Учеными Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН создан прототип высокочувствительного газоанализатора для определения молекулярного состава многокомпонентных газовых сред на основе спектров комбинационного рассеяния света. Работающий на этом принципе томский прибор – простой, недорогой и неприхотливый, он выгодно отличается от сложных в использовании хроматографов и дорогостоящих масс-спектрометров, которые применяются только в лабораторных условиях, а работать с ними может только подготовленный специалист.
– Суть комбинационного рассеяния света можно объяснить на простом примере. Взяв в руки лазерную указку и включив ее, вы направляете зеленый лазерный луч сквозь атмосферу. Если использовать светофильтр, то можно увидеть, как разными цветами светятся частички, попавшие в область этого луча. Взаимодействуя с лазерным лучом, разные вещества переизлучают свет на волнах разной длины. Таким образом, возникает уникальный инструмент, с помощью которого можно точно определить полный молекулярных состав веществ, – отметил руководитель группы разработчиков кандидат технических наук Дмитрий Петров, ведущий научный сотрудник лаборатории научного приборостроения ИМКЭС СО РАН.
Легкий и компактный портативный прибор с современным дизайном появился в итоге пятилетнего цикла научных исследований на стыке фундаментальной спектроскопии и прикладной оптики, а некоторые компоненты устройства были разработаны и напечатаны на 3D-принтере прямо в институте в рамках выполнения гранта программы «Умник» аспирантом Матвеем Костенко.
Главным преимуществом анализатора является его высокая чувствительность, способность распознать любые молекулы, концентрация которых превышает одну тысячную долю процента. Чтобы добиться таких показателей, ученым пришлось преодолеть серьезное препятствие: сложность заключалась в том, что интенсивность сигналов от таких маленьких частичек очень слабая, и необходимо было отыскать техническое решение для их регистрации.
– Если у какого-то сорта молекул маленькая концентрация в анализируемой среде, то и интенсивность рассеянных сигналов будет слабая. При этом каждое устройство всегда имеет свой собственный шум. В таком случае шум от устройства может оказаться выше, чем зарегистрированная интенсивность молекул. И чтобы достоверно измерить их концентрацию, необходимо либо уменьшить шум устройства, либо увеличить интенсивность сигналов. Мы выбрали именно этот путь, – пояснил Дмитрий Витальевич, вошедший по итогам 2025 года в число самых цитируемых ученых мира согласно рейтингу международного издательства Elsevier.
Томские ученые активно работают над созданием методик и алгоритмов обработки сигналов, что требует проведения серьезных фундаментальных исследований в области спектроскопии. В планах научной группы получить с требуемой точностью параметры рассеяния света различных сортов молекул (сейчас в их распоряжении сведения о наиболее распространенных), а также выйти на мелкосерийное производство этого уникального продукта.
© Пресс-служба ТНЦ СО РАН
