Регистрация / Вход
Прислать материал

14.575.21.0063

Аннотация скачать
Общие сведения
Номер
14.575.21.0063
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет"
Название доклада
Разработка методов лазерной индуцированной флуориметрии для создания аналитических комплексов по оперативному определению и прогнозированию состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения.
Докладчик
Нагорный Иван Григорьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Исследование и разработка комплекса научно-технических решений, направленных на создание аналитических комплексов по оперативному определению и прогнозированию состояния окружающей среды для предотвращения и ликвидации ее загрязнения, основанного на анализе спектров индуцированной флуоресценции жидких сред.
Актуальность и новизна исследования

Новизна результатов проекта определяется одновременным измерением in-situ широкого перечня параметров, характеризующих состояние фитопланктонных сообществ, с возможностью разделения вкладов сигналов флуоресценции хлорофилла-а и растворенных органических веществ. Использование светодиодов дальнего УФ диапазона (240-350 нм) и многоканального фотоэлектронного умножителя позволят проводить оперативные измерения (1-3 мин) в натурных условиях.
Аналогичных морских приборов, одновременно сочетающих в себе, все возможности разрабатываемого экспериментального образца не существует.
Описание исследования

На первом этапе ПНИ «Выбор направления исследования» были получены следующие результаты: 1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ. 2. Проведены патентные исследования.

В аналитическом обзоре рассмотрены следующие вопросы: Анализ флуориметрических методов исследования растворенных органических веществ в воде; Инструментальные методы измерения флуоресценции растворенных органических веществ в воде; Флуоресценция РОВ природного происхождения; Флуоресценция РОВ антропогенного происхождения; Определение состояния фитопланктонных сообществ флуориметрическими методами; Методы измерения флуоресценции хлорофилла-а; Методы определения состояния фотосинтетического аппарата клеток фитопланктона; Схемы возбуждения образца воды; Методические требования к разрабатываемой продукции.

Аналитический обзор показал, что использование многоволнового способа возбуждения спектров флуоресценции проб воды позволяет оперативно анализировать типы РОВ в воде, исследовать процессы трансформации молекул РОВ и источники поступления РОВ в воду, повышать точность определения концентрации хлорофилла-а и РОВ, и характеризовать видовой состав и состояние фотосинтетического аппарата клеток фитопланктона. Использование различных схем возбуждения флуоресценции хлорофилла-а при закрытых и открытых реакционных центрах клеток фитопланктона позволяет определять различные фотофизические параметры клеток фитопланктона.

На втором этапе ПНИ были решены следующие задачи: 1. Исследовано формирование спектров индуцированной флуоресценции в исследуемых объектах под действием светового возбуждающего излучения с различными длинами волн, интенсивностью, длительностью 2. Разработан метод определения потенциальной эффективности фотосинтеза клеток фитопланктона. 3. Разработан алгоритм, реализующий метод определения потенциальной эффективности фотосинтеза клеток фитопланктона.

На третьем этапе ПНИ были решены следующие задачи: 1. Разработана программная реализации алгоритма, реализующего метод определения потенциальной эффективности фотосинтеза клеток фитопланктона – встроенного программного обеспечения анализатора спектров (АС). 2. Создан экспериментальный образца анализатора спектров индуцированной флуоресценции жидких сред (ЭО). 3. Разработана программная документаци на программное обеспечение ЭО анализатора спектров индуцированной флуоресценции жидких сред. 4. Разработана эскизная конструкторская документация на ЭО анализатора спектров индуцированной флуоресценции жидких сред. 5. Разработана Программа и методики лабораторных исследований с использованием ЭО с целью получения перечня параметров спектров возбуждения и измерения флуоресценции растворенных органических веществ в жидких средах, позволяющие идентифицировать наличие нефтепродуктов, терригенных веществ, гуминовых соединений, белковых соединений в жидких средах. 6. Проведены лабораторные исследования в соответствии с разработанной Программой и методиками. 7. Проведено испытание макета проточного лазерного флуориметра на предприятии Индустриального партнера. При решении поставленных зада упор делался на модульный подход к разрабатываемому экспериментальному образцу и программному обеспечению, что позволит в будущем создавать улучшенные и модифицированные версии разрабатываемых аппаратно-программных комплексов.

На четвертом этапе ПНИ были решены следующие задачи: 1 Разработана Программа и методики натурных испытаний ЭО с целью проверки соответствия разработанных технических решений требованиям ТЗ. 2 Проведены натурные испытания в соответствии с разработанной Программой и методиками. 3 Разработаны методики мониторинга загрязнения естественных акваторий с использованием АС. 4 Разработано ТЗ на изготовление опытного образца проточного лазерного флуориметра.

 

Результаты исследования

1. Измерены спектры флуоресценции проб морской воды, содержащей фитопланктон и растворенные органические вещества, при различных параметрах возбуждающего излучения: длина волны максимума интенсивности 240-540 нм, относительный разброс интенсивности 1-1000%, длительность импульсов от десятков наносекунд до сотен миллисекунд.

2. Разработан метод определения потенциальной эффективности фотосинтеза клеток фитопланктона.

3. Разработан алгоритм, реализующий метод определения потенциальной эффективности фотосинтеза клеток фитопланктона.

4. Разработан экспериментальный образец «Анализатора спектров индуцированной флуоресценции жидких сред» и соответствующая конструкторская документация

5. Разработано программное обеспечение для согласованной работы отдельных узлов экспериментального образца, а также для обработки и анализа регистрируемых сигналов, и соответствующая программная документация.

6. Подготовлены и проведены лабораторные испытания экспериментального образца.

7. Проведены натурные испытания экспериментального образца

 
Практическая значимость исследования
Обнаружение загрязнений водных сред на ранних стадиях позволит на порядки сократить расходы на ликвидацию последствий антропогенного воздействия. Районирование области загрязнения повысит эффективность работы по нейтрализации влияния вредных веществ, и даст возможность контролировать достаточность принятых мер. Предварительный поиск предвестников полезных ископаемых значимо снизит стоимость проводимых работ. Автоматическое проведение подспутниковых измерений существенно повысит точность спутниковых данных. Непрерывные измерения параметров, характеризующих функционирование клеток фитопланктона и распространения растворенных органических веществ в морской воде, позволит перейти к решению принципиально новых задач в области взаимодействия климатообразующих факторов и изменения климата.

Новизна результатов проекта определяется одновременным измерением in-situ широкого перечня параметров, характеризующих состояние фитопланктонных сообществ, с возможностью разделения вкладов сигналов флуоресценции хлорофилла-а и растворенных органических веществ. Использование светодиодов дальнего УФ диапазона (240-350 нм) и многоканального фотоэлектронного умножителя позволят проводить оперативные измерения (1-3 мин) в натурных условиях. Аналогичных морских приборов, одновременно сочетающих в себе, все возможности разрабатываемого экспериментального образца не существует.