Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Оптический метод анализа концентрации соли кобальта в жидких средах Итин Алексей Леонидович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Итин Алексей Леонидович. Оптический метод анализа концентрации соли кобальта в жидких средах: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.11.07 / Итин Алексей Леонидович;[Место защиты: ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»], 2018.- 109 с.

Введение к работе

Актуальность работы.

В настоящее время проблема загрязнения окружающей среды остро встает перед человечеством, они поступают в мировой океан из многих различных источников и часто в больших объемах. Некоторые формы такого загрязнения обусловлены отсутствием обработки сточных вод, промышленными сбросами, вымыванием шахтных отходов, а также вымыванием остатков сельскохозяйственных удобрений и пестицидов.

Создание систем мониторинга среды является одной из существенных задач, стоящих перед наукой. Важными критерием высокого качества среды является соответствие заранее определенным нормам и диапазонам значений физических, геометрических, химических показателей.

Нормирование содержания вредных веществ в среде проводят по предельно допустимым концентрациям (ПДК).

Тяжелые металлы, такие как кобальт, являются весьма токсичными для водной среды. Избыток таких веществ для человека крайне вреден. Регулярное потребление с водой, к примеру, солей кобальта может привести к побочным эффектам на сердце, и в отдельных случаях, к летальному исходу.

Использование кобальта в пищевой промышленности обусловлено тем, что он выступает в качестве стабилизатора пены в пивных продуктах. В тоже самое время, кобальт обладает способностью накапливаться в волокнах сердечной мышцы, после чего стенки сердца становятся дряблыми и слабыми, в миокарде гибнут энергетические станции клеток сердца, появляются мелкие кровоизлияния и сердце начинает плохо сокращаться и не справляться со своей основной задачей – перекачивать кровь. ПДК солей кобальта в жидкости определено как 0,1 мг/л, 2 класс опасности.

Для оперативного и дистанционного контроля и регулирования ПДК в исследуемой среде широкое применение получили методы с использованием оптических анализаторов, это обусловлено рядом преимуществ: скоростью отклика, обеспечением частичной или полной автоматизации производства, высокой чувствительностью, малой массой и габаритами, такие анализаторы могут работать автономно, без вмешательства оператора, причем они работают с системами накопления и автоматизированной обработки информации.

C целью поиска и оптимизации характеристик, разрабатываемого оптического анализатора были использованы методы моделирования.

Цель работы: Разработать оптический метод анализа концентрации солей кобальта в водном растворе с использованием полимера.

Основные задачи исследования:

1. Проанализировать известные методы для определения концентрации веществ в водных растворах и на основе анализа предложить альтернативное схемотехническое решение анализатора.

  1. Провести изучение материалов, используемых в качестве чувствительного и волноводного слоя к анализируемому веществу и выбрать, удовлетворяющие условиям, при которых будет достигаться достаточная чувствительность.

  2. Разработать модель обнаружения, на основе которой возможно производить оптимизацию параметров анализатора.

  3. Разработать имитационную модель анализатора на основе экспериментально полуденных данных.

Научная новизна:

Исследованы физико-химические свойства нового полимерного материала
и дана их интерпретация:

o Зависимость спектра пропускания полимера от заданных условий (от времени набухания полимера и концентрации кобальта в растворе);

o Исследовано изменение показателя преломления полимера от заданных условий;

o Исследована величина абсорбции полимера от заданных условий;

o Получена зависимость величины сенсорного эффекта анализатора от концентрации соли кобальта в растворе в диапазоне от 0,001 до 0,1 моль, а время срабатывания получено менее 2 мин.

Представлена оптимизированная методика измерения оптических свойств тетразолсодержащего акрилового гидрогеля с различным временем набухания;

Впервые предложен анализатор, в котором в качестве хемочувствительного слоя используется полимерный материал, что позволяет достигнуть невысокой цены и миниатюрности.

Практическая значимость работы:

Показана возможность использования акриловых гидрогелей в качестве чувствительного слоя оптического анализатора;

Разработана математическая модель интегрально-оптического анализатора в программной среде пакета Matlab, отражающая зависимость таких параметров, как: угол падения на структуру, угол отражения внутри волноводного слоя, оптические свойства материалов, используемых в сенсорном элементе, длину волну источники излучения;

Определены оптимальные геометрические размеры составных частей сенсорного элемента;

На основе предложенного метода представлена схема интегрально-оптического анализатора с трехслойной структурой и торцевым вводом излучения в волновод.

Реализация результатов диссертационной работы.

Исследования, проведенные в рамках диссертационной работы, внедрены в учебный процесс факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО при подготовке бакалавров

образовательной программы 16.03.01 «Техническая физика» и 12.03.05 «Лазерная техника и лазерные технологии».

Апробация работы и публикации

XL научная и учебно-методическая конференция НИУ ИТМО, 2011г.; Седьмая международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика-2011», 2011г.; I Всероссийский конгресс молодых ученых НИУ ИТМО, 2012г.; 8th International Conference on ODF'12, 2012г.; XLII научная и учебно-методическая конференция, 2013г.; Международная научно-практическая конференция "Свет Петербурга 2013", 2013г.; II Конгресс Молодых Ученых НИУ ИТМО, 2013г.; Международная научно-практическая конференция "Sensorica 2013", 2013г.; XLIII научная и учебно-методическая конференция НИУ ИТМО, 2013г.; III Всероссийский конгресс молодых ученых, 2014г.; Международная научно-практическая конференция "Sensorica 2014", 2014г.; IV Конгресс Молодых Ученых Университета ИТМО, 2015г.

Материалы диссертации опубликованы в 17 научных статьях, из них 2 в изданиях, входящих в перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (список ВАК).

Личный вклад автора

Постановка цели и задач диссертационной работы были проведены совместно с научным руководителем работы. Представленные в диссертационной работе результаты имитационного моделирования анализатора, проведенные эксперименты по выявлению физико-химических характеристик тетразолсодержащего гидрогеля и динамики их изменения, обработка и анализ полученных в них результатов были получены лично соискателем.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и заключения, и трех глав. Содержит 7 страниц машинописного текста, 48 рисунков, 13 таблиц и список источников из 66 позиций.