Магнитное поле Земли помогло физикам 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 создать недорогой анализатор жидкостей
Участники конкурса «Start-up 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 — 2018» создали прибор, способный анализировать состав и свойства жидкостей с помощью явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
Разработка, цена которой будет вдвое ниже зарубежных аналогов, может исследовать нефтяные эмульсии, водные растворы, определять содержание атомов водорода в?топливе или молекул воды в?продуктах. Кроме того, с?его помощью можно узнать, какая жидкость хранится в?закрытых контейнерах из?немагнитных металлов.
Главное преимущество прибора?— низкая стоимость. Сегодня в?мире можно купить только две аналогичных разработки: новозеландского производства?— за?20?000 долларов?— и?американского?— за?10?000?долларов. Цена отечественного варианта, по?оценкам будущих предпринимателей, окажется в?несколько раз ниже?— около 300?000?рублей. При этом прибор имеет очень широкую сферу применения: его можно использовать в?пищевой, химической или нефтяной промышленности.
?
Датчик прибора представляет собой куб со?стороной 40?сантиметров, стенки которого сделаны из?немагнитных металлов?— алюминия и?меди, что помогает уменьшить электромагнитные помехи. Внутри куба находится катушка индуктивности, в?которую помещается образец исследуемого вещества. На?него в?течение нескольких секунд воздействуют сильным магнитным полем, затем в?течение нескольких миллисекунд?— слабым радиоимпульсом. В?итоге ядра вещества излучают радиосигнал, который с?помощью компьютера преобразуется в?спектр. Этот спектр у?каждого вещества свой, благодаря чему исследователи могут отличить вещества друг от?друга подобно тому, как людей отличают по?отпечаткам пальцев.
Обычно, главная часть ЯМР-спектрометров?— это большой и?мощный сверхпроводящий магнит с?очень однородным полем. Создавать и?обслуживать его крайне сложно, поэтому стоит такой аппарат достаточно дорого. Однако капитан команды, кандидат физико-математических наук Павел Куприянов при содействии сотрудников кафедры ядерно-физических методов исследования создал прибор, в?котором этот элемент заменяет самый доступный магнит?— планета Земля.
Земное поле?— это просто подарок. Магнитные силовые линии на?поверхности планеты параллельны, поэтому поле очень однородное.
Кандидат физико-математических наук Павел Куприянов
?Но?при работе в?лаборатории возникает ряд проблем: земное поле искажается из-за арматуры в?стенах, компьютеров, оборудования и?других металлических предметов. Поэтому на?каркасе датчика располагаются дополнительные катушки, которые исправляют неоднородность поля. Кроме того, различные приборы, находящиеся в?соседних помещениях, создают электромагнитные помехи, от?которых спасает экранирующий куб из?меди и?алюминия?,?— объясняет физик.
Но?самая большая проблема, как рассказывает Павел,?— это изменяющиеся магнитные поля, накладывающиеся на?магнитное поле Земли, которые вызывают мощные электроприборы, а?также электротранспорт. Они сильно влияют на?качество ЯМР-спектра. Физикам 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 удалось решить эту проблему, включив в?систему второй ЯМР-датчик, сигнал которого используется для коррекции спектра. На?метод получения спектров ЯМР в?земном поле с?помощью второго опорного датчика недавно был получен патент, авторами которого являются Павел и?его научный руководитель, профессор 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入, доктор физико-математических наук Владимир Чижик.
Еще одна интересная особенность прибора?— возможность анализировать жидкости, которые находятся внутри тонких металлических контейнеров из?немагнитных металлов (алюминия, меди, цинка и?других). Это может оказаться полезным, например, в?работе спецслужб: таким способом можно определить содержимое закрытой пивной банки, если есть подозрения, что человек пытается пронести запрещенные жидкости в?места скопления людей.
Хотя обычно подобные приборы предназначены в?первую очередь для лабораторных работ в?вузах?— с?их?помощью студенты учатся понимать явление ядерно-магнитного резонанса, Павел Куприянов отмечает, что ЯМР в?земном поле можно использовать и?для полевых научных исследований. Например, специалисты из?Новой Зеландии с?помощью ЯМР-технологии изучали содержание морской воды в?антарктических льдах, а?ученые на?Урале так исследуют грунтовые воды без бурения.
Сегодня под научным руководством Владимира Чижика над проектом также работают:
- физик-аспирант Андрей Чудин
- студентка направления ?Прикладные физика и?математика? Вероника Мамонтова
- магистрантка направления ?Химия? Валерия Баранаускайте
- студентка направления ?Менеджмент? Светлана Супранович
К?финалу конкурса в?мае команда планирует представить новую версию прибора, которая будет в?несколько раз меньше нынешней. Она будет предназначена для лабораторных работ студентов, и?на?ней также можно будет делать анализ состава жидкостей по?ЯМР-спектру. В?будущем участники команды надеются заинтересовать своими разработками предприятия пищевой промышленности, специалистов по?безопасности, строительные фирмы, аналитические лаборатории, учреждения геологоразведки, спецслужбы, медицинские центры и?другие учреждения.