RU2714836C1 - Способ идентификации веществ в растворе и контроля концентрации растворов - Google Patents

Способ идентификации веществ в растворе и контроля концентрации растворов Download PDF

Info

Publication number
RU2714836C1
RU2714836C1 RU2019125987A RU2019125987A RU2714836C1 RU 2714836 C1 RU2714836 C1 RU 2714836C1 RU 2019125987 A RU2019125987 A RU 2019125987A RU 2019125987 A RU2019125987 A RU 2019125987A RU 2714836 C1 RU2714836 C1 RU 2714836C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluorescence
marking composition
concentration
vector
substance
Prior art date
Application number
RU2019125987A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Восталионович Самодуров
Original Assignee
Евгений Восталионович Самодуров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Восталионович Самодуров filed Critical Евгений Восталионович Самодуров
Priority to RU2019125987A priority Critical patent/RU2714836C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2714836C1 publication Critical patent/RU2714836C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области анализа состава вещества и касается способа идентификации веществ в растворе и контроля концентрации растворов. Способ включает в себя добавление к растворяемому веществу маркирующей композиции, включающей смесь флуоресцентных красителей с различными пиками спектра эмиссии. Маркирующую композицию кодируют относительными массовыми уровнями флуоресцентных красителей. Для каждой маркирующей композиции определяют спектр флуоресценции с измерением относительной интенсивности пиков флуоресценции каждого красителя для заданной реперной концентрации. Результат представляют в виде реперного вектора. При контроле исследуемого раствора, содержащего растворенное вещество вместе с маркирующей композицией, определяют спектр флуоресценции раствора и результаты измерения представляют в виде вектора интенсивности флуоресценции. Далее рассчитывают угол между измеренным вектором интенсивности флуоресценции и каждым реперным вектором из калибровочной таблицы и по минимальному значению угла идентифицируют исследуемое вещество. Концентрацию вещества определяют по отношению длин векторов. Технический результат заключается в упрощении способа и уменьшении требуемой номенклатуры флуоресцентных красителей. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 6 табл.

Description

Изобретение относится к способам экспертизы веществ на основе флуоресцентного анализа для их идентификации и контроля с помощью маркировки флуоресцентными красителями.
Способ идентификации веществ и контроля концентрации растворов может быть широко использован в агротехнике, например, для контроля использования гербицидов. Концентрация гербицида в баке опрыскивателя может находиться в пределах от 0,05% до 0,2% вес. Такие малые значения не могут быть надежно измерены другими известными методами как кондуктометрия и поляриметрия. Важной задачей также является и возможность идентификация растворов, т.е. раствор какого конкретно гербицида залит в бак опрыскивателя.
Известен способ определения концентрации витамина В2 и витамина В6 одновременно (CN106290278, кл. G01N21/64, опубл. 04.01.2017), включающий следующие этапы: измерение интенсивности флуоресценции смешанного раствора витамина В2 и витамина В6 с различными известными концентрациями; создание математической модели, показывающей влияние возбуждения флуоресценции витамина В2 в различных концентрациях на витамин В6; быстрое обнаружение витамина В2 и витамина В6 в смешанном растворе с использованием математической модели. Смешанный раствор витамина В2 с более высокой концентрацией и витамина В6 детектируют методом флуоресцентной спектрофотометрии, и исследуют правило влияния витамина В2 в различных концентрациях на эффективность гашения витамина В6, так что концентрация витамина В2 и концентрация витамина В6 могут быть точно и быстро обнаружены в смешанном растворе.
Недостатком способа является его ограниченное применение, т.е. только для веществ, имеющих заметную собственную флуоресценцию (B2) в сочетании со специфическим эффектом флуоресцентного тушения (B6) и неприменим для контроля концентрации веществ, у которых отсутствуют флуоресцентные свойства.
Известен способ использования флуоресцентных индикаторов для контроля диоксида хлора в целлюлозно-бумажных процессах (US5900113, кл. G01N21/64; G01N33/34; D21C9/14, опубл. 04.05.1999), включающий использование флуоресцентного индикатора, который избирательно вносят через всю бумагоделательную систему или в конкретной операции установки. При этом флуоресцентный индикатор является достаточно инертным и достаточно стабильным в условиях окружающей среды и химических условиях системы от точки добавления до точки отбора проб. Образец отбирают из среды производства бумаги (либо через «захват», либо через систему отбора проб в боковом потоке), а отобранный образец подвергается анализу. Анализ включает сравнение концентрации метки со стандартом для определения концентрации метки в образце и/или определения времени первого появления указанного метки от точки добавления до точки отбора проб и/или последующего затухания концентрации метки в пробе. Из полученной информации переменные процесса настраивают для обеспечения стабильной работы бумагоделательной машины и высокого стандарта качества бумаги.
Недостатком изобретения является ограниченное использование, т.к. данный метод предназначен для контроля концентрации только одного априори известного компонента - диоксида хлора, т.е. не решает задачу идентификации широкого круга вещества.
Известен способ определения концентрации (RU, № 2664786, кл. G01N21/64, 22.08.2018), включающий просвечивание среды с флуоресцирующим веществом возбуждающим излучением с длиной волны возбуждения флуоресценции, измерение интенсивности флуоресцентного излучения, измерение интенсивности прошедшей через среду составляющей возбуждающего излучения. Среду с флуоресцирующим веществом просвечивают дополнительным излучением, имеющим длину волны флуоресценции, и измеряют интенсивность прошедшей через среду составляющей указанного дополнительного излучения. Концентрацию флуоресцирующего вещества определяют на основании интенсивности прошедшей составляющей возбуждающего излучения, интенсивности флуоресцентного излучения и интенсивности прошедшей составляющей дополнительного излучения, имеющего длину волны флуоресценции. При этом интенсивность флуоресцентного излучения и интенсивность прошедшей составляющей дополнительного излучения измеряют одним и тем же датчиком.
Однако и данный способ ограничен при его применении, т.к. он действует при условии, если искомое вещество обладает собственной флуоресценцией, т.е. метод неприменим для измерения концентрации веществ, не имеющих собственной флуоресценции.
Известен способ использования флуоресцентных наночастиц для измерения состава в многослойных полимерных пленках (US2009289199, кл. G01J1/58, опубл. 26.11.2009), включающий добавление флуоресцентных наночастиц, таких как квантовые точки, в полимеры, бумагу и другие продукты с многослойным полотном для обеспечения анализа отдельных слоев в поперечном и машинном направлениях. Маркеры флуоресцентных наночастиц добавляют в известных пропорциях в составы продукта. Путем обнаружения флуоресценции от наночастиц, толщина и другие физические характеристики полотна могут быть отслежены на различных этапах производства. Кроме того, используя различные виды флуоресцентных наночастиц, испускающих излучение на разных длинах волн, данные от отдельных слоев в составной структуре могут быть получены одновременно с помощью одного датчика.
Недостатком изобретения является его ограниченное применение только для определения физических свойств многослойных материалов (толщина слоев, удельный вес и т.д.).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению относится способ скрытой маркировки взрывчатых веществ (RU № 2607665, кл. C06B 23/00, G01N 33/22, 10.01.2017), включающий введение во взрывчатое вещество, полученное смешиванием отдельных компонентов, маркирующей композиции, содержащей идентификаторы, количество которых пропорционально количеству технических показателей, подлежащих маркировке. В качестве каждого идентификатора, соответствующего отдельному техническому показателю, используют комбинацию веществ (по крайней мере, два вещества), обладающих доступной детектированию флуоресценцией. Вещества могут быть сформированы в отдельные наборы (блоки), а информацию (в блоке) записывают в системе двоичного кода с расположением веществ при выявлении на спектрограмме последовательно выстроенными в цепь в соответствии со шкалой разрядности единиц двоичного кода. Маркирующую композицию составляют из отдельных наборов (блоков), каждый из которых отдельным потоком подают во взрывчатое вещество при смешивании последнего из отдельных компонентов.
Указанный способ маркировки сложен в исполнении на практике, т.к. основан на двоичной системе, с большим количеством индивидуальных флуоресцентных идентификаторов по спектру эмиссии флуоресцентных красителей. Такое большое количество красителей с различными спектрами эмиссии крайне сложно найти на практике.
Проблемой изобретения является создание способа идентификации и контроля концентрации растворов веществ, не имеющих собственной флуоресценции, с использованием флуоресцентных добавок.
Техническим результатом изобретения является упрощение идентификации и одновременного контроля концентрации вещества в растворе за счет уменьшения требуемой номенклатуры флуоресцентных красителей, а также снижение сложности проведения контроля концентрации растворов с применением доступных количественных методов флуоресцентного анализа без привлечения других более сложных и дорогостоящих аналитических методов.
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что способ идентификации веществ в растворе и контроля концентрации растворов осуществляют путем добавления к растворяемому веществу маркирующей композиции (МК), включающей смесь флуоресцентных красителей (ФК), обладающих доступной детектированию флуоресцентностью и с различными по спектру пиками эмиссии, с дальнейшим проведением флуоресцентного анализа исследуемого раствора и систематизации данных. Маркирующую композицию флуоресцентных красителей предварительно кодируют относительными массовыми уровнями, для каждой составленной маркирующей композиции определяют спектр флуоресценции с измерением относительной интенсивности спектральных пиков флуоресценции каждого красителя в составе маркирующей композиции для заданной реперной концентрации, результат представляют в виде реперного вектора
Figure 00000001
, а данные результатов заносят в калибровочную таблицу, где для каждой маркирующей композиции соответствует свой реперный вектор и размерность вектора соответствует количеству применяемых флуоресцентных красителей. При проведении контроля исследуемого раствора, содержащего растворенное вещество вместе с маркирующей композицией, также определяют спектр флуоресценции раствора, результаты измерения которого представляют в виде вектора интенсивности флуоресценции
Figure 00000002
. Для идентификации исследуемого вещества, для каждого вектора
Figure 00000001
из калибровочной таблицы рассчитывают угол ϕ между измеренным вектором интенсивности флуоресценции
Figure 00000002
и каждым реперным вектором
Figure 00000001
калибровочной таблицы по формуле:
Figure 00000003
.
По минимальному значению угла между
Figure 00000001
и
Figure 00000002
определяют код маркирующей композиции, который соответствует идентифицируемому растворенному веществу. Концентрация идентифицированного вещества в исследуемом растворе пропорциональна отношению длин векторов
Figure 00000002
к
Figure 00000001
.
Количество флуоресцентных красителей в маркирующей композиции преимущественно составляет от 1 до 15.
Кодирование маркирующей композиции может быть основано на позиционной системе счисления с основанием M и S-разрядными числами, где S это количество используемых флуоресцентных красителей, а M – число массовых уровней для каждого флуоресцентного красителя в составе маркирующей композиции.
Маркирующую композицию составляют из 3-х флуоресцентных красителей, а детектирование флуоресценции выполняют на трехканальном фотоприемнике с набором из 3-х оптических полосовых фильтров с полосой пропускания каждого фильтра соответствующей максимуму эмиссии по каждому флуоресцентному красителю.
Анализ спектров флуоресценции производят преимущественно при помощи полосовых фильтров, при этом полосы пропускания фильтров должны соответствовать максимумам эмиссии применяемых ФК. Например для МК составленной из 3-х ФК детектирование флуоресценции целесообразно выполнять на трехканальном фотоприемнике с набором из 3-х оптических полосовых фильтров с полосой пропускания каждого фильтра соответствующей максимуму эмиссии по каждому ФК.
Кодирование МК, основанное на позиционной системе счисления с основанием M и S-разрядными числами, где S это количество используемых ФК, и M – число массовых уровней для каждого ФК в составе МК. Для каждого вещества используется свой отдельный код МК. Таким образом, получают теоретическое возможное количество различных вариантов МК как M S.
Это, в свою очередь, позволяет с использованием небольшого количества красителей заметно увеличить число различных идентифицируемых веществ за счет увеличения количества массовых уровней M.
Предположим необходимо проводить идентификацию из N различных маркированных веществ (MВ). В исследуемом растворе находится неизвестное MВk, маркированное композицией МКk (k=1..N). Задача сводится к идентификации МКk и измерению концентрации МКk. Определив какая именно композиция МК (из набора N возможных) находится в исследуемом растворе и измерив ее концентрацию, можно достоверно определить какое именно МВ растворено и какова концентрация этого МВ в исследуемом растворе, поскольку известна массовая пропорция МК/МВ при маркировке МВ.
Перед использованием для маркировки МВ для каждой маркирующей композиции необходимо провести флуоресцентный анализ и свести данные в калибровочную таблицу.
Маркирующую композицию МКk, составленную из S различных красителей (ФК1..ФКS) представляют в виде вектора в S-мерном векторном пространстве:
Figure 00000004
= (ФК1 i, ФК2 j, ..., ФКS q) (1)
где:
ФК1 i ....ФКS q – массовые доли каждого из ФК1..ФКS в составе МКk
i=1.M, j=1.M, …, q=1..M – индексы массовых уровней каждого красителя
ФК1, ФК2,..., ФКS соответственно при составлении МК.
Каждый краситель в составе МК имеет свой спектр флуоресценции. Доступными методами флуоресцентного анализа можно измерить относительную интенсивность спектральных пиков флуоресценции F1 k, ..., FS k каждого красителя в составе МКk для заданной реперной концентрации αk r , и представить результат в виде реперного вектора:
Figure 00000005
= (F1 k, F2 k, ..., FS k) (2)
Экспериментальным способом составляют калибровочную таблицу, где каждой маркировочной композиции МКk соответствует свой реперный вектор
Figure 00000005
. Данные из этой калибровочной таблицы впоследствии используют для определения какая именно маркирующая композиция находится в исследуемом растворе.
При проведении анализа исследуемого раствора измеряют интенсивности пиков флуоресценции I1,.,IS для каждого красителя в составе МК в растворе тем же способом, что и для составления калибровочной таблицы. Результаты измерения представлены вектором:
Figure 00000006
= (I1, I2 , ..., IS) (3)
Для идентификация МК необходимо для каждого
Figure 00000005
из калибровочной таблицы рассчитать угол ϕk между измеренным вектором
Figure 00000006
и вектором
Figure 00000005
, т.е. произвести N операций вычисления угла между векторами.
Figure 00000007
Путем перебора находят z для которого значение вычисленного угла ϕz между
Figure 00000006
и
Figure 00000008
будет минимальным, т.е. вектора коллинеарны. Таким образом, искомая МК будет идентифицирована как МКz, а искомое МВ как МВz.
Как альтернатива поиску по минимуму угла между векторами
Figure 00000006
и
Figure 00000005
может быть проведен поиск по минимуму эвклидова расстояния между векторами.
Концентрация α идентифицированного таким способом МВz в исследуемом растворе будет пропорциональна отношению длин векторов
Figure 00000009
Figure 00000010
:
α = αz r ∙ |
Figure 00000006
| / |
Figure 00000008
| (5)
Для наглядности изобретения приведены следующие иллюстрации, где на фиг. 1 – представлен спектр эмиссии ФК; на фиг. 2 –спектры пропускания полосовых фильтров.
Сущность изобретения поясняется примерами ниже.
Пример 1.
Определение проводили маркировкой веществ (МВ) трехкомпонентной флуоресцентной маркирующей композицией (МК). Каждый компонент МК (флуоресцентный краситель, ФК) может иметь 4 массовых уровня – 0%, 25%, 50%, 100% (цифры 0,1,2,3 соответственно в коде). Таким образом, в данном случае кодировка МК основана на позиционной системе счисления с основанием 4 и с трехразрядными числами. Следовательно, всего в такой системе может быть закодировано до 50 различных видов МВ (N=50), вырожденные кодовые комбинации 002-003, 222-333 и т.д. отбрасываются.
Таблица 1
МВ Код МК МВ Код МК МВ Код МК МВ Код МК МВ Код МК
МВ1 001 МВ11 101 МВ21 123 МВ31 212 МВ41 310
МВ2 010 МВ12 102 МВ22 130 МВ32 213 МВ42 311
МВ3 011 МВ13 103 МВ23 131 МВ33 221 МВ43 312
МВ4 012 МВ14 110 МВ24 132 МВ34 223 МВ44 313
МВ5 013 МВ15 111 МВ25 133 МВ35 230 МВ45 320
МВ6 021 МВ16 112 МВ26 201 МВ36 231 МВ46 321
МВ7 023 МВ17 113 МВ27 202 МВ37 232 МВ47 322
МВ8 031 МВ18 120 МВ28 203 МВ38 233 МВ48 323
МВ9 032 МВ19 121 МВ29 210 МВ39 301 МВ49 331
МВ10 100 МВ20 122 МВ30 211 МВ40 302 МВ50 332
Например – МВ49 маркировали композицией МК49 с кодом 331.
В качестве компонентов МК брали три красителя с максимумами спектров эмиссии 425нм (ФК1, AlexaFluor405), 515нм (ФК2, 5-FAM) и 605нм (ФК3, 5-ROX). Нормированные спектры интенсивности флуоресцентной эмиссии показаны на Фиг1.
Для детектирования флуоресценции использовали трехканальный фотоприемник с набором из 3-х полосовых фильтров (F1, F2, F3) с центральной длиной волны, соответствующей максимуму эмиссии по каждому ФК. Спектры пропускания полосовых фильтров показаны на Фиг 2.
В таблице 2 рассчитаны массовые доли ФК1/ФК2/ФК3 в МК добавках для каждого МВ и соответствующий расчетный нормированный выходной сигнал фотодетекторов по каждому каналу F1, F2, F3.
Таблица 2
МК,% 1/2/3 F1/F2/F3 МК,% 1/2/3 F1/F2/F3 МК,% 1/2/3 F1/F2/F3
МВ1 0/0/100 0.00/0.00/0.97 МВ18 33/67/0 0.33/0.69/0.05 МВ35 40/60/0 0.40/0.63/0.05
МВ2 0/100/0 0.00/1.00/0.08 МВ19 25/50/25 0.25/0.52/0.28 МВ36 33/50/17 0.33/0.52/0.20
МВ3 0/50/50 0.00/0.50/0.52 МВ20 20/40/40 0.20/0.41/0.42 МВ37 28/43/29 0.29/0.45/0.31
МВ4 0/33/67 0.00/0.33/0.67 МВ21 17/33/50 0.17/0.34/0.51 МВ38 25/37/38 0.25/0.39/0.39
МВ5 0/25/75 0.00/0.25/0.75 МВ22 25/75/0 0.25/0.77/0.06 МВ39 75/0/25 0.75/0.05/0.24
МВ6 0/67/33 0.00/0.67/0.38 МВ23 20/60/20 0.20/0.61/0.24 МВ40 60/0/40 0.60/0.04/0.39
МВ7 0/40/60 0.00/0.40/0.61 МВ24 17/50/33 0.17/0.51/0.36 МВ41 75/25/0 0.75/0.30/0.02
МВ8 0/75/25 0.00/0.75/0.30 МВ25 14/43/43 0.14/0.44/0.45 МВ42 60/20/20 0.60/0.24/0.21
МВ9 0/60/40 0.00/0.60/0.44 МВ26 67/0/33 0.67/0.05/0.32 МВ43 50/17/33 0.50/0.20/0.34
МВ10 100/0/0 1.00/0.07/0.00 МВ27 50/0/50 0.50/0.03/0.48 МВ44 43/14/43 0.43/0.17/0.43
МВ11 50/0/50 0.50/0.03/0.48 МВ28 40/0/60 0.40/0.03/0.58 МВ45 60/40/0 0.60/0.44/0.03
МВ12 33/0/67 0.33/0.02/0.64 МВ29 67/33/0 0.67/0.38/0.03 МВ46 50/33/17 0.50/0.37/0.19
МВ13 25/0/75 0.25/0.02/0.73 МВ30 50/25/25 0.50/0.28/0.26 МВ47 43/29/28 0.43/0.32/0.30
МВ14 50/50/0 0.50/0.53/0.04 МВ31 40/20/40 0.40/0.23/0.40 МВ48 37/25/38 0.38/0.28/0.38
МВ15 33/33/34 0.33/0.36/0.35 МВ32 33/17/50 0.33/0.19/0.50 МВ49 43/43/14 0.43/0.46/0.17
МВ16 25/25/50 0.25/0.27/0.50 МВ33 40/40/20 0.40/0.43/0.23 МВ50 37/38/25 0.38/0.40/0.27
МВ17 20/20/60 0.20/0.21/0.60 МВ34 28/29/43 0.29/0.31/0.44
Например, МВ49 маркировали композицией МК49 с массовыми долями ФК 43/43/14. При маркировке МВ пропорция β = МК/МВ устанавливается индивидуально для каждого МВ, в зависимости от диапазона рабочих концентраций МВ в растворе. Для рабочей концентрации МВ αr = 0,1% оптимальным будет соотношение β =1:500, т.е. реперная концентрация МК (обозначена как γr) в растворе будет γr = αr*β = 2∙10-6. При таких малых концентрациях МК интенсивность флуоресценции линейно зависит от концентрации МК.
Выходной сигнал фотодетектора фильтра пропорционален концентрации МК. Выходные сигналы фильтров F1, F2, F3 – I1, I2, I3 соответственно.
Для каждого компонентного состава МК экспериментально измеряли выходные сигналы фильтров при концентрации МК равной реперной γr Измеренные реперные значения выходных сигналов по 3-м каналам обозначали F1r, F2r, F3r соответственно. Данные по каждой паре МВ/МК сводили в калибровочную таблицу (параметры по МВ1-МВ3 и МВ49-50 приведены как примеры конкретных числовых значений).
Таблица 3.
№ МВ Код МК Компонентный состав МК, в % ФК1; ФК2; ФК3 Реперные калибровочные значения сигналов фильтров F1r; F2r; F3r Реперная концентрация МВ, αr Массовая пропорция МК/МВ, β
МВ1 001 MK1: 0;0;100 0; 0,01; 39,17 0,15% 1:500
МВ2 010 MK2: 0;100;0 0; 27,00; 2,22 0,2% 1:1000
МВ3 011 MK3: 0;50;50 0; 13,50; 14,17 0,08% 1:400
… …. …….. ……… ....... ……
МВk xxx МКk: z;z;z F1r k; F2r k; F3r k αr k β k
… …. …….. ……… ....... ……
МВ49 331 MK49: 43;43;14 13,89; 14,84; 5,62 0,12% 1:500
МВ50 332 MK50: 37;38;25 10,13; 10,82; 7,36 0,1% 1:500
Где для каждого МВk: F1r k, F2r k, F3r k - реперные калибровочные значения выхода фильтров; αr k – реперная концентрация; βk = МКk/МВk по массе
Например, для МК49 соответствующий реперный вектор
Figure 00000011
Figure 00000011
= (13,89; 14,84; 5,62)
Идентификация МВ и измерение концентрации осуществляли по следующему алгоритму:
1. Производили поиск по калибровочной таблице 3 наиболее близкого по направлению вектора к F1r k,F2r k,F3r k по минимуму угла между измеренным вектором (I1,I2,I3) и реперным калибровочным (F1r k,F2r k,F3r k ). Ниже рассмотрен поиск по минимальному эвклидову расстоянию.
Выходные сигналы каналов нормировали:
I1 ’= I1/[(I1)2+(I2)2+(I3)2]1/2 ; I2 ’= I3/[(I1)2+(I2)2+(I3)2]1/2;
I3 ’= I3/[(I1)2+(I2)2+(I3)2]1/2 (6)
Для каждого МВk (k=1.50) из таблицы 3 рассчитывали упрощенную скалярную метрику Dk
Dk = [F1r k -(F1r k+F2r k+F3r k)* I1 ’]2+[ F2r k -(F1r k+F2r k+F3r k)*I2 ’]2 +[ F3r k -(F1r k+F2r k+F3r k)*I3 ’]2 (7)
По наименьшему значению Dk находили искомое МВk.
2. После идентификации МВk рассчитывали его концентрацию в растворе:
αk = αr k [ (I1)2+(I2)2+(I3)2 / (F1r k)2+(F2r k)2+(F3r k)2]1/2 (8)
Таким образом, производили идентификацию МВ и измеряли его концентрацию в исследуемом растворе.
Пример 2 для трехкомпонентной МК.
Измеренные значения интенсивности флуоресценции исследуемого раствора: I1=5,1; I2=5,6; I3=2,07. Подставляли эти значения в формулу (7) получали рассчитанные значения D для различных МВ. Соответствующие значения F1r;F2r;F3r;αr;β из калибровочной таблицы 3.
Таблица 4.
F1r; F2r; F3r αr β D
МВ1 0; 0,01; 39.17 0,15% 1:500 0,9857
МВ2 0; 27,00; 2,22 0,2% 1:1000 0,4717
МВ3 0; 13,50; 14,17 0,08% 1:400 0,2987
… ……… ....... …… ……
МВ49 13,89; 14,84; 5,62 0,12% 1:500 0,0001
МВ50 10,13; 10,82; 7,36 0,1% 1:500 0,0159
Следовательно, растворенное вещество идентифицируется как МВ49, поскольку именно МВ49 соответствует минимальное значение метрики D=0,0001. По формуле (8) получали концентрацию МВ49 в растворе равную 0,045%.
Пример 1В для трехкомпонентной МК.
Измеренные значения интенсивности флуоресценции исследуемого раствора: I1=0,204; I2=22,95; I3=24,97. Получали следующие значения D:
Таблица 5
F1r; F2r; F3r αr β D
МВ1 0; 0,01; 39.17 0,15% 1:500 0,4291
МВ2 0; 27,00; 2,22 0,2% 1:1000 0,4640
МВ3 0; 13,50; 14,17 0,08% 1:400 0,0002
… ……… ....... …… ……
МВ49 13,89; 14,84; 5,62 0,12% 1:500 0,3239
МВ50 10,13; 10,82; 7,36 0,1% 1:500 0,2208
Растворенное вещество идентифицировано как МВ3 (D=0,0002), концентрация в растворе 0,14%.
Пример 2.
Для однокомпонентной МК возможна идентификация только одного маркированного МВ. При этом количество фильтров должно быть больше одного, в противном случае идентификация наличия маркированного МВ становится неопределенной, особенно при малых концентрациях МВ.
При однокомпонентной МК, использовали 3 фильтра (Фиг.2), а в качестве ФК брали 5-FAM с пиком флуоресценции 515нм (Фиг1). Таким образом, упрощенная калибровочная таблица запишется как:
Таблица 6.
Реперные калибровочные значения сигналов фильтров F1r; F2r; F3r Реперная концентрация МВ, αr Массовая пропорция МК/МВ, β
0; 27,00; 2,22 0,2% 1:1000
В этом случае необходимо сначала убедиться, что в исследуемом растворе находится маркер 5-FAM (однокомпонентная МК). Для этого нужно установить что измеренный вектор интенсивности флуоресценции исследуемого раствора (I1, I2, I3) коллинеарен реперному калибровочному (F1r , F2r , F3r). Если условие коллинеарности подтверждается, это значит, что идентификация МВ произведена, и концентрация МВ может быть корректно рассчитана. В противном случае (вектора неколлинеарны) МВ не идентифицировано. Условие коллинеарности по минимуму угла ϕ между векторами:
Figure 00000012
Концентрацию рассчитывают по формуле (8).
Пример 2А для однокомпонентной МК.
Измеренные значения интенсивности флуоресценции исследуемого раствора: I1=0,02; I2=4,7; I3=0,37.
Подставляя эти значения в формулу (9) получали значение угла ϕ = 0,31°, т.е. вектора коллинеарны, следовательно, в исследуемом растворе присутствует искомая МК и искомое МВ соответственно.
Подставляя значения в формулу (8) получали значение концентрации
МВ α = 0,035%
Пример 2B для однокомпонентной МК.
Измеренные значения интенсивности флуоресценции исследуемого раствора: I1=1,5; I2=2,1; I3=1,9.
По формуле (9) получали значение угла ϕ = 45,4°, т.е. вектора неколлинеарны, следовательно, в исследуемом растворе искомая МК не обнаружена и МВ не идентифицировано.
Представленные примеры иллюстрируют простоту проведения способа идентификации веществ в растворе и контроля концентрации растворов с применением существующего оборудования.
В настоящее время способ прошел опытно – лабораторные испытания и планируется к внедрению в агропромышленном комплексе.

Claims (6)

1. Способ идентификации веществ в растворе и контроля концентрации растворов, путем добавления к растворяемому веществу маркирующей композиции, включающей смесь флуоресцентных красителей, обладающих доступной детектированию флуоресцентностью и с различными по спектру пиками эмиссии, с дальнейшим проведением флуоресцентного анализа исследуемого раствора и систематизации данных, при этом маркирующую композицию флуоресцентных красителей предварительно кодируют относительными массовыми уровнями, для каждой составленной маркирующей композиции определяют спектр флуоресценции с измерением относительной интенсивности спектральных пиков флуоресценции каждого красителя в составе маркирующей композиции для заданной реперной концентрации, результат представляют в виде реперного вектора
Figure 00000013
, а данные результатов заносят в калибровочную таблицу, где для каждой маркирующей композиции соответствует свой реперный вектор и размерность вектора соответствует количеству применяемых флуоресцентных красителей, при проведении контроля исследуемого раствора, содержащего растворенное вещество вместе с маркирующей композицией, также определяют спектр флуоресценции раствора, результаты измерения которого представляют в виде вектора интенсивности флуоресценции
Figure 00000014
, для идентификации исследуемого вещества, для каждого вектора
Figure 00000013
из калибровочной таблицы рассчитывают угол ϕ между измеренным вектором интенсивности флуоресценции
Figure 00000014
и каждым реперным вектором
Figure 00000013
калибровочной таблицы по формуле:
Figure 00000015
по минимальному значению угла между
Figure 00000013
и
Figure 00000014
определяют код маркирующей композиции, который соответствует идентифицируемому растворенному веществу, при этом концентрация идентифицированного вещества в исследуемом растворе пропорциональна отношению длин векторов
Figure 00000014
к
Figure 00000013
.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество флуоресцентных красителей в маркирующей композиции от 1 до 15.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кодирование маркирующей композиции основано на позиционной системе счисления с основанием M и S-разрядными числами, где S это количество используемых флуоресцентных красителей, а M - число массовых уровней для каждого флуоресцентного красителя в составе маркирующей композиции.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что маркирующую композицию составляют из трех флуоресцентных красителей, а детектирование флуоресценции выполняют на трехканальном фотоприемнике с набором из трех оптических полосовых фильтров с полосой пропускания каждого фильтра, соответствующей максимуму эмиссии по каждому флуоресцентному красителю.
RU2019125987A 2019-08-16 2019-08-16 Способ идентификации веществ в растворе и контроля концентрации растворов RU2714836C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019125987A RU2714836C1 (ru) 2019-08-16 2019-08-16 Способ идентификации веществ в растворе и контроля концентрации растворов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019125987A RU2714836C1 (ru) 2019-08-16 2019-08-16 Способ идентификации веществ в растворе и контроля концентрации растворов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2714836C1 true RU2714836C1 (ru) 2020-02-19

Family

ID=69625808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019125987A RU2714836C1 (ru) 2019-08-16 2019-08-16 Способ идентификации веществ в растворе и контроля концентрации растворов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2714836C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2748298C1 (ru) * 2020-09-04 2021-05-21 Акционерное Общество "Уральский Научно-Исследовательский Химический Институт С Опытным Заводом" (Ао "Унихим С Оз") Способ спектрофотометрического дифференциального косвенного определения концентрации диоксида хлора в питьевой воде

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4580059A (en) * 1983-06-08 1986-04-01 Avl Ag Method for fluorometric determination of the concentrations of substances in a sample and arrangement for implementing this method
WO2001022072A1 (en) * 1999-09-21 2001-03-29 Spectramet, Llc High speed materials sorting using x-ray fluorescence
US7072770B1 (en) * 2004-03-29 2006-07-04 Chemimage Corporation Method for identifying components of a mixture via spectral analysis
RU2607665C1 (ru) * 2015-11-16 2017-01-10 ООО "Глобал Майнинг Эксплозив - Раша" Способ скрытой маркировки взрывчатых веществ (варианты)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4580059A (en) * 1983-06-08 1986-04-01 Avl Ag Method for fluorometric determination of the concentrations of substances in a sample and arrangement for implementing this method
WO2001022072A1 (en) * 1999-09-21 2001-03-29 Spectramet, Llc High speed materials sorting using x-ray fluorescence
US7072770B1 (en) * 2004-03-29 2006-07-04 Chemimage Corporation Method for identifying components of a mixture via spectral analysis
RU2607665C1 (ru) * 2015-11-16 2017-01-10 ООО "Глобал Майнинг Эксплозив - Раша" Способ скрытой маркировки взрывчатых веществ (варианты)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2748298C1 (ru) * 2020-09-04 2021-05-21 Акционерное Общество "Уральский Научно-Исследовательский Химический Институт С Опытным Заводом" (Ао "Унихим С Оз") Способ спектрофотометрического дифференциального косвенного определения концентрации диоксида хлора в питьевой воде

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4609821A (en) Testing for the presence of native hydrocarbons down a borehole
EP3290908B1 (en) Unknown sample determining method
RU2714836C1 (ru) Способ идентификации веществ в растворе и контроля концентрации растворов
Staneva et al. Optical sensor for aliphatic amines based on the simultaneous colorimetric and fluorescence responses of smart textile
US20120061589A1 (en) Method and apparatus for measuring fluorescent material in a liquid
US6809817B2 (en) Method and apparatus for in situ determination of molten polycarbonate composition using electronic absorption spectroscopy
CN106596490B (zh) 同步检测百草枯和敌草快的超分子传感器阵列及方法
US9285317B2 (en) Apparatus and method for determining the amounts of two or more substances present in a liquid
JP2005214863A (ja) 紫外光による水および水溶液測定方法
Al-Soufi et al. Principal component global analysis of fluorescence and absorption spectra of 2-(2'-hydroxyphenyl) benzimidazole
US11199497B2 (en) Fluorescent compounds as sensing agents
CN110088597A (zh) 用于检测分析物的方法和装置
US20090103084A1 (en) OXYGEN SENSOR FOR USE IN HARSH, ESPECIALLY HIGH, pH ENVIRONMENTS
JP2010071982A (ja) レーザー誘起蛍光強度の減衰率比較によるアスベスト識別法
CN114460050A (zh) 一种基于三维荧光测定果汁中多菌灵含量的方法
JP5412896B2 (ja) 化学種定量方法及び化学種定量装置
CN106092989A (zh) 一种通过计数量子点团聚比例定量肝素的方法
CN105510288A (zh) 复杂水环境中痕量多环芳烃定量分析方法
RU2187092C1 (ru) Способ контроля качества нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов
JP2020008316A (ja) 検水のｐＨ測定方法
RU2727556C1 (ru) Способ анализа качества и состояния трансформаторного масла и маслонаполненного обрудования и устройство для его осуществления
WO2023032296A1 (ja) 組成物の評価方法、センサー、および評価システム
KR101535494B1 (ko) 단위 영역 패치기법을 활용한 초대면적 고속 라만 분석 방법 및 장치
WO2023153279A1 (ja) 解析システム、および解析方法
CN103439310A (zh) 一种快速检测三甘醇中水分含量的拉曼光谱方法