ИННОВАЦИИ: Измерить цвет
Московские ученые придумали, как научить маленькие и дешевые ИК-спектрометры делать анализы, с которыми до сих пор справлялись только большие и очень дорогие приборы. Получился прототип недорогого и мобильного прибора для экспресс-анализа химического состава сложных органических соединений, биологических и продовольственных продуктов и растворов.
Среди всех методов исследования ИК-спектроскопия для химиков самая любимая, иногда - буквально последняя надежда. Чтобы ни сварили синтетики, они несут это "на ИК", низко кланяются специалистам и просят установить структуру продукта их высоконаучной деятельности. Как правило, спектроскописты это сделать могут - если, конечно, у них есть ИК-спектрометр высокого разрешения. Ведь по поглощению или отражению излучения с определенными длинами волн в ИК-диапазоне можно установить, какие атомные группы есть в том или ином веществе.
Загвоздка в том, что измерить, какие именно длины волны поглощает вещество, очень трудно. Надо разложить излучение на составляющие - подобно тому, как разлагает белый свет на радужный веер обычная стеклянная призма, и измерить интенсивность прошедшего через объект или отраженного им излучения на каждой длине волны по отдельности. И вот тут-то появляются так называемые ИК-линейки фотодиодов: разложенный на составляющие луч падает на расположенные в ряд фотодиоды, в идеале по каждой длине волны - свой. Второй вариант таков. Зеркало - источник разложенного на составляющие луча - поворачивается специальным механизмом, и один фотодиод измеряет интенсивность излучения каждой длины волны по очереди. Конечно, это очень упрощенное изложение, но по сути верное. Первый вариант - самый точный, но зато и самый дорогой: хорошая линейка стоит несколько тысяч долларов. Впрочем, прецизионная механика второго способа обходится не намного дешевле. Поэтому хорошие ИК-спектрометры стоят дорого, десятки тысяч долларов, весьма громоздки и для массовых анализов малодоступны.
Устройство, которое разработали ученые из Центра фотохимии РАН в сотрудничестве со специалистами ЗАО НПКФ "Аквилон", совсем другое. В основе новинки - оригинальная оптическая схема измерителя длины волны.
На основе стандартного зеркального лазерного сканера ученые сделали простой оптический датчик абсолютного углового положения, причем основой им послужило нехитрое устройство, которое есть в любом лазерном факсе или сканере. Чтобы узнать угол поворота зеркала, авторы предложили направлять на него тонкий луч еще одного лазера. Зеркало отражает луч и попадает на фотодиод - уже другой, специально для него предназначенный. Расшифровав данные этого фотодиода, как раз и удается с точностью в две десятых доли микрорадиана узнать, на сколько именно угловых единиц зеркало отклоняет этот дополнительный луч. В результате получаются ИК-спектры с воспроизводимостью лучше чем 0,5 нм, т. е. на уровне самых дорогих приборов. Причем такой спектрометр будет маленьким и, судя по всему, сравнительно дешевым.
Сейчас ученые уже собрали макет будущего спектрометра и исследовали работоспособность схемы измерителя длины волны. Все в порядке, схема работает. Правда, соотношение сигнал/шум у прообраза будущего прибора пока не очень велико.
Впрочем, авторы уверены - меньше чем через год макетный образец прибора будет окончательно готов. Это будет небольшой автоматизированный ИК-спектрометр, управляемый компьютером, причем решить он поможет как высоконаучные, так и вполне прикладные задачи. Например, быстро анализировать образцы биологических или пищевых жидкостей, таких как кровь, алкоголь или молоко.