ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 70, № 1, с. 99-103
= АНАЛИТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
УДК 543
НЕКОТОРЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА, РАЗРАБОТАННЫЕ В РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК*
© 2015 г. Ю. А. Золотов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет
119991 Москва, Ленинские горы, 1, стр. 3 E-mail: zolotov@analyt.chem.msu.ru Поступила в редакцию 31.03.2014 г.
Приведен перечень аналитических приборов, устройств (а также некоторых способов), созданных в учреждениях Российской академии наук после 2008 г. Даны краткие характеристики приборов.
Ключевые слова: аналитические приборы, химический анализ, спектрометры, газоанализаторы.
DOI: 10.7868/S0044450215010247
Приводимый ниже перечень работ, выполненных в Российской академии наук в 2008—2013 гг., не является исчерпывающим. Это следует хотя бы из того факта, что в перечне отсутствуют приборы, разработанные несколькими профильными институтами — Институтом аналитического приборостроения (Санкт-Петербург), Институтом геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (Москва), Институтом биологического приборостроения (Пущино). Тем не менее представленная информация может оказаться полезной.
Высокочувствительный газоанализатор для определения кислорода в технологических газах. Газоанализатор "ИСТОК" основан на электронно-захватном принципе и предназначен для экспрессного определения кислорода в неэлектроотрицательных газах: благородных газах (Аг, Не, N0, Хе, Кг), азоте, водороде, С02, СО, углеводородах (СН4, С2Н4 и др.), гидридах (8Ш4, ОеН4, NH3 и др.), СБ4, а также в смесях этих газов. Диапазон определяемых содержаний 10-8—10-2 об. доли. Относительная погрешность определения содержания кислорода в диапазоне 10—6—10-2 об. доли не более 12%, в диапазоне 10-10—10—6 — не более 15%. Газоанализатор работает в потоке, либо в режиме отбора проб. Время установления отсчета — 2 мин. Газоанализатор готов к измерениям через 5 мин после включения. Питание прибора осуществляется от сети 50 Гц, 220 В. Вес прибора 11.5 кг, размеры 480 х 360 х 200 см. Гарантийный срок эксплуатации 5 лет. Газоанализатор
* По материалам отчета "Важнейшие исследования и разработки научных учреждений РАН в 2008—2012 гг., готовые к практическому применению. Информационный сборник". М.: РАН, 2013. 327 с.
обладает стабильностью, поскольку а-источ-ник Pu239 имеет период полураспада порядка 30 тыс. лет, что обеспечивает постоянство сигнала в режиме полного сбора электронов ионизации. Калибровочный сигнал позволяет проверять и корректировать стабильность работы электронного тракта. а-Источник (700 распадов в секунду) не подлежит учету в органах СЭС, так как абсолютно безопасен. Прибор аттестован Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии РФ как средство измерений. Газоанализаторы работают на нескольких десятках предприятий СНГ: на заводах "Элма", ЗАО НТА "Наука", ОАО "Криогенмаш", ЗАО "Транскат", ВНИИФТРИ, ВНИИМС, заводе "МИКРОН" и др. Разработчик — Институт ядерных исследований РАН.
Спектральные аналитические системы на основе перестраиваемых диодных лазеров. В Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН разработан ряд лазерных систем для решения аналитических задач: анализатор спиновых изомеров воды (орто- и пара-воды), анализатор изотопического состава выдыхаемого воздуха 12CO2/13CO2 для целей диагностики заболеваний в гастроэнтерологии, анализатор эндогенного CO в выдыхаемом воздухе для диагностики в пульмонологии и спортивной медицине (рис. 1). В основе используемого подхода лежат методы лазерной молекулярной спектроскопии высокого разрешения в ближнем и среднем ИК-диапазонах. Используемый подход и параметры разработанного программно-аппаратного комплекса позволяют получать хорошее сочетание чувствительности, точности, селективности и быстродействия. Созданный
задел является платформой, позволяющей на ее базе решать аналитические задачи, требующие высокой чувствительности и селективности (анализ атмосферного и выдыхаемого воздуха, продуктов горения, газовых сред и т.п.). Использованы полностью цифровая оригинальная электронная система, оригинальное программное обеспечение и алгоритмы обработки данных, уникальная оптико-механическая система (существуют зарубежные разработки, сопоставимые по аналитическим характеристикам, но отличающиеся по техническим, схематическим и конструкторским решениям). Создано малое предприятие ООО "Лазерные аналитические системы", участвующее в разработках лазерной аналитической техники. Получены патенты РФ на изобретение № 2 384836, приоритет от 20.11.2008; на полезную модель № 84986, приоритет от 20.11.2008; на изобретение № 2453 826, приоритет от 04.06.2010, опубликовано 20.06.2012.
Компактный малогабаритный спектрометр те-рагерцового диапазона частот на основе устройств твердотельной электроники. В ИФМ РАН разработаны спектрометр на основе эффекта свободно затухающей поляризации в области частот 500—3000 ГГц и синтезаторы частот на разные диапазоны с кварцевой стабильностью частоты, использующие полупроводниковые сверхрешетки в качестве умножителей и гармонических смесителей. Способность спектрометра обнаруживать ряд распространенных молекул не хуже 1 млрд-1, спектральное разрешение ограничивается эффектом Доплера, минимальное время измерения составляет 1 мкс, правильность измерения интенсивности линии поглощения — не хуже 5%. Области применения: прецизионная спектроскопия, экология, неинвазивная диагностика в медицине. Достоинством прибора является сочетание высокой точности и скорости измерений, а также простоты эксплуатации и надежности, что, как считают разработчики, пока не обеспечивается ни в одном коммерческом анализаторе. По своим параметрам (обнаружительная способность,
Рис. 2. Компактный терагерцовый спектрометр высокого разрешения.
спектральное разрешение, минимальное время измерения, точность измерения интенсивности линии поглощения) спектрометр превосходит многие аналоги, а по конструктивному исполнению не имеет аналогов. Спектрометр открывает новые возможности в медицине для оперативного мониторинга и выявления заболеваний на ранней стадии на основе анализа выдыхаемого воздуха и "запахов" организма. Прибор может быть использован для экологического мониторинга, а также в системах обеспечения безопасности для обнаружения химических агентов и взрывчатых веществ.
Компактный терагерцовый спектрометр высокого разрешения для экспресс-анализа. Реализована методика терагерцовой спектроскопии на основе оптического преобразования суммарного излучения двух одномодовых лазеров с близкими частотами оптической генерации. Предложен оригинальный дизайн генерирующей части фотомиксера и фотоприемника, основанный на применении наноэлектродов. Создан фотомиксер с параметрами мощности генерации более 10 нВт на частоте 20 ГГц при мощности оптической накачки 10 мВт и рабочим диапазоном 15 ГГц—1.5 ТГц (рис. 2). Ближайшим аналогом является терагерцовый спектрометр CW 400 фирмы Tera View (Великобритания), обладающий более ограниченным спектральным диапазоном (50 ГГц—1.5 ТГц) и ухудшенным частотным разрешением. Он работает только при комнатной температуре, что исключает возможность его использования в ряде промышленных и научно-технических приложений. В новом приборе можно размещать сенсоры в очень ограниченном пространстве, а оригинальный дизайн открывает возможности работы в экстремальных условиях (низкие температуры и сильные магнитные поля). Кроме того, цена компактных сенсоров спектрометра оказывается суще-
ственно ниже цены аналогов. Использование спектрометра возможно в сферах систем безопасности и противодействия терроризму, в медицине и фармакологии. Для продвижения продукта привлечено малое предприятие ООО "Инспект-Микро". Разработчик — Институт физики твердого тела РАН.
Эмиссионный спектрометр для определения водорода в титановых сплавах. Спектрометр, называемый "Анализатор Н(И)", решает задачу контроля следовых концентраций водорода в высококачественных титановых сплавах. Диапазон концентраций водорода — 0.002—0.35 мас. % (обусловлен диапазоном концентраций комплекта стандартных образцов ОСО22 производства ВИАМ). Использован современный генератор конденсированной искры, оптика переброса света плазменного разряда в ми-ниспектрограф, компонентом оптики является стандартный волоконный жгут. Миниспектро-граф МС250 с системой регистрации позволяет выделить анализируемую линию водорода. Программное обеспечение МОРС-1 дает возможность вести обработку полученных спектров. Прибор предназначен для замены устаревших анализаторов, выпущенных в 70—80 годах прошлого века и работающих с устаревшими фотоприемниками. Новый прибор позволяет автоматизировать определение водорода, уменьшить время анализа и сделать его более точным. Анализатор разработан Институтом спектроскопии РАН и ООО "Многоканальные оптические и регистрирующие системы". Организовано производство прибора. Компоненты разработки позволили модернизировать анализаторы в РКК "Энергия" (Королев), ВИАМ (Москва) и МАТИ. Приборы поставлены в корпорацию "Тактическое ракетное вооружение" (Королев) и в ОАО "Калужский турбинный завод" (Калуга).
Устройство для изучения пространственного распределения элементов. Разработка предназначена для оценки распределения химических элементов на поверхности и по глубине образца экспрессным и неразрушающим способом. Подход основан на использовании рентгенофлуоресцент-ного анализа (РФА). В классическом исполнении РФА не подходит для решения элементного анализа с неоднородным распределением элементов по объему. Предлагаемая разработка представляет собой способ реализации РФА с разрешением в единицы микрон вдоль и по глубине образца. Использованы микрофокусная рентгеновская трубка максимальной мощности 30 Вт с размером фокусного пятна 50 мкм, поликапиллярная рентгеновская фокусирующая оптика и энергодисперсионный детектор. Применение разработки возможно в областях, где разрешение по глубине играет принципиальную роль (анализ картин и скульптур, оценка многослойных структур в электронике, оценка возможности последовательного нанесения разли
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.