Чтобы питьевая вода оставалась чистой, специалисты постоянно следят за нашими поставками, чтобы проверить их на наличие загрязнений. Теперь лазерная технология протянет им руку помощи: новая система автоматически анализирует пробы воды на самих гидроузлах.
В современном мире без лазеров просто не обойтись. Мы используем их для распечатки документов, проигрывания компакт-дисков или DVD, сварки, резки или гибки компонентов автомобилей, обследования дорог, мониторинга кровотока и даже удаления опухолей из нашего тела. Теперь исследователи из Института прикладной физики твердого тела им. Фраунгофера IAF во Фрайбурге разработали технологию для дальнейшего применения. Их квантовый каскадный лазер - особый тип инфракрасного лазера - составляет ядро аналитического прибора, который позволяет автоматически отбирать пробы питьевой воды на самих гидроузлах. В результате компании, занимающиеся водоснабжением, могут в течение нескольких минут определить, содержит ли их вода какие-либо примеси - и что это за примеси. Система была разработана таким образом, чтобы обеспечить немедленную идентификациюопасные вещества . «Оборудование проверяет воду на наличие опасных веществ на гидротехнических сооружениях в ходе обычных операций и обеспечивает быстрое реагирование», - говорит д-р Франк Фукс, обобщая преимущества системы. Доктор Фукс является координатором Fraunhofer IAF проекта IRLSENS, который финансируется Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF).
Чтобы исследовать компоненты воды, специалисты используют молекулярную спектроскопию: то есть они исследуют оптические спектры молекул в воде. Каждое химическое соединение имеет уникальный спектр, поскольку отдельные молекулы вибрируют и поглощают свет на характерных частотах. Сама вода является очень сильным поглотителем инфракрасного света; Поскольку используемые до сих пор источники света давали небольшую мощность, до сих пор исследования такого рода были возможны только в лабораторных условиях. «Основным камнем преткновения является интенсивность света. Чтобы иметь возможность использовать молекулярную спектроскопию на самом гидротехническом сооружении, нам нужно было найти более мощный источник света», - объясняет Фукс.
Отбор проб воды в ходе рутинных операций
Квантовый каскадный лазер Fraunhofer IAF излучает свет, который в 1000 раз более концентрированный, чем тепловые излучатели из карбида кремния, используемые в лаборатории до сих пор. Инфракрасное излучение, которое имеет более длинные волны, которые не регистрируются человеческим глазом, можно использовать для анализа примесей в воде. Для молекулярной спектроскопии аналитиков интересуют длины волн от 7,3 до 11 микрометров. Больше не нужно готовить пробы воды в лаборатории, что требует времени и денег. Вместо этого их можно взять на место в ходе рутинных операций. Система измерения всего лишь немного больше обувной коробки, работает автоматически и практически не требует обслуживания.
Демонстрационный образец уже успешно прошел первоначальные практические испытания. На водопроводной станции Кляйне-Кинциг в Шварцвальде были проведены испытания различных концентраций подсластителя в качестве имитирующего вещества. Измерения проводились каждые три минуты в течение шести недель, при этом полностью автоматизированная система собирала в общей сложности 21 000 образцов. Результаты были отличными: каждый образец был записан с идеальной детализацией, без единой ошибки. Даже опасения относительно восприимчивости лазерного спектрометра к вибрациям оказались необоснованными, поскольку машины и насосы, работающие в машинном зале, не оказали отрицательного влияния на результаты испытаний. При наличии достаточного спроса партнер проекта Bruker Optik, компания, построившая демонстратор,
Немецкая система питьевого водоснабжения поддерживает чрезвычайно высокие стандарты качества. Пробы воды на всех гидротехнических сооружениях Германии регулярно проверяются в лабораториях, таких как Центр водных технологий (TZW) в Карлсруэ. Более того, каждый отдельный гидротехнический комплекс внимательно следит за запотеванием, значением pH и электропроводностью, чтобы незамедлительно вмешаться в случае любой аномалии. «Если мы увидим какие-либо такие аномалии, эта новая лазерная технология может быстро идентифицировать опасное вещество на месте и поддержать экспертов по водным ресурсам в оценке ситуации», - завершает Фукс.
