Разработка программного обеспечения для диагностики структурных параметров биополимеров на основе целлюлозы по полнопрофильным порошковым рентгеновским дифракционным данным. Этап 2 (заключительный)

Среди методов исследования структуры полимеров ведущее место занимает метод рентгеновского дифракционного анализа. Он позволяет проводить не только идентификацию фаз, но и напрямую определять важнейшие структурные характеристики полимеров: параметры элементарной ячейки, средний размер областей когерентного рассеяния (ОКР), долю кристаллической составляющей (степень / индекс кристалличности - ИК) и др. В результате выполнения проекта разработано программное обеспечение, в котором реализованы основные дифракционные методы для структурной характеризации биополимеров. Основной идей программы является то, что в программе используется комплексный поход, связанный с использованием нескольких методик оценки степени кристалличности в одной программе (методы Сегала, декомпозиции и Лебейла). Программа обладает дружественным интерфейсом и позволяет обрабатывать экспериментальные порошковые рентгеновские дифрактограммы полимерных образцов биомассы различного происхождения. Для решения задач научного исследования были привлечены экспериментальные методы для апробации, отладки и проверки адекватности полученных математических моделей и оценки эффективность разрабатываемых и подходов оценки степени кристалличности биополимеров. Разработанное программное обеспечение предназначено для персональных компьютеров под управлением операционных систем семейства Windows. Программа является свободно распространяемой и доступна для скачивания по ссылке https://sourceforge.net/projects/dipoly/. Проведена государственная регистрация её для электронных вычислительных машин. Подготовлена инструкции для пользователей. Программа позволяет обрабатывать экспериментальные порошковые рентгеновские дифракционные данные путем численного моделирования полного профиля рассеяния и позволяет получать структурные параметры (такие как параметры кристаллической решетки, индекс кристалличности, область когерентного рассеяния) полимерных образцов биомассы различного происхождения. Основные возможности программы в настоящий момент: • Создание/сохранение/загрузка проекта. • Импорт набора дифракционных данных. • Процедуры нормировки и предварительного анализа данных. • Интерактивная реализация метода Сегала с автоматическим расчетом ИК. • Декомпозиция дифракционных рефлексов функциями Гаусса. • Реализация метода наименьших квадратов для уточнения параметров решетки, пиков и параметров фона. • Описание фона в виде полинома (количество членов полинома может задать пользователь) с возможностью интерактивной модификации путем перетаскивания реперных точек. • Расчёт профильных факторов недостоверности Rp-фактор и Хи-квадрат. • Реализована возможность импорта данных в виде картинки или данных в формате XY для всех рефлексов и фона, вывод на печать результатов напрямую из программы. • Расчёт размеров областей когерентного рассеяния по уширению рефлексов с использованием формулы Селякова-Шеррера. Подход, связанный с сочетанием различных дифракционных методов для определения степени кристалличности целлюлоз, является оригинальным и дает возможность выработать критерии, систематизировать обработку данных, получать воспроизводимые и более достоверные данные, уменьшив влияние пользователя. Вероятно, подобный подход будет способствовать развитию рентгеновских дифракционных методов для структурной диагностики и других подобных материалов, состоящих из упорядоченных (кристаллических) и разупорядоченных (аморфных областей). Результаты работ проекта «Разработка программного обеспечения для диагностики структурных параметров биополимеров на основе целлюлозы по полнопрофильным порошковым рентгеновским дифракционным данным» в 2021 году выполнены и соответствуют требованиям технического задания, календарного плана и нормативной документации: завершена разработка программного обеспечения, проведена публикация и размещение программы в открытом доступу. Выполнена государственная регистрация для электронных вычислительных машин и подготовлена инструкция с примерами для пользователей, которая доступна через меню программы. Сочетание различных дифракционных методов для определения степени кристалличности целлюлоз позволит оценить погрешности измерений, получить более достоверные данные, уменьшить субъективный вклад пользователя на результаты измерений, увеличив при этом наглядность при контроле качества получаемых данных.