. Anal. Chem., 65, N 6 (2010) 588—595, doi: 10.1134/S1061934810060079PhotochemCAD™, https://www.photochemcad.comPhotochemCAD™, https://www.photochemcad.comR. D. Camerini-Otero, R. M. Franklin, L. A. Day. Biochemistry, 13, N 18 (1974) 3763—3773, doi: 10.1021/bi00715a023R. D. Camerini-Otero, R. M. Franklin, L. A. Day. Biochemistry, 13, N 18 (1974) 3763—3773, doi: 10.1021/bi00715a023A. L. Ksenofontov, V. S. Kozlovskii, L. V. Kordyukova, V. A. Radyukhin, A. V. Timofeeva, E. N. Dobrov. Mol. Biol., 40, N 1 (2006) 152—158, doi: 10.1134/S0026893306010201A. L. Ksenofontov, V. S. Kozlovskii, L. V. Kordyukova, V. A. Radyukhin, A. V. Timofeeva, E. N. Dobrov. Mol. Biol., 40, N 1 (2006) 152—158, doi: 10.1134/S0026893306010201F. Bonhoeffer, H. K. Schachman. Biophys. Res. Commun., 2, N 5 (1960) 366—371, doi: 10.1016/0006-291X(60)90036-XF. Bonhoeffer, H. K. Schachman. Biophys. Res. Commun., 2, N 5 (1960) 366—371, doi: 10.1016/0006-291X(60)90036-XP. Doty, R. F. Steiner. J. Chem. Phys., 18, N 9 (1950) 1211—1220, doi: 10.1063/1.1747913P. Doty, R. F. Steiner. J. Chem. Phys., 18, N 9 (1950) 1211—1220, doi: 10.1063/1.1747913D. Conzáles Gómez, A. Muñoz de la Peña, A. Espinosa Mansilla, A. César Olivieri. Chem. Educator, 8 (2003) 187—191D. Conzáles Gómez, A. Muñoz de la Peña, A. Espinosa Mansilla, A. César Olivieri. Chem. Educator, 8 (2003) 187—191I. S. Herschberg. Overdetermined linear systems in multicomponent spectrophotometry. Phd Thesis 1 (Research TU/e/Graduation TU/e), Chemical Engineering and Chemistry, Technische Hogeschool Eindhoven (1966), doi: 10.6100/IR113852I. S. Herschberg. Overdetermined linear systems in multicomponent spectrophotometry. Phd Thesis 1 (Research TU/e/Graduation TU/e), Chemical Engineering and Chemistry, Technische Hogeschool Eindhoven (1966), doi: 10.6100/IR113852G. Talsky. Derivative Spectrophotometry. Low and Higher Order, VCH Veinheim (1994)G. Talsky. Derivative Spectrophotometry. Low and Higher Order, VCH Veinheim (1994)J. Dubrovkin. Derivative Spectroscopy, Cambridge Scholars Publishing (2021)J. Dubrovkin. Derivative Spectroscopy, Cambridge Scholars Publishing (2021)J. Karpinska. Basic Principles and Analytical Application of Derivative Spectrophotometry, Ch.13 in Macro to Nano Spectroscopy, IntechOpen (2012) 253—268J. Karpinska. Basic Principles and Analytical Application of Derivative Spectrophotometry, Ch.13 in Macro to Nano Spectroscopy, IntechOpen (2012) 253—268C. Bosch Ojeda, F. Sanchez Rojas. Microchem. J. Rev., 106 (2013) 1—16C. Bosch Ojeda, F. Sanchez Rojas. Microchem. J. Rev., 106 (2013) 1—16O. Ye. Rodionova, A. L. Pomerantsev. Russ. Chem. Rev., 75, N 4 (2006) 271—287, doi: 10.1070/RC2006v075n04ABEH003599O. Ye. Rodionova, A. L. Pomerantsev. Russ. Chem. Rev., 75, N 4 (2006) 271—287, doi: 10.1070/RC2006v075n04ABEH003599A. Biancolillo, F. Marin. Front. Chem., 6 (2018) 576(1—14), doi: 10.3389/fchem.2018.00576A. Biancolillo, F. Marin. Front. Chem., 6 (2018) 576(1—14), doi: 10.3389/fchem.2018.00576A. Gogoi, A. Choudhury, G. A. Ahmed. J. Modern Optics, 57, N 21 (2010) 2192—2202, doi: 10.1080/09500340.2010.533206A. Gogoi, A. Choudhury, G. A. Ahmed. J. Modern Optics, 57, N 21 (2010) 2192—2202, doi: 10.1080/09500340.2010.533206Специализированный калькулятор NanoComposix, https://nanocomposix.com/pages/mie-theorycalculatorСпециализированный калькулятор NanoComposix, https://nanocomposix.com/pages/mie-theorycalculatorZ. Kajee-Bagdadi. Differential Evolution Algorithms for Constrained Global Optimization Thesis Fac. Sci., Univ. Witwatersrand, Johannesburg (2007) 1—146Z. Kajee-Bagdadi. Differential Evolution Algorithms for Constrained Global Optimization Thesis Fac. Sci., Univ. Witwatersrand, Johannesburg (2007) 1—146V. Feoktistov. Differential Evolution. In Search of Solutions, Springer (2006)V. Feoktistov. Differential Evolution. In Search of Solutions, Springer (2006)K. V. Price, R. M. Storn, J. A. Lampinen. Differential Evolution. A Practical Approach to Global Optimization, Springer (2005)K. V. Price, R. M. Storn, J. A. Lampinen. Differential Evolution. A Practical Approach to Global Optimization, Springer (2005)T. Eltaeib, A. Mahmood. Differential Evolution: A Survey and Analysis Appl. Sci., 8 (2018) 1945 (1—45), doi: 10.3390/app8101945T. Eltaeib, A. Mahmood. Differential Evolution: A Survey and Analysis Appl. Sci., 8 (2018) 1945 (1—45), doi: 10.3390/app8101945В. С. Козловский, А. П. Разживин. Расчет концентраций компонентов смеси в растворе по спектру оптического поглощения смеси и опорным спектрам компонентов, свидетельство о регистрации прав на программное обеспечение RU 2024662633 (2024)В. С. Козловский, А. П. Разживин. Расчет концентраций компонентов смеси в растворе по спектру оптического поглощения смеси и опорным спектрам компонентов, свидетельство о регистрации прав на программное обеспечение RU 2024662633 (2024)W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, B. P. Flannery. Numerical Recipes. The Art of Scientific Computing, 3rd ed., Cambridge University Press (2007)W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, B. P. Flannery. Numerical Recipes. The Art of Scientific Computing, 3rd ed., Cambridge University Press (2007)В. С. Козловский, А. П. Разживин. Спектрофотометрическое определение концентраций компонентов в светорассеивающей смеси, свидетельство о регистрации прав на программное обеспечение RU 2024691597 (2024)В. С. Козловский, А. П. Разживин. Спектрофотометрическое определение концентраций компонентов в светорассеивающей смеси, свидетельство о регистрации прав на программное обеспечение RU 2024691597 (2024)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.