Краткое описание прибора для определения природы и концентрации растворенных веществ
С 2004 года группой сотрудников Химического факультета МГУ под руководством д.х.н. Ферапонтова Н.Б. ведется деятельность по разработке нового типа аналитического прибора.Целью данной деятельности является серийный выпуск аналитического прибора, предназначенного для определения природы и концентрации растворенных веществ. Данный прибор отличается от приборов аналогичного назначения принципиально новым, способом определения указанных параметров. Способ разработан авторами и основан на применении в качестве датчика полимерного сенсора. Использование в качестве сенсоров полимеров, позволяет проводить измерения, как в водных, так и в неводных растворах и определять концентрации как диссоциированных, так и недиссоциированных веществ. В результате стал практически неограничен перечень соединений, которые могут быть проанализированы на данном приборе.
Главным отличительным признаком прибора является его универсальность.
Кроме того, он прост и безопасен как в изготовлении, так и в эксплуатации. Данные измерений выводятся непосредственно на экран компьютера. В водных растворах с его помощью можно измерять концентрации любых ионов (как катионов так и анионов) и соединений. Анализ осуществляется без использования индикаторов, электродов или других контролирующих устройств, что позволяет проводить измерения и в мутных растворах. Для проведения анализа не требуется предварительного разбавления или концентрирования пробы. Обычный объем пробы около одного миллилитра, однако, при необходимости, его можно уменьшить до десятых долей микролитра. Измерения можно проводить, как в статическом, так и в динамическом режиме, то есть в потоке. Предусматривается портативный вариант прибора.
Прибор содержит в качестве чувствительного элемента сферическую гранулу полимерного сорбента или ионита, помещенную в ячейку, содержащую анализируемый раствор, в качестве усилителя –– набор объективов и в качестве регистрирующего устройства – светочувствительную матрицу, соединенную с одной стороны с объективом, а с другой стороны с аналого-цифровым преобразователем персонального компьютера. На рисунке представлена схема прибора.
1 – источник света; 2 – ячейка; 3 – гранула; 4 – оптический блок; 5 – регистрирующий блок; 6 – блок обработки данных
Прибор работает следующим образом. Выбранную для проведения анализа гранулу помещают в ячейку и заливают чистым растворителем. Ячейку помещают на предметный столик, на котором снизу закреплен источник света. Проекция гранулы, увеличенная объективом, попадает на светочувствительную матрицу, которая преобразует световой сигнал в электрический. Величина сигнала зависит от площади проекции гранулы на матрицу. С матрицы сигнал поступает в компьютер, в котором с помощью специальной программы выполняется решение поставленной задачи: определяются природа и (или) концентрация растворенных веществ.
В настоящее время созданы лабораторные образцы прибора, при помощи которых производятся дальнейшие научные исследования. Отработана методика и проведены измерения растворов различных соединений. Создана программа компьютерной обработки результатов измерений, что делает анализ более надежным и чувствительным. Полученных результатов достаточно для проведения проектно-конструкторских работ, связанных с выпуском опытной партии приборов.
Ведутся переговоры с организациями, которые на договорной основе готовы изготовить оригинальные детали и узлы прибора. В самом коллективе обсуждаются дизайн и конструкторские решения для изготовления опытного образца прибора. Проводится подбор комплектующих узлов. Испытания прибора проводятся в научных лабораториях химического факультета МГУ.