Химики удешевили спектрофотометр светодиодами

30 января 2020
47

Ученые собрали и охарактеризовали на трех стандартных растворах спектрофотометр, в котором в качестве источника излучения установлены светодиоды, из-за чего себестоимость устройства составила всего 63 доллара. Хоть спектрофотометр оказался в десятки раз дешевле коммерчески доступных, он не уступил им по чувствительности и точности анализа. Спектрофотометры стоят почти в каждой современной лаборатории, которая занимается химическим анализом веществ. Они достаточно дешёвые в сравнении с более сложными приборами и обладают достаточными характеристиками для решения широкого спектра важных задач: определение многих органических, неорганических и лекарственных веществ. Однако в мире немало лабораторий, где цена в две тысячи долларов за такие приборы делает их либо самым дорогим оборудованием в учреждении, либо совсем лишает возможности их приобрести.

Современные спектрофотометры используют вольфрамовые лампы накаливания в качестве источника света в диапазоне от 350 до 2500 нанометров, из которых с помощью относительно сложной системы линз, щелей и дифракционных решеток выделяется почти монохроматическое (одной длины волны) излучение. Это излучение проходит сквозь кювету с анализируемым раствором, частично поглощается в нем и затем попадает на детектор. Доля поглощенного раствором излучения используется для определения концентрации определяемых веществ. Использование монохроматического излучения необходимо для уменьшения мешающих влияний, которые могут возникать из-за поглощения света примесными веществами в растворе. Относительно дорогие современные спектрофотометры обеспечивают ширину полосы (диапазона длин волн) от четырех до 20 нанометров, тогда как дешевые светодиоды могут излучать свет с шириной полосы от 10 до 60 нанометров в зависимости от выбранного цвета. 

Высший предел концентрации железа, ниже которого сохранялась линейная зависимость сигнала от концентрации, составил от трех до 4,99 миллиграмм в литре. Тогда как коммерчески доступные приборы обеспечивали предел от трех до 6,99 миллиграмм в литре. Аналогично небольшую разницу заметили и в определении верхнего предела линейности других двух растворов, а также незначимыми посчитали разницу в значениях коэффициента детерминации, точности и пределов обнаружения. Однако, наклон калибровочной прямой, который отражает чувствительность прибора к малым изменениям концентрации, оказался сравнимым с значением полученным более дорогими спектрофотометрами только при определении железа. Чувствительность определения марганца и фторида оказались почти в полтора раза хуже. Авторы утверждают, что описанный спектрофотометр себестоимостью 2,6% цены коммерческих спектрометров обеспечит лаборатории, у которых все еще нет этого универсального прибора, возможностью проводить важные анализы без значимой потери в характеристиках. Так как прибор способен работать от шестивольтной мотоциклетной батареи, его также можно переносить и проводить анализ вне лаборатории.