Ученые Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова разработали уникальный наносенсор, способный одновременно идентифицировать семь различных ионов в воде, включая токсичные тяжелые металлы. Исследование финансировалось Российским научным фондом. Основой сенсора стали углеродные наночастицы, которые под воздействием ультрафиолета начинают светиться, причем интенсивность и спектр их свечения меняются в зависимости от состава раствора. Для анализа этих спектров и определения концентрации ионов была создана нейросеть.
Наносенсор предназначен для быстрого выявления ионов‑загрязнителей, таких как медь, никель, кобальт, свинец, алюминий, хром и нитрат‑ионы. Для его создания использовались углеродные точки, размер которых в 50 раз меньше бактерий. Эти наночастицы синтезируются гидротермальным методом из лимонной кислоты и этилендиамина, что обеспечивает наличие азота в их структуре и усиливает их свечение. Исходные компоненты растворяются в воде и подвергаются нагреву до 200 градусов под высоким давлением, в результате чего формируются углеродные точки.
При облучении ультрафиолетовым светом углеродные точки излучают синее свечение, интенсивность и оттенок которого зависят от концентрации и состава ионов в растворе. Ученые провели эксперименты с более чем 7800 растворами, содержащими различные комбинации и концентрации ионов. В каждый раствор добавлялись углеродные точки, после чего регистрировались спектры их свечения.
Разработанная нейросеть продемонстрировала высокую точность в анализе спектров и определении концентраций всех семи ионов, даже в сложных многокомпонентных смесях. Результаты анализа соответствуют требованиям, предъявляемым к устройствам для промышленного контроля концентрации ионов в сточных и технологических водах.
Руководитель проекта, ведущий научный сотрудник кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ Татьяна Доленко отметила, что их разработка позволяет решать сложные аналитические задачи с помощью комбинации наночастиц и искусственного интеллекта. По ее словам, это открывает перспективы для создания компактных и недорогих приборов, которые смогут быстро анализировать состав воды в полевых условиях и на производствах. В будущем планируется адаптировать технологию для работы с различными типами водных сред.
Источник: ТАСС
распечатать статью
