Российские физики измерили взвесь голографической «линейкой» — Naked Science
25.04.2017
6 минут
Редакция

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.

5-scientistsen

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.

Позавчера, 11:57
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

Позавчера, 15:31
4 минуты
Илья Ведмеденко

По оценкам американских специалистов, одно место на пилотируемой версии корабля Dragon стоит 55 миллионов долларов. Это намного дешевле стоимости одного места на аппаратах серии «Союз».

Позавчера, 14:05
7 минут
Полина Гершберг

Новая работа предложила объяснение того, как могущественное государство погибло при нападении более слабых соседей.

Позавчера, 11:57
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

12 ноября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые использовали современные методы анализа и создали тест, который может определить, принимал ли человек наркотики, даже после того, как он тщательно вымыл руки.

13 ноября
18 минут
Александр Березин

Гибель десятков человек от вейпинга объяснили витамином Е. Попробуем разобраться в странной истории о массовой болезни молодых вейперов.

Позавчера, 11:57
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

12 ноября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые использовали современные методы анализа и создали тест, который может определить, принимал ли человек наркотики, даже после того, как он тщательно вымыл руки.

13 ноября
18 минут
Александр Березин

Гибель десятков человек от вейпинга объяснили витамином Е. Попробуем разобраться в странной истории о массовой болезни молодых вейперов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: