圣彼得堡州立大学的科学家们正在建造危险液体快速分析仪原型
圣彼得堡国立大学的一家小型创新企业Spinus的员工正在开发一种工业设备原型,使其有可能在不打开包装的情况下确定任何容器(塑料瓶、铝罐、玻璃安瓿)内液体的化学成分。该分析仪的操作是基于核磁共振的原理。此项发明可用于海关或公共活动的检查,以快速、准确地发现危险或违禁液体。
"该设备可以分析任何液体,即使是铝罐中的饮料。迄今为止,除了核磁共振,没有其他方法能够穿透铝罐。有一些方法可以测量物体的导电性,但它们很容易被欺骗,例如,如果你在一个玻璃瓶上贴上导电贴纸,设备根本不会知道瓶子里有什么。而我们研发的设备能够穿透任何包装”,该设备的发明人,圣彼得堡国立大学Spinus磁共振研究中心的首席执行官,物理和数学科学副博士巴维尔·库普里亚诺夫介绍说。
早些时候,这位科学家与核物理研究方法系的同事一起创建了该设备的工作模型,巴维尔·库普里亚诺夫的团队凭借该模型参加了2018年的 "圣彼得堡国立大学Start-up"竞赛。而这个想法诞生得要更早,研究人员在大学完成他的硕士学位时就提出了这一想法。
该装置的工作模拟包含了放射物理学的最新进展,以及近红外在弱电领域的应用。科学家们成功地开发了一种能够在地球上电磁噪声和扭曲的磁场中(在普通实验室中创造出相同的环境)接收来自含氢和含氟液态核的高质量信号的装置。在信号质量方面,正如发明人所指出的,该设备可以与昂贵的高分辨率核磁共振谱仪竞争,同时对任何实验室来说都是负担得起的。
传感器被非磁性金属(铝和铜)所包围,以帮助减少电磁干扰。传感器内部是一个线圈,其中放置了样品材料的样本。它会被置于一个强磁场中几秒钟,然后再置于一个较弱的无线电脉冲中几毫秒。最后,该物质的原子核会发出一个无线电信号,并由计算机转换成光谱。
每种液体都有一个光谱(显示物质的原子发射、吸收或散射光的能力的特征),可由计算机检测。编者注。),就像人的指纹一样,是独立的,因此不可能将两种液体混淆。
设备发明人,圣彼得堡国立大学Spinus磁共振研究中心的首席执行官,物理和数学科学副博士巴维尔·库普里亚诺夫
"有可能在不打开包装的情况下,从光谱中明确无误地确定包装内是什么液体。要做到这一点,必须将瓶子或罐子放在设备内,这意味着必须为不同的容器尺寸创建适当的传感器。但这是可以做到的",巴维尔·库普里亚诺夫解释了分析器的工作原理。

巴维尔·库普里亚诺夫强调说,类似的设备通常相当昂贵,造价在数千欧元,因为测量最经常是在强磁场中进行的。这意味着,为了创造这样的场,超导磁铁被内置在设备中,并且必须使用液氦或液氮来维持和保持超低温度。例如,大型强子对撞机的工作原理就是这样的:在这种设备中,超导磁铁几乎沐浴在液氦和液氮中,以产生超导性。而圣彼得堡国立大学的科学家们使用了最弱的磁场,即地球磁场,它始终在我们的掌握之中。
尽管可观察到的核子数量有限(氢和氟),但该仪器可以识别磷、硅,甚至是含碳的液体,因为它有能力观察各种类型的核子的相互作用。液体分析仪的应用范围很广:油乳剂、水溶液、燃料中的氢原子或产品中的水分子,以及在海关检查时识别危险或违禁液体,或在人群密集的地方检查个人物品。
小型创新公司Spinus磁共振研究中心有限责任公司是由大学里热衷的科学家在2019年开发的。新公司的主要科研成果是第175974号 "地球磁场中的核磁共振频率稳定装置 "的专利。
在该设备的研发过程中,研究小组又注册了三项有关该主题的专利。
科学家们现在正在完成该分析仪的工业版本。有几个科学团队对这一研发表示有兴趣,想要在他们自己的实验室中使用它。此外,研究人员正与ТерраКванТех公司一起建设一个常见液体光谱的数据库,以便之后在此基础上创建一个快速分析常见容器(如饮料瓶)内容的系统。