Система визначення нерозчинних домішок у воді сенсорами на основі плазмонного резонансу
Вантажиться...
Дата
2024
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Магістерська дисертація складається з 113 сторінок, в тексті зазначено 27
рисунків. В роботі використано 44 найменування бібліографічних посилань.
Метою роботи є створення системи з підвищеною точністю для
визначення нерозчинних домішок у воді сенсорами на основі плазмонного
резонансу.
Об’єктом дослідження є явище поверхневого плазмонного резонансу на
межі середовищ метал - суспензія.
Предмет дослідження – процес визначення нерозчинних домішок у воді
сенсорами поверхневого плазмонного резонансу.
В роботі проведено аналіз існуючих методів визначення нерозчинних
домішок у воді та визначено їх недоліки та переваги. Недоліком найбільш
розповсюджених методів визначення домішок у воді є висока вартість
вимірювального обладнання, необхідність підготовки проби води та великий її
об’єм. В результаті проаналізованих даних прийнято рішення розробити
систему визначення нерозчинних домішок у воді сенсорами поверхневого
плазмонного резонансу.
Проведено чисельне моделювання впливу характеристик відбиття для довжин хвиль збудження поверхневих плазмонів в діапазоні від 650 нм до 1550 нм. Було визначено оптимальну довжину хвилі (980 нм), оптимальну товщину плівки золота (47нм) та робочий кут падіння світла
від лазера на межу метал-суспензія (58 градуси). За результатами моделювання
розраховано чутливість для суспензії оксиду кремнію та оксиду заліза,
відповідно: 7,45 мкВ/NTU (55 (мкВ·л/мг) або 0,11 мВ/ppm) та 27,75 мкВ/NTU
(208 (мкВ·л/мг) або 0,42 мВ/ppm).
Експериментально підтверджено можливість застосування явища поверхневого плазмонного резонансу для визначення нерозчинних домішок у воді на приладі серії «Плазмон». Розроблено схемні рішення, обрано електронні компоненти системи. В ході розрхунків вихначено загальний струм споживання приладом, а саме, 72 мА і сумарну споживану потужність 0,36 Вт. Розраховано
основну відносну похибку вимірювання вихідної напруги приладу системи –
1,0%. Розрахована межа визначення нерозчинних домішок у воді, а саме,
наночастинок оксиду кремнію та оксиду заліза. Мінімальна концентрація
оксиду заліза становила 0,23 мг/л (1,8 NTU). Мінімальна концентрація оксиду
кремнія становила 0,68 мг/л (5 NTU). Діапазон вимірювання концентрації
наночастинок оксиду заліза у воді для лінійного діапазону вимірювання
вихідної напруги становив 3,52 г/л, що задовольняє вимоги існуючих стандартів.
Наукова новизна роботи полягає у тому, що було запропоновано та
створено систему визначення нерозчинних домішок у воді на основі явища
поверхневого плазмонного резонансу, яка використовує джерело інфрачервоного
випромінювання для збудження поверхневих плазмонів.
Апробація роботи. Результати роботи висвітлені в наступних публікаціях:
1. Романенко А. Ю., Дорожинська Г. В. Чисельне моделювання
концентрації нерозчинних домішок у воді за умови виникнення плазмонного
резонансу / ХIX Науково-практична конференція студентів, аспірантів та
молодих вчених «Ефективність та Автоматизація інженерних рішень у
приладобудуванні». – Київ, Україна. – 20-21 грудня, 2023.
2. Романенко А. Ю., Дорожинська Г. В. Підвищення чутливості сенсора для
визначення нерозчинних домішок у воді / ХIX Науково-практична конференція
студентів, аспірантів та молодих вчених «Ефективність та Автоматизація
інженерних рішень у приладобудуванні». – Київ, Україна. – 20-21 грудня, 2023.
Опис
Ключові слова
сенсор, поверхневий плазмонний резонанс, нерозчинні домішки у воді, чутливість, межа детектування, sensor, surface plasmon resonance, insoluble impurities in water, sensitivity, detection limit
Бібліографічний опис
Романенко, А. Ю. Система визначення нерозчинних домішок у воді сенсорами на основі плазмонного резонансу : магістерська дис. : 152 Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка / Романенко Анна Юріївна. – Київ, 2024. – 113 с.