Исследованы аналитические возможности метода дугового атомно-эмиссионного анализа для контроля примесного состава каолиновых глин — исходного сырья для получения металлургического глинозема. Для предварительной оценки состава образцов провели их полуколичественный рентгенофлуоресцентный анализ. Выбраны свободные от наложений аналитические линии, определены условия проведения анализа и параметры спектрометра: сила тока, экспозиция, межэлектродное расстояние, тип и размер электродов, масса навески. Установлены пределы обнаружения и нижние границы определяемых содержаний следующих элементов: Ca, Cr, Cu, Ga, Mg, Mn, Mo, Nb, Ni, Pb, Sc, Ti, V, Y, Zn, Zr, La. Значения нижней границы определяемых содержаний составили n · 10^–5 – n · 10^–6 % масс. Проведен сравнительный анализ проб каолиновых глин, предварительно проанализированных другим методом в рамках межметодных сравнительных испытаний. Показано, что значимых расхождений между результатами, полученными двумя методами, нет.

Для масс-спектрометрических детекторов большинства газовых хромато-масс-спектрометрических комплексов (ГХ/МС) в базовой комплектации штатным является режим работы с положительными ионами, образуемыми действием электронов с высокой заданной энергией (как правило, 70 эВ), заведомо превышающей энергию ионизации молекул. Вместе с тем мы показали, что конструктивно заложенная в некоторых серийных приборах возможность понижать энергию ионизирующих электронов в доионизационную область позволяет получать также и масс-спектры отрицательных ионов (ОИ), что существенно расширяет аналитический потенциал стандартного оборудования. Образование ОИ происходит в диапазоне низких энергий электронов 0 – 15 эВ в процессах резонансного захвата электронов молекулами (РЗЭ). В отличие от положительных ионов, интенсивность образования ОИ резко (резонансным образом) зависит от энергии электронов, причем эта зависимость характеристична для каждого химического соединения. От энергии электронов существенно зависят как относительная интенсивность пиков, так и ионный состав формируемого масс-спектра ОИ. В связи с этими особенностями отрицательного ионообразования при хромато-масс-спектрометрическом анализе сложных смесей разнородных соединений возникает проблема нахождения оптимальной энергии ионизирующих электронов для одинаково эффективного масс-спектрометрического определения всех компонентов смеси. Для решения этой проблемы предложена методика получения совокупных максимально полных по ионному составу и интенсивностям масс-спектров ОИ РЗЭ путем многократной вариации энергии ионизирующих электронов в заданном диапазоне от 0 до 10 эВ. Для технической реализации этой методики в ЗАО СКБ «Хроматэк» было создано специальное электронное устройство [1], прошедшее опытную эксплуатацию в составе комплекса газового хроматографа с квадрупольным масс-спектрометром «Хроматэк». В статье описан принцип работы устройства и представлены результаты проведенных испытаний.

Разработана фотохимическая методика определения 1,1-диметилгидразина (НДМГ), основанная на титровании аналита фотогенерированным йодом, который получали при облучении вспомогательного раствора йодида калия и смеси сенсибилизаторов (эозинат натрия: аурамин: флуоресцеин в молярном соотношении 1:1:1), в ацетатной среде (рН 6). При повышении кислотности наблюдается уменьшение скорости фотогенерации, что, скорее всего, связано с диспропорционированием образующегося титранта. Так как содержание титранта (йода) контролируют вольтамперометрическим методом, фотохимическое титрование НДМГ сопровождается уменьшением силы тока в цепи амперометрической установки, а стабилизация тока свидетельствует о полноте протекания реакции. Измерение времени фотогенерации, необходимого для восполнения убыли титранта в ячейке при дальнейшем облучении раствора в присутствии кислорода воздуха, позволяет количественно оценить содержание НДМГ в объектах окружающей среды. Поскольку аналит взаимодействует с титрантом в молярном соотношении 1:2, это позволило предположить возможность окисления НДМГ до нитрозодиметиламина. На основании проведенных исследований разработана фотохимическая методика определения НДМГ в растворе с пределами обнаружения и определения 0,49 и 1,62 мкг/мл соответственно. К сожалению, чувствительность предложенной методики не позволяет определять токсичный химический контаминант на уровне ПДК, в связи с чем возникает необходимость предварительного концентрирования подвижных форм НДМГ путем отгонки с водяным паром в среде 40 %-ного раствора гидроксида натрия. Разработанная методика удовлетворяет параметрам валидации по таким показателям, как линейность, прецизионность и правильность, и, следовательно, может быть рекомендована для определения НДМГ в любой контрольно-аналитической лаборатории. Апробацию фотохимической методики проводили при анализе образцов почвы, отобранной с фоновых и загрязненных территорий, а также природной воды. На основании полученных результатов установлено незначительное превышение содержания НДМГ в почве, отобранной с бывшего места дислокации воинской части.

Представлен обзор бесконтактных методов определения поверхностного натяжения жидкостей. Проведен анализ физических эффектов, положенных в их основу. Отмечены достоинства, недостатки, возможные диапазоны измерений и сферы применения бесконтактных методов. Рассмотрены пассивные методы, не требующие стимуляции объекта измерения, и активные, при реализации которых на жидкость оказывается то или иное воздействие. При анализе методов на основе капиллярных волн, применяемых для исследования свойств поверхностно-активных веществ, описаны электрические, электромагнитные, акустические, струйные и механические способы возбуждения капиллярных волн. Рассмотрены методы, базирующиеся на процессах в колеблющейся или вращающейся левитирующей капле жидкости (бесконтейнерные методы), используемые при исследовании свойств расплавов. Приведены методы на основе локальной деформации поверхности жидкости электрическим полем, акустическим импульсом и газовой струей. Показано, что для стандартных лабораторных условий наиболее перспективны аэродинамические методы, основанные на деформации поверхности контролируемой жидкости струей газа. Отмечено, что бесконтейнерные методы следует применять в условиях невесомости, методы на основе капиллярных волн и деформации поверхности жидкости сфокусированным акустическим импульсом — в случае невязких жидкостей. Методы на основе электрической деформации поверхности контролируемой жидкости имеют ограничение по толщине ее слоя, сравнительно высокую чувствительность к ее плотности и диэлектрической проницаемости, а также ряду других неконтролируемых факторов. Отмечено также, что аэродинамический бесконтактный метод определения поверхностного натяжения характеризуется низкой чувствительностью к плотности и вязкости контролируемой жидкости. Представленный обзор бесконтактных способов определения поверхностного натяжения позволит выбрать метод, наилучшим образом подходящий для решения конкретной измерительной задачи.

Статистический анализ распределения по размерам зерен необходим как для построения и развития теории роста зерен и формирования микроструктуры, так и для описания размерных зависимостей характеристик физико-механических свойств поликристаллических материалов. Распределение по размерам зерен — одна из важнейших характеристик однородности структуры и, следовательно, стабильности свойств изделий в процессе эксплуатации. Представлены результаты исследования однофазной и равноосной поликристаллической микроструктуры с помощью статистического моделирования методом Монте-Карло параметров и функций распределения по размерам зерен. Приведены статистические параметры (средние значения, дисперсии, коэффициенты вариации) и функции распределения характеристик зеренной микроструктуры. Установлено, что функция распределения эффективных размеров зерен для исследованной модели поликристалла наиболее адекватно описывается γ-распределением. Его следует использовать при анализе экспериментальных функций распределения по размерам зерен однофазных поликристаллических материалов с равноосными зернами. Показано, что в качестве статистически обоснованной и достоверной оценки среднего размера зерен можно принять генеральное среднее (математическое ожидание) эффективных размеров (проекционных диаметров) зерен с функцией γ-распределения, параметры которой должны быть предварительно определены при исследовании зеренной структуры поликристаллического материала. Полученные результаты статистического моделирования подтверждены экспериментальными данными металлографического анализа микроструктур модельных и промышленных материалов с различной степенью неоднородности зеренной структуры.

Анализ причин выхода из строя рельсов в процессе эксплуатации показал, что среди них важное место занимают дефекты контактно-усталостного характера. Цель работы — применение современных численных методов для расчетной оценки срока службы рельсов до образования контактно-усталостной трещины на поверхности катания в зависимости от величин осевой нагрузки. Для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) в зоне контактного взаимодействия колеса и рельса использовали конечно-элементную модель, реализованную в программном комплексе MSC.Marc. Анализ НДС показал его сложный многоосный и непропорциональный характер. Для определения накопления контактно-усталостных повреждений на поверхности катания рельсов выбрана модель многоосной усталости Брауна – Миллера, реализованная в программном комплексе MSC.Fatigue. Данная модель опирается на предположения, что наибольшие усталостные повреждения в металле возникают на площадке с максимальным касательным напряжением. При этом учитывается влияние нормальных напряжений на этой площадке. Результаты сравнительного расчетного анализа ресурса рельсов подтверждают, что с повышением осевых нагрузок при прочих равных условиях срок службы снижается. При доле 20 % грузовых поездов с осевыми нагрузками 25 тс в суточном пакете следует ожидать снижения контактно-усталостной долговечности рельсов на 3 – 4 %. Представляется возможным совершенствование методики прогнозирования контактно-усталостной долговечности рельсов в части экспериментального определения усталостных и прочностных характеристик рельсовой стали в зависимости от степени упрочнения поверхности катания, их вероятностных свойств и использования интегрального закона распределения вертикальных сил с учетом структуры грузопотока, проходящего по участку.

Механические свойства и поведение материала в нанообъеме существенно отличаются от определенных традиционными макроскопическими испытаниями. Цель работы — исследование плазменно-закаленной колесной стали с использованием метода наноиндентирования. Метод реализовывали с использованием нанотвердомера NanoHardnessTecter. Создаваемое в нанотвердомере электрическое поле давило на индентор, алмазный наконечник которого погружался в приповерхностный слой исследуемого материала. С помощью программного обеспечения определяли характеристики этого слоя. Знание физико-механических характеристик материала (твердости, модуля Юнга, упругого восстановления и др.), влияющих на износостойкость поверхностных слоев, позволяет оценить и выбрать оптимальную технологию модификации поверхности путем плазменной закалки. Отмечено, что объективность определения характеристик зависит от параметров применяемого измерительного оборудования и соблюдения требований по глубине отпечатка в зависимости от толщины закаленного слоя. Исследования проводили на образцах, вырезанных из обода и гребня железнодорожного колеса, подвергнутого поверхностной плазменной закалке, на установке УПНН-170 (Россия). Установлено, что твердость (по Виккерсу HV и H) обода больше, а модуль Юнга, напротив, меньше, чем соответствующие характеристики гребня. Кроме того, износостойкость закаленной конструкционной стали повышается после наноструктурирующей фрикционной обработки.

Описана машина трения возвратно-поступательного действия — «Трибал-Т» — для автоматизированного контроля качества трущихся поверхностей трибопар. Особенность ее состоит в осуществлении принудительного фрикционного взаимодействия трущихся поверхностей, закрепленных на приводной и сопряженной платформах. В условиях непрерывной регистрации взаимных перемещений нагруженных трибопар осуществляют непрерывную обработку сигналов датчиков перемещений с использованием классических подходов теории автоматического управления в целях идентификации трибологических характеристик. Машина обеспечивает последовательный визуальный контроль этих параметров в режиме реального времени. Активно использованы возможности компьютерных технологий на базе MATLAB. Приведен расчет трибологических характеристик материалов: динамического коэффициента трения, коэффициента демпфирования и меры шероховатости поверхности. Проведенные испытания позволили заключить, что машина трения возвратно-поступательного действия «Трибал-Т» эффективна для исследования в режиме реального времени трибологических характеристик материалов: динамического коэффициента трения, коэффициента демпфирования и меры шероховатости поверхности. Отмечена возможность ее использования для мониторинга состояния трибоузлов машин и механизмов.

Одной из основных процедур стандартизации судебно-экспертной деятельности, используемых для контроля достоверности результатов проведенных исследований, является валидация судебно-экспертной методики (СЭМ). Эта процедура широко применяется в организациях, входящих в Европейскую сеть судебно-экспертных учреждений (ENFSI), в которую также входит Российский Федеральный центр судебной экспертизы при Министерстве юстиции Российской Федерации (РФЦСЭ). В метрологическом плане можно выделить два типа СЭМ: судебно-экспертные методики измерения (СЭМИ) и судебно-экспертные методики тестирования (СЭМТ). В более ранней нашей публикации показано, что методические подходы к валидации СЭМИ в основном разработаны, они находят практическое применение в лабораториях РФЦСЭ. В то же время процедура валидации СЭМТ вызывает много вопросов и широко обсуждается в научной литературе. Наибольшие сложности при валидации СЭМ связаны с выбором параметров валидации, разработкой валидационного эксперимента и выполнением статистических расчетов. В связи с этим в настоящей работе предложены методические подходы к статистической оценке параметров СЭМИ и СЭМТ для их практического применения судебными экспертами. В статье представлен ряд рекомендаций по процедуре валидации, перечислены параметры валидации, приведены конкретные схемы экспериментов, выполнение которых позволяет оценить показатели качества СЭМИ и СЭМТ. Для оценки пригодности СЭМИ использованы результаты многократного определения контролируемого показателя в контрольных образцах и стандартных добавках, приведены общепринятые формулы расчета статистических параметров. В качестве примера рассмотрена процедура валидации СЭМТ «Микроскопическое исследование текстильных волокон». Образцами для тестирования служили волокна из лабораторной коллекции, тестируемые признаки которых были известны. В статье также показано, что для характеристики надежности СЭМТ и компетентности экспертов эффективно использовать вероятностную оценку доли ложных результатов тестирования, а также расчет отношения правдоподобия.