Система визначення нерозчинних домішок у воді сенсорами на основі плазмонного резонансу

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorДорожинська, Ганна Василівна
dc.contributor.authorРоманенко, Анна Юріївна
dc.date.accessioned2024-01-18T09:51:52Z
dc.date.available2024-01-18T09:51:52Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractМагістерська 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.uk
dc.description.abstractotherThe master's thesis consists of 113 pages, 27 are indicated in the text drawings 44 titles of bibliographic references are used in this work. The aim of the work is to create a system with increased accuracy for determining insoluble impurities in water using sensors based on plasmon resonance. The object of the research is phenomenon of surface plasmon resonance at interface of metal-suspension media. The subject of research is the process of determining insoluble impurities in water by surface plasmon resonance sensors. The paper analyzes the existing methods of determining insoluble impurities in water and identifies their disadvantages and advantages. The disadvantage of the most common methods of determining impurities in water is the high cost of measuring equipment, the need to prepare a water sample, and its large volume. As a result of the analyzed data, it was decided to develop a system for determining insoluble impurities in water using surface plasmon resonance sensors. Numerical modeling of the influence of reflection characteristics for excitation wavelengths of surface plasmons in the range from 650 nm to 1550 nm was carried out. The optimal wavelength (980 nm), the optimal thickness of the gold film (47 nm) and the working angle of light incidence from the laser on the metal-suspension interface (58 degrees) were determined. Based on the simulation results, the sensitivity was calculated for silicon oxide and iron oxide suspensions, respectively: 7.45 μV/NTU (55 (μV·l/mg) or 0.11 mV/ppm) and 27.75 μV/NTU (208 (μV· l/mg) or 0.42 mV/ppm). The possibility of using the phenomenon of surface plasmon resonance to determine insoluble impurities in water was experimentally confirmed using the "Plasmon" series device. Schematic solutions were developed, electronic components of the system were selected. During the calculations, the total current consumption of the device was calculated, namely, 72 mA and the total power consumption of 0.36 W. The main relative error of measuring the output voltage of the system device was calculated - 1.0%. The limit of detection of insoluble impurities in water, namely nanoparticles of silicon oxide and iron oxide, is calculated. The minimum iron oxide concentration was 0.23 mg/l (1.8 NTU). The minimum silicon oxide concentration was 0.68 mg/l (5 NTU). The measurement range of the concentration of iron oxide nanoparticles in water for the linear range of the output voltage measurement was 3.52 g/L, which meets the requirements of existing standards. The scientific novelty of the work is that a system for determining insoluble impurities in water was proposed and created based on the phenomenon of surface plasmon resonance, which uses a source of infrared radiation to excite surface plasmons. Approbation of work. The results of the work are covered in the following publications: 1. Romanenko A. Yu., Dorozhynska G. V. Numerical modeling of the concentration of insoluble impurities in water under the condition of plasmon resonance / XIX Scientific and practical conference of students, graduate students and young scientists "Efficiency and Automation of Engineering Solutions in Instrumentation". - Kyiv, Ukraine. – December 20-21, 2023. 2. Romanenko A. Yu., Dorozhynska G. V. Increasing the sensitivity of the sensor for determining insoluble impurities in water / XIX Scientific and practical conference of students, graduate students and young scientists "Efficiency and Automation of Engineering Solutions in Instrumentation". - Kyiv, Ukraine. – December 20-21, 2023.uk
dc.format.extent113 с.uk
dc.identifier.citationРоманенко, 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.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/63917
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectсенсорuk
dc.subjectповерхневий плазмонний резонансuk
dc.subjectнерозчинні домішки у водіuk
dc.subjectчутливістьuk
dc.subjectмежа детектуванняuk
dc.subjectsensoruk
dc.subjectsurface plasmon resonanceuk
dc.subjectinsoluble impurities in wateruk
dc.subjectsensitivityuk
dc.subjectdetection limituk
dc.titleСистема визначення нерозчинних домішок у воді сенсорами на основі плазмонного резонансуuk
dc.typeMaster Thesisuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Romanenko_magistr.pdf
Розмір:
2.37 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (ІВТ)
Магістерські роботи