Работу по созданию промышленного образца экспресс-анализатора для опасных жидкостей ведут сотрудники малого инновационного предприятия Санкт-Петербургского государственного университета «Спинус», сообщает пресс-служба СПбГУ 18 августа на официальном интернет-портале.

Ученые разрабатывают промышленный образец прибора, который позволит, не вскрывая упаковки, определять химический состав жидкости внутри любой тары. Стенки пластиковых бутылок, алюминиевых банок, стеклянных ампул не помешают работе прибора.

Работа анализатора основывается на принципе ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Такой прибор может быть использован для досмотров на массовых мероприятиях, на таможне и в других ситуациях, где необходимо быстро и точно находить опасные или запрещенные жидкости.

«Существуют методы, измеряющие электрическую проницаемость объекта, но их можно легко обмануть — например, если наклеить на стеклянную бутылку проводящую наклейку, прибор просто не поймет, что находится внутри бутылки. Наша разработка способна проникнуть через любую упаковку», — сообщил создатель прибора, генеральный директор Центра магнитно-резонансных исследований «Спинус» СПбГУ Павел Куприянов.

Идея создания прибора родилась, когда исследователь оканчивал магистратуру СПбГУ. В 2018 году на конкурсе инновационных бизнес-проектов «Start-up СПбГУ» ученый вместе со своими коллегами с кафедры ядерно-физических методов исследования уже представил рабочий макет прибора.

В обычной лаборатории магнитное поле Земли искажено и зашумлено электромагнитными помехами. Ученые смогли разработать устройство, способное в таких условиях получать качественный сигнал от ядер водород- и фторсодержащих жидкостей. Создатели отмечают, что прибор доступен для любой лаборатории и при этом может конкурировать с дорогостоящими ЯМР-спектрометрами высокого разрешения.

Датчик прибора окружен стенками из немагнитных металлов (алюминия и меди), помогающими уменьшить электромагнитные помехи. Внутри расположена катушка индуктивности, в которую помещается образец исследуемого вещества. В течение нескольких секунд на образец воздействует сильное магнитное поле, затем в течение нескольких миллисекунд — слабый радиоимпульс. В результате ядра вещества излучают радиосигнал, который с помощью компьютера преобразуется в спектр.

Спектр демонстрирует способность атомов вещества излучать, поглощать или рассеивать свет. У каждой жидкости есть свой индивидуальный спектр, поэтому перепутать две жидкости при знании спектра невозможно.

«По спектру можно безошибочно определять, какая жидкость находится внутри упаковки, причем не открывая ее. Для этого необходимо бутылку или банку положить внутрь прибора, а значит, для разных размеров тары необходимо создавать соответствующие датчики. Но это возможно», — объяснил Куприянов.

По словам исследователя, аналогичные приборы зачастую стоят тысячи евро, поскольку измерения чаще всего ведутся в сильных магнитных полях. Для создания такого поля в прибор монтируют сверхпроводящие магниты, которые необходимо обслуживать, а также содержать в сверхнизких температурах с использованием жидкого гелия или жидкого азота. В новом же приборе используется самое слабое магнитное поле — магнитное поле Земли.

Отмечается, что несмотря на ограниченность по числу наблюдаемых ядер (водород и фтор), прибор позволяет идентифицировать фосфор-, кремний- и углеродсодержащие жидкости, поскольку имеет возможность наблюдать взаимодействие ядер разного вида.

Исследователи зарегистрировали патент № 175974 на полезную модель «Устройство для стабилизации частоты ядерного магнитного резонанса в магнитном поле Земли». Во время совершенствования прибора было зарегистрировано еще три патента по данной тематике.

В настоящее время сотрудники «Спинус» завершают промышленный вариант анализатора. Несколько научных коллективов уже проявили интерес к разработке, чтобы использовать прибор в собственных лабораториях. Помимо этого, исследователи совместно с компанией «ТерраКванТех» ведут готовят базы данных по спектрам распространенных жидкостей, чтобы потом на ее основе создать систему для быстрого анализа содержимого емкостей, имеющих различные формы.