Акустическая левитация как новый метод анализа воды

Акустическая левитация как новый метод анализа воды

Использование звуковых волн для левитации капель воды в воздухе – технология более эффективного обнаружения в составе воды вредных примесей тяжелых металлов, подобных свинцу и ртути. Обнаружение даже малых долей тяжелых металлов в составе воды видится важным фактором. Этот вид загрязнителей опасен для людей и окружающей среды. Новая технология акустической левитации капель поможет создать инструменты, способные выполнять в режиме реального времени мониторинг загрязняющих веществ непосредственно на месте.

Мониторинг окружающей среды и здоровья

Несмотря на обширное разнообразие датчиков воды, призванных обеспечить постоянный мониторинг, обнаружение тяжелых металлов в жидкости, как правило, выполняется только через передачу образцов на специальный лабораторный анализ.

Новая методика акустической левитации позволяет обойтись более простым вариантом анализа, который допустимо применять в рабочих условиях сразу на месте. Вид анализа методом акустической левитации может привлечь внимание:

  • сельскохозяйственных,
  • фармацевтических,
  • водоочистительных,
  • других отраслей,

Везде этот инструмент обещает высокую эффективность и упрощённый процесс, где требуется производить периодический мониторинг на предмет загрязнений.

На страницах журнала «Optics Letters Optical Society» (OSA) подробно описывается новый технологичный подход. В частности, для анализа на присутствие тяжёлых металлов отмечается использование чувствительной методики, известной как лазер-искровая спектроскопия (LIBS: Laser-induced breakdown spectroscopy).

Акустическая левитация капель воды позволяет жидкости испаряться в полностью контролируемом состоянии, что увеличивает массовую концентрацию загрязняющих веществ в образце и облегчает проведение анализа LIBS.

Разработчики продемонстрировали, насколько качественно акустическая левитация позволяет обнаруживать даже незначительное наличие тяжелых металлов — бария, кадмия, ртути и других. При этом по времени процедура требует лишь нескольких минут.

Применение LIBS обусловлено тем, что этот способ предлагает быстрый и простой вариант идентификации нескольких элементов одновременно. Технология LIBS работает путем фокусирования лазерного импульса высокой энергии на образце.

Лазерный импульс испаряет материал и генерирует плазму. Поскольку свет, излучаемый плазмой, содержит атомные отпечатки материала, это свойство помогает идентифицировать химические компоненты образца путем анализа испускаемого света.

Этот процесс видится относительно простым при условии использования LIBS-анализа на твердых образцах. Для работы с твердотельными образцами существуют даже несколько портативных «карманных» устройств.

Особенности мониторинга жидкостей 

Однако для непосредственного анализа жидкостей картина резко меняется. Плазма, образующаяся в жидкостях, быстрее остывает и «живёт» очень короткое время.

Кроме того, при производстве плазмы на поверхности жидкости возникают брызги воды, которые непосредственно влияют на качество спектроскопии.

Поэтому разработчики отказались от старой методики осаждения капель на подложку. Вместо этого использовали интенсивные звуковые волны для левитации одиночных капель. Звуковые волны создают силу, достаточную чтобы противодействовать гравитации.

Акустическая левитация — это простейший, экономически выгодный способ предварительной концентрации необходимых элементов, без загрязнений поверхности подложки.

Отметили разработчики. Акустическая левитация не требует электрических либо магнитных свойств образца, как этого требуют другие методы, практикуемые для достижения подобного эффекта.

Экспериментальное применение акустических волн для левитации одной капли способствовало быстрому обнаружению очень низких концентраций тяжелых металлов.

Так, были обнаружены 0,7 мг кадмия и 0,2 мг бария в одном литре воды. Эксперимент также показал, что применяемая методика акустической левитации достаточно стабильна для воспроизводства анализа LIBS.


На основе материалов: OSA


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *