CC BY
3Лазерная скаттерометрия органических коллоидных
растворов
Игнатенко Д.Н.1, Шкирин А.В.1'2, Чириков С.М.2, Гудков С.В.1
1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва 2- Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва
Е-mail: DmitriyEK13104@yyandex. ru
Автоматизация технологических процессов требует постоянного мониторинга состава и физических свойств жидкостей и их смесей на наиболее важных этапах обработки. Экспресс анализ, использующий традиционные физико-химические методы, затруднен в том случае, если анализируемый продукт находится в полидисперсном состоянии, т.е. содержит частицы различного размера и формы. Скаттерометрия, т.е. измерение характеристик светорассеяния в дисперсной среде, находит возрастающее применение при разработке надёжных и универсальных приборов неинвазивного контроля микрофизических параметров жидкостных дисперсных систем в реальном времени. Например, в работе [1] сообщается о разработке недорогих волоконных датчиков, измеряющих обратное рассеяние (диффузное отражение) многократно рассеивающих жидкостей. Кроме того, аналогичные датчики могут быть использованы, например, для измерения содержания жира в молоке [2]. Отметим, что в [3] предложены лазерный метод определения расхода и состава движущихся жидкостей на основе детектирования импульсов оптической экстинкции от дисперсных компонентов с помощью рандомизированных волоконно-оптического жгутов. Известно, что поляриметрическая скаттерометрия, основанная на измерении угловых зависимостей элементов матрицы рассеяния света (МРС), позволяет определять количество и распределение частиц по размерам, а также отличать сплошные частицы от кластеров, состоящих из более мелких частиц. Этот метод успешно применяется для анализа различных биоорганических дисперсных систем, таких как молоко, почвенные суспензии, белковые растворы и другие [4-7].
В нашей работе показано, что лазерная поляриметрическая скаттерометрия позволяет решить задачу одновременного экспрессного определения содержания жира и белка в молоке и, таким образом, может рассматриваться как перспективный метод для разработки удобных и недорогих анализаторов дисперсного состава жидких продуктов на производственных линиях [8]. Вдобавок, нами предложена конструкция датчика дисперсного состава молока, основанного на основе спектральной многоугловой скаттерометрии с использованием набора из четырех лазерных диодов, работающих на разных длинах волн в диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного излучения.
[1] Meeten, G. H., and P. Wood. Optical fibre methods for measuring the diffuse reflectance of fluids // Meas. Sci. and Tech., 4(6), 643-648, 1993.
[2] Crofcheck, C. L., F. A. Payne, C. L. Hicks, M. P. MengUij, and S. E. Nokes. Fiber optic sensor response to low levels of fat in skim milk // J. Food Process Eng., 23(2), 163-175, 2000.
[3] Kirsanov, V.V., Shkirin, A.V., Pavkin, D.Y., Ignatenko, D.N., Danielyan, G.L., Khakimov, A.R., Bunkin, N.F. Laser Fluorescence and Extinction Methods for Measuring the Flow and Composition of Milk in a Milking Machine // Photonics, 8, 390, 2021.
[4] Crofcheck C.L. et al, Effect of Fat and Casein Particles in Milk on the Scattering of Elliptically Polarized Light // Transactions of the ASAE, 48(3), 1147-1155, 2005.
[5] Bunkin N.F. et al, Identification of Organic Matter Dispersions Based on Light Scattering Matrices Focusing on Soil Organic Matter Management // ACS OMEGA, 5(51), 33214-33224, 2020.
[6] Ding H. et al, Angle-resolved Mueller matrix study of light scattering by B-cells at three wavelengths of 442, 633, and 850 nm // Journal of Biomedical Optics, 12(3), 034032, 2007.
[7] Chirikov S.N., Shkirin A.V. Determination of the Disperse Composition of a PbO Suspension Containing Aggregates of Particles of Lamellar Shape by the Laser-Polarimetry Method // Opt. Spectrosc., 124, 575- 584, 2018.
[8] Shkirin, A.V.; Ignatenko, D.N.; Chirikov, S.N.; Bunkin, N.F.; Astashev, M.E.; Gudkov, S.V. Analysis of Fat and Protein Content in Milk Using Laser Polarimetric Scatterometry // Agriculture, 11, 1028, 2021.
