ИСТИНА

Цель данного исследования заключается в разработке методологии выявления в арктических морских водах характеристичных флуорофоров (близких по происхождению и оптическим свойствам компонентов растворенного органического вещества) на основании тензорного разложения трехмерных спектров флуоресценции возбуждение-регистрация.

The identification of characteristic groups of compounds with similar optical properties (fluorophores) in the composition of dissolved organic matter has significantly increased the informativeness of the fluorimetry of sea waters. Identification of fluorophores and assessment of their content in marine waters allows us to judge the sources of organic matter and its transformation. Although this approach has been used for more than 10 years to characterize natural waters, significant problems nevertheless remain due to the characteristics of both spectral data and tensor decomposition. First of all, this is the ambiguity of solving the problem of decomposition of the spectra, especially in conditions of high variability of dissolved organic matter. Accordingly, the purpose of this study is to develop a methodology for identifying characteristic fluorophores in Arctic sea waters (similar in origin and optical properties of components of dissolved organic matter) based on tensor decomposition of three-dimensional excitation-registration fluorescence spectra. As a result of the implementation of this project, a ready-to-use software package written in the programming language R will be obtained that implements all stages of data processing from preliminary (normalization, correction of the scattering signal) to final (model validation). Publish a software package to the repository of user-created CRAN packages. A similar package in a free software environment will be implemented for the first time. In this package, algorithms will be implemented that will significantly accelerate the implementation of the PARAFAC decomposition (parallel computing and linear search), as well as additions to the minimized functional that allow us to describe the scattering signal. Decompositions will be obtained for sets of two-dimensional fluorescence spectra of sea water in the Arctic region from 2018-2020, which will significantly improve understanding of the natural processes of the Arctic region. A similar analysis for the waters of the Russian Arctic has not been conducted previously.

1)Реализация задачи канонического тензорного разложения как функционала, зависящего от параметров-матриц спектров флуорофоров, с аналитическими частными производными по каждому параметру, включая добавленные в данной работе. 2)Модификации функционала невязки PARAFAC, накладывающие на значения искомых параметров требования неотрицательности / определённый функциональный вид (функция-пик со смещением или без смещения в зависимости от длины волны возбуждения) / требования гладкости, или добавляющие другие регуляризационные слагаемые. Новизна данного проекта заключается в предлагаемых дополнениях к минимизируемому функционалу, в частности, позволяющих описать сигнал рассеяния. 3)Акселерация выбранного градиентного метода минимизации функционала, позволяющая сэкономить процессорное время на выбор направления, с использованием стратегии линейного поиска. Применительно к тензорному разложению трехмерных спектров флуоресценции данная стратегия будет применена впервые. 4)Ускорение расчетов разложения PARAFAC позволит реализовать статистическое рассмотрение в методе сравнения половин, когда образцы разбивают на два поднабора равного размера, подвергают разложению и сравнивают их результаты. В отличие от существующих критериев, предлагаемый подход позволит однозначно определять число компонентов оптимального решения. 4) Готовый для применения программный пакет, написанный на языке программирования R и реализующий все ступени обработки данных от предварительной (нормировка, коррекция сигнала рассеяния) до окончательной (валидация модели). Публикация программного пакета в хранилище созданных пользователями пакетов CRAN. Подобный пакет в свободно распространяемой программной среде будет реализован впервые. 5) Разложения для наборов двумерных спектров флуоресценции морской воды Арктического региона 2018-2020 годов с подтверждающей их стабильность валидацией и предварительными выводами о пространственном распределении найденных флуорофоров. Использование этих данных позволит значительно улучшить понимание природных процессов Арктического региона. Подобного анализа для вод российской Арктики ранее не проводилось.

1. Исследование матричных эффектов в ЛИЭС на примере как сплавов, так и объектов окружающей среды. Продемонстрировано влияние влажности, степени спресованности образцов руд и почв на параметры лазерной плазмы и интенсивность аналитических линий на основании чего предложены новые варианты коррекции этих влияний. 2. Алгоритмы идентификации спектральных линий в различных условиях возбуждения , позволяющие проводить быстрый и надежный выбор аналитических линий и линий внутреннего стандарта, свободных от спектральных помех при анализе разнообразных объектов. Эта работа была удостоена первой премией за лучший стендовый доклад на 9-ой Международной Конференции LIBS-2016, проходившей в сентябре 2016 г в Шамони (Франция). 3. Предложен метод ударного сжатия лазерной плазмы для увеличения чувствительности прямого определения золота в рудах. Исследование механизмов ударного сжатия лазерной плазмы показало ведущую роль сдвига ионизационного равновесия в плазме при прохождении отраженной ударной волны. 4. Впервые продемонстрированы возможности протяженной лазерной плазмы для аккуратного определения штарковских параметров линий марганца и меди. Для данного режима плазмы продемонстрировано существенно меньшая неоднородность. В результате, удалось определить штарковскую ширину резонансных линий марганца, составляющую ~ 0.07 Å, а также сдвиг резонансных линий марганца в области 280 нм, удалось изучить влияние сверхтонкого расщепления и изотопного сдвига на штарковский сдвиг линий меди в видимом диапазоне. Многолетний опыт участников проекта в области разработки методов улучшения правильности и воспроизводимости аналитических измерений методов спектрального анализа с лазерным пробоотбором обобщен в двух обзорах, опубликованных по предложению главных редакторов в международном и российском журналах. В 2013 году Лабутин Т.А. был удостоен Премии НСАХ РАН для молодых ученых за цикл работ: «Лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия для анализа объектов окружающей среды».