Лазерный КР-анализатор жидкостей с комплексным программным обеспечением

Слайд 0

С.А.Буриков, Т.А.Доленко, С.В.Пацаева, В.И.Южаков Физический факультет Московского государственного университета им.М.В.Ломоносова http://rswater.phys.msu.ru Введение В ряде практических задач диагностики жидких сред требуются бесконтактные методы с возможной реализацией их в режиме реального времени. Именно такими свойствами обладают оптические методы, в частности, спектроскопия комбинационного рассеяния света (КР) и флуоресцентная спектроскопия. Предлагаемый лазерный КР-анализатор предназначен для бесконтактной диагностики жидкостей в режиме реального времени с целью определения в них вредных или опасных примесей, а также для качественного и количественного анализа жидких многокомпонентных смесей. Задачи, решаемые прибором -определение горючих и токсичных жидкостей, контроль вредных примесей в напитках (например, при досмотре на транспорте); -определение типа и концентрации каждого из неорганических соединений в технологических, сточных, пластовых водах (до 5-6 компонент в растворах); -определение концентрации органических веществ в многокомпонентных жидкостях (моторное топливо, водно-спиртовые растворы). Принцип работы прибора основан на возбуждении спектрального отклика жидкой среды (КР света или флуоресценции) лазерным излучением, регистрации отклика оптическим детектором и анализе спектров с помощью современных математических методов. Режимы работы: -регистрация спектров проб жидкости, помещенной в кювету; -бесконтактное зондирование жидкостей в прозрачных контейнерах (в случае напитков – в бутылках без их вскрытия); -зондирование жидкостей с помощью погружаемого световодного зонда – для диагностики жидкостей в канистрах, цистернах и т.д. Лазерный КР-анализатор жидкостей с комплексным программным обеспечением Молодежный форум «Фундаментальные и прикладные аспекты инновационных проектов Физического факультета МГУ» КР-анализатор: 1 – ИАГ-лазер (l=532 нм); 2 – приемо-передающий световодный кабель; 3 –емкость с жидкостью; 4 – отрезающий фильтр, 5 – монохроматор; 6 – CCD-камера; 7 – компьютер; Преимущества реализуемого КР-анализатором метода – бесконтактность, возможность анализа жидкостей в режиме реального времени, без предварительной подготовки пробы и использования дорогостоящих реактивов. Предлагаемый лазерный КР-анализатор отличается от известных коммерческих установок более низкой стоимостью, портативностью, применением нескольких длин волн возбуждения, регистрацией поляризованной и деполяризованной компонент спектра, использованием комплексного программного обеспечения. Литература С.А.Буриков,T.A.Доленко,В.В.Фадеев. Идентификация неорганических солей и определение их концентраций в многокомпонентных водных растворах по валентной полосе КР воды с помощью искусственных нейронных сетей. Нейрокомпьютеры: разработка, применение, 2007, №5, с.62-72. S.A. Burikov, T.A. Dolenko, V.V. Fadeev, and A.V. Sugonyaev. New opportunities in determination of inorganic compounds in water by method of laser Raman spectroscopy. Laser Physics, vol. 15, № 8, 2005, pp. 1-5. С.А.Буриков, Т.А.Доленко, С.В.Пацаева, В.И.Южаков. Диагностика водно-этанольных растворов методом спектроскопии комбинационного рассеяния света. Оптика атмосферы и океана, 2009, т.22, №11, в печати. Программное обеспечение Программное обеспечение комплекса включает в себя: программы расчета степени деполяризации спектров, отношения интенсивностей разных полос спектра КР, параметра ?21(равного отношению интенсивностей высокочастотной и низкочастотной областей валентной полосы КР воды) пакет Neuroshell 2 (Ward System Group&Inc, USA), обеспечивающий использование искусственных нейронных сетей (ИНС) для решения задач распознавания образов и генетических алгоритмов (ГА) Искусственные нейронные сети являются мощным методом, позволяющим эффективно решать разнообразные задачи распознавания образов, классификации и прогнозирования. Генетические алгоритмы - обобщенное название целого класса современных алгоритмов оптимизации. Генетический алгоритм использует идеи отбора наиболее приспособленных и наследования полезных свойств (признаков) для решения задач оптимизации в математике. Результаты решения обратных задач КР-спектроскопии водных сред Идентификация типа растворенных неорганических солей и определение концентрации каждой соли в мнгокомпонентных растворах с помощью ИНС[1,2], см. Таблица 1 2. Определение концентрации этанола в водно-спиртовых растворах по линейной зависимости нормированной интенсивности валентной полосы КР этанола от его концентрации.[3] Спектр КР раствора солей KNO3 и Li2SO4 в воде Спектр КР раствора этанола в воде Спектр валентной полосы КР воды Таблица 1 Блок-схема КР-анализатора