Российские физики измерили взвесь голографической «линейкой»

Физики из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) разработали метод экспресс-диагностики распределения частиц в газах и жидкостях на основе голограмм.

807

Выбор редакции

Оценка размеров и распределения частиц в аэрозоле и жидкостях нередко проводится при определении загрязнения биологических, технологических материалов и воздуха. Как правило, существующие методы требуют больших вычислительных мощностей и длительной подготовки, при этом ряд из них не рассчитаны на работу со средами с высоким содержанием частиц. В частности, широко распространенная техника динамического рассеяния света, предполагающая измерение рассеяния лазера на частицах в жидкости, позволяет установить только их размер и, кроме того, обладает другими ограничениями.

 

В рамках новой работы исследователи при оценке распределения частиц попытались совместить два принципиальных свойства: алгоритм обработки, позволяющий использовать небольшие вычислительные мощности, и высокую скорость для проведения экспресс-диагностики. Предложенный метод основан на извлечении голограммы Габора — первой голографической схемы, предложенной венгерским физиком Денешем Габором в 1947 году. В отличие от фотографий, во время извлечения голограмм производится запись не только интенсивности, но и фазы света. Это, в свою очередь, позволяет реконструировать трехмерное изображение объекта.

 

Схема метода: прохождение лазера через жидкость (I), формирование исходной голограммы (II), извлечение снимков двух соседних слоев (III), обработка путем корреляционного анализа (IV) / ©Tatiana A. Vovk et al., Scientific Reports, 2017

 

Объемное изображение частиц в жидкости ученые получали путем лазерной голографии. Поскольку лазер испускает когерентный свет, авторы с помощью математических алгоритмов могли фокусироваться на различных слоях субстанции после съемки. Так, из трехмерного изображения объема они извлекали только два снимка слоев, расположенных рядом, после чего обрабатывали и сопоставляли их посредством корреляционного анализа. Итоговую корреляционную зависимость команда распространяла на весь объем и рассчитывала прозрачность, среднее расстояние, размер и содержание частиц в среде.

 

По словам исследователей, описанный метод может использоваться для подвижных и статичных жидкостей в двух режимах. В отсутствие предварительной калибровки по определенному типу жидкости и частиц он позволяет сравнивать лишь концентрации последних, в том числе устанавливать большую. После извлечения нескольких голограмм, оценки их прозрачности, формы и размера становится возможным быстро измерить содержание частиц в отдельном слое или во всем объеме. Ожидается, что в будущем разработка может быть внедрена в отраслях, где необходим доступный и быстрый анализ, например мониторинг пыли в машинном масле. Также метод может найти применение в биологии, в частности обнаружении вирусов в клетках.

 

Подробности работы представлены в журнале Scientific Reports.

 

Ранее ученые из Московского физико-математического института (МФТИ) представили установку, которая измеряет степень слипания и размеры нанообъектов в коллоидных растворах посредством ультразвука. Новый метод может использоваться для углеродных нанотрубок и других наночастиц с крупным соотношением диаметра и длины, например графеновых нанодисков.

807

Подпишись на нашу рассылку лучших статей и получи журнал бесплатно!


Комментарии

Аватар пользователя Алексей Пасынков
22 сен
«Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно...
Аватар пользователя Никита Солдатов
21 сен
Собаки не утратили способность улавливать причинно-...
Аватар пользователя Илья Соколов
20 сен
В свете стремления руководства ОАК разделить...

Комментарии

Plain text

  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Разрешённые HTML-теги: <a> <em> <strong> <cite> <blockquote> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <br> <iframe> <embed> <br/>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Comment text

  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Разрешённые HTML-теги: <a> <em> <strong> <cite> <blockquote> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <br> <br/>

Быстрый вход

или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Вы сообщаете об ошибке в следующем тексте:
Нажмите Отправить ошибку