Основу датчика составляют полимерные углеродные точки - нанометровые структуры, состоящие из углерода, азота, кислорода и водорода. Поглощая направленный на них свет, они сами становятся мощными источниками излучения на другой длине волны. Это свойство, а также безопасность наночастиц для окружающей среды делают их перспективными для использования в составе сенсоров, реагирующих на содержание в жидких средах определенных элементов, изменения температуры, pH и других характеристик.
«Особенность нашего наносенсора заключается в том, что он способен работать в многокомпонентной среде. И если в лаборатории аналитической химии такой анализ может занять неделю или больше, то в нашем случае речь идет о получении качественной и количественной оценки на месте в течение нескольких минут. Проверяется содержание сразу семи компонентов: ионов меди, никеля, кобальта, свинца, алюминия, хрома и нитрат-иона», - сказал исследователь.
Для обработки собранной сенсорами информации авторы используют нейронную сеть, которая была обучена на специальной базе данных. Она учитывает физические процессы, которые происходят не только между датчиком и средой, но и между компонентами среды (ионами), что делает результаты более точными.
Подобные датчики могут быть востребованы для сокращения сроков и стоимости промежуточного анализа технической воды на производствах или промышленных стоков, которые должны проходить несколько этапов очистки.
Авторы исследования обсуждают полученные результаты. Источник: Кирилл Лаптинский / НИИЯФ МГУ имени М.В. Ломоносова
Новый подход сократит затраты на оценку состава воды примерно в 18 раз, считают разработчики.
«Такие датчики можно встроить в автоматизированную систему, которая, к примеру, 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 необходимо доочистить», - пояснила руководитель лаборатории лазерной спектроскопии наносистем в жидких средах физического факультета МГУ Татьяна Доленко.
Светящиеся сенсоры могут быть востребованы и в других областях - для проверки герметичности и уровня давления в трубопроводах, используемых в нефтяной или коммунальной сферах.
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.
