Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) создали колориметрические сенсоры, которые могут определять различные вещества в пищевых продуктах, напитках, биологических жидкостях и даже в поверхностных и подземных водах. Эти сенсоры можно связать со смартфоном и с помощью нейросети провести первичный химический анализ. Вся процедура занимает всего несколько секунд или минут.
Принцип работы колориметрической системы прост. Каждый сенсор имеет внутреннюю структуру, которая реагирует на целевое вещество изменением цвета. Смартфон делает цифровое изображение сенсора, а затем по цвету и интенсивности интерпретирует результат, определяя вещество и его концентрацию.
Сенсоры изготовлены из безопасного и распространенного материала – полиметилметакрилата. Специалисты модифицируют его внутреннюю структуру, чтобы сенсор мог менять цвет при контакте с образцом. Кроме того, полиметилметакрилатная матрица способна самостоятельно находить нужное вещество в сложных смесях, включая биологические жидкости и растительные экстракты.
Для каждого вещества создается свой сенсор, который имеет индивидуальную структуру и цвет. Это позволяет системе цифровой колориметрии ТПУ работать более эффективно и точно. Система использует весь видимый диапазон от 400 до 800 нанометров, включая индивидуальные особенности спектра на всем диапазоне. Это дает больше данных для обработки и повышает стабильность характеристик.
При обнаружении вредных веществ ученые опираются на нормативные документы, которые устанавливают предельно допустимые концентрации веществ и естественные ограничения по формированию колориметрического сигнала.
Сейчас цифровая обработка осуществляется с помощью свободно распространяемых программ для смартфона или графических редакторов на компьютере. В 2025 году планируется разработать нейросеть, которая будет способна распознавать определяемое вещество и его концентрацию в сенсорах после машинного обучения на образцах сенсоров тестовой группы. Это позволит сделать систему мультисенсорной и расширить область ее применения.
Разработанные сенсоры могут использоваться для мониторинга нефтяных месторождений, гидрологических исследований поверхностных вод, экологического мониторинга территорий, включая подземные водозаборы, а также для контроля качества пищевой продукции и напитков. Исследования были поддержаны грантом Российского научного фонда.
Источник: ТАСС
распечатать статью
