Спосіб контролю ступеня очищення води

Реферат: Спосіб контролю ступеня очищення води, при якому відбирають пробу води, що має забрудненість, вимірюють коефіцієнт світлопоглинання, причому додатково пробу води контролюють за кутовим показником явища поверхневого плазмонного резонансу в порівнянні з еталоном. UA 115844 U (12) UA 115844 U UA 115844 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі охорони навколишнього середовища та харчової промисловості, а саме до контролю води при її очищенні, і може бути використана, зокрема, на підприємствах харчової промисловості та санепідемстанціях. Відоме технічне рішення [1] визначення забруднення води металами, за яким контроль проводиться з використанням як біоіндикаторів пігментосинтезувальних дріжджів, засівання їх суцільним газоном, інкубування культури. Зразки фотографують при заданому освітленні, передають цифрове зображення на комп'ютер, визнають забруднення води важкими металами за зміною росту дріжджів та різницею інтенсивності кольору пігменту. Також відомий спосіб контролю хімічного показника кисню води [2] з використанням оптичного методу люмінесценції. Ці способи дозволяють визначити ступінь забруднення води, але селективно (метал або органіка). Найбільш близьким способом, прийнятим за прототип, є спосіб визначення загальної органічної забрудненості води та наявності заліза [3]. Цей спосіб є комплексним, що дає можливість визначити загальну ступінь забруднення. Недоліком такого способу є те, що він поєднує два методи (оптичний та хімічний аналіз), тому він тривалий, потребує велику кількість проби води, що ускладнює мобільний аналіз ступеню очищення води. Задачею пропонованої корисної моделі є створення експресного способу контролю ступеня очищення води за меншою кількістю об'єму проб та з можливістю виконувати контроль в мобільних умовах. Поставлена задача вирішується тим, що пропонується спосіб контролю ступеня очищення води, при якому відбирають пробу води, що має забрудненість, вимірюють коефіцієнт світлопоглинання, причому додатково пробу води контролюють за кутовим показником явища поверхневого плазмонного резонансу (ППР) в порівнянні з еталоном. Ефект ППР виникає при взаємодії електромагнітного р-поляризованого випромінювання видимого діапазону з границею поділу двох середовищ з різним показником заломлення. При цьому, умовою існування поверхневого плазмону є падіння світла від лазера (1) на межу двох середовищ зі сторони середовища з більшим показником заломлення (2) та наявність на границі між середовищами тонкої плівки (3) (менше 100 нм) з негативною діелектричною проникністю (фіг. 1). Оскільки для металів діелектрична проникність, обумовлена плазмою вільних електронів, негативна в широкому спектральному діапазоні, металева плівка (переважно Аu чи Ag) на діелектричній основі (більш оптично щільне середовище) є чутливим елементом ППР-приладів. Явище ППР полягає в різкому зменшенні інтенсивності світла, відбитого від вищевказаної границі поділу, що спостерігається при специфічному резонансному куті падіння. Для того, щоб визначити цей кут вимірюють залежність інтенсивності відбитого границею поділу світла від кута його падіння (характеристику відбиття) фотоприймачем (4) та визначають кутове положення її мінімуму, котре відповідає резонансному куту. Кутове положення резонансного кута визначається показником заломлення досліджуваного середовища, що контактує з металевою плівкою з протилежної сторони (менш оптично щільне середовище). Досліджуючи зміну положення мінімуму резонансного кута у часі, можна зробити висновки про зміну показника заломлення досліджуваного середовища, та процеси адсорбції-десорбції, котрі відбуваються на розглянутій границі поділу та характеризувати їх кількісно. В спеціалізованому приладі "Акварезонанс", котрий працює на явищі ППР, результати вимірів фіксуються на дисплеї персонального комп'ютера, ноутбука, смартфона або на дисплеї приладу (в залежності від модифікації приладу), математично обробляються по спеціально розробленому алгоритму. За рахунок механічної розгортки по куту падіння випромінювання на робочий елемент сенсор забезпечує діапазон по куту падіння - 17 кутових градусів. Це дозволяє отримувати повну характеристику відбиття та за допомогою спеціального програмного забезпечення вираховувати показник заломлення досліджуваного середовища в діапазоні від -7 1,0 до 1,5. За допомогою ППР можна визначати показники заломлення з чутливістю ±410 та -7 точністю ±210 . Крім того метод ППР дозволяє використовувати для аналізу дуже малі проби досліджуваної речовини від 0,01 мл до 1 мл, що є економічно вигідним у разі використання дорогих досліджуваних речовин та матеріалів. Використання приладу на основі явища поверхневого плазмонного резонансу дає додаткову інформацію щодо наявності забруднюючих елементів та, в той же час, для контролю використовуються проби об'ємом декілька мілілітрів, вимірювання проходить у автоматичному режимі та потребує декількох хвилин. Спеціалізований для контролю якості питної води прилад "Акварезонанс" є малогабаритним, вагою не більше 5 кг та потребує живлення 12 В, тобто може використовувати акумулятор. Все це дозволяє проводити контроль у мобільних умовах. 1 UA 115844 U 5 10 15 20 Таким чином, запропонований спосіб відповідає критерію корисності. Новизна запропонованої корисної моделі обумовлена сукупністю відомих та вперше запропонованих складових та ознак цього технічного рішення. Приклад реалізації. Для реалізації запропонованого способу було використано прилад "Акварезонанс", котрий вимірював кутовий зсув мінімуму характеристики відбиття (кутового показника явища ППР) при заміщенні у вимірювальній кюветі води-еталону досліджуваним зразком. Було досліджено чотири зразки води: зразок № 1 - вода деіонізована, дистильована (еталон); зразок № 2 - вода з колодязя. При цьому необхідний об'єм зразку для вимірювання становив лише 0,5±0,1 мл. Вимірювання проводили на приладі "Плазмон". Виміряне значення показника заломлення для зразка № 2 становив 1,32848±0,00001. Значення результату порівнювалось зі значенням показника заломлення еталону (n=1,32785±0,00001, при t=20 °C). Результати вимірювань показали, що запропонований спосіб контролю ступеня очищення води дозволяє за короткий проміжок часу (менше 25 секунд), для малого об'єму проби (0,5±0,1 мл) за кутовим показником явища ППР визначити ефективність очищення води за зміною її показника заломлення з високою точністю (±0,00001). Джерела інформації: 1. Гвоздяк П. І., Рильський О. Ф., Крупєй К. С. Спосіб визначення забруднення води важкими металами // патент України № 108287 від 10.04.2015 р. 2. Зенин Г.С., Сраго И.А., Кузьменко Н.А., Пенкина Н.В. Способ определения степени загрязненности сточных вод // заявка на патент РФ 94019462 от 23.05.1994 г. 3. Белоконова Н. А., Корюкова Л. В. Способ определения общей органической загрязненности воды // патент РФ № 2289120 от 08.12.2003 г. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Спосіб контролю ступеня очищення води, при якому відбирають пробу води, що має забрудненість, вимірюють коефіцієнт світлопоглинання, який відрізняється тим, що додатково пробу води контролюють за кутовим показником явища поверхневого плазмонного резонансу в порівнянні з еталоном. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2