Основу датчика составляют полимерные углеродные точки
МОСКВА, 12 марта. /ТАСС/. Ученые Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова создали уникальный сенсор, который способен анализировать воду по семи параметрам всего за две минуты, вместо нескольких дней, необходимых для исследования образцов в лабораторных условиях. Об этом рассказал Кирилл Лаптинский, научный сотрудник лаборатории адаптивных методов обработки данных Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ.
Датчик основан на полимерных углеродных точках — нанометровых структурах, состоящих из углерода, азота, кислорода и водорода. Поглощая свет, направленный на них, они становятся мощными источниками излучения на другой длине волны. Это свойство, а также безопасность наночастиц для экологии делает их многообещающими для использования в сенсорах, которые реагируют на содержание в жидкостях определенных элементов, изменения температуры, pH и других характеристик.
"Уникальность нашего наносенсора заключается в его способности функционировать в многокомпонентной среде. Если в лаборатории аналитической химии такой анализ может занять неделю и более, то в нашем случае речь идет о получении качественной и количественной оценки на месте всего за несколько минут. Проверяется содержание сразу семи компонентов: ионов меди, никеля, кобальта, свинца, алюминия, хрома и нитрат-иона", — отметил исследователь.
Для обработки данных, собранных сенсорами, авторы применяют нейронную сеть, которая была обучена на специальной базе данных. Она принимает во внимание физические процессы, происходящие не только между датчиком и средой, но и между компонентами среды (ионами), что делает результаты более точными.
Контроль состава воды на заводе
Подобные датчики могут быть востребованы для сокращения сроков и стоимости промежуточного анализа технической воды на производствах или промышленных сточных вод, которые нуждаются в нескольких этапах очистки. Новый подход позволит снизить затраты на оценку состава воды примерно в 18 раз, считают разработчики.
"Такие датчики можно интегрировать в автоматизированную систему, которая, например, должна раз в час отбирать воду, используемую в рамках определенного технологического цикла. За несколько минут можно будет понять, можно ли эту воду сливать в следующий чан, где концентрация ниже, или нужно провести доочистку", — пояснила руководитель лаборатории лазерной спектроскопии наносистем в жидких средах физического факультета МГУ Татьяна Доленко.
Светящиеся сенсоры также могут найти применение в других сферах — для проверки герметичности и уровня давления в трубопроводах, используемых в нефтяной или коммунальной отраслях.
Результаты совместной работы сотрудников лаборатории лазерной спектроскопии наносистем в жидких средах физического факультета и лаборатории адаптивных методов обработки данных НИИЯФ МГУ опубликованы в журнале Scientific Reports. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Фото: hi-tech.mail.ru