Дистанционный анализ в аналитической химии представляет собой
совокупность методов и технологий, позволяющих проводить химические
измерения и контроль состава вещества без непосредственного контакта
прибора с образцом или без его физического отбора. Основой таких
подходов является использование физических полей и излучений —
электромагнитного, акустического, ионизирующего — а также регистрации
ответной реакции анализируемой системы.
Главное преимущество дистанционного анализа заключается в возможности
быстрого и неразрушающего получения информации о состоянии объектов в
реальном времени. Это особенно важно для анализа недоступных, больших по
объему или опасных для исследователя систем.
Принципы дистанционного
анализа
- Регистрация отражённого или прошедшего излучения.
Наиболее распространённый подход основан на изучении взаимодействия
электромагнитного излучения с веществом: отражение, поглощение,
рассеяние и флуоресценция.
- Использование зондирующих сигналов. Применяются
лазеры, радиоволны, рентгеновские лучи, нейтронные пучки, а также
ультразвук.
- Интерпретация полученного спектра или изображения.
Спектральные характеристики вещества служат основой для установления его
химического состава и концентраций отдельных компонентов.
- Сравнение с эталонными данными. Для повышения
точности анализа применяются базы спектров и математическая обработка
сигналов.
Спектральные методы
дистанционного анализа
- Инфракрасная спектроскопия (ИК-спектроскопия).
Позволяет определять органические и неорганические соединения по
характерным колебательным полосам. Дистанционное применение реализуется
в виде ИК-сканирования газов и аэрозолей в атмосфере.
- Ультрафиолетовая и видимая спектроскопия.
Используется для контроля концентраций озона, диоксида азота, сернистого
ангидрида и других газов.
- Лазерная индуцированная флуоресценция. Обеспечивает
высокую чувствительность при регистрации следовых количеств органических
соединений, пигментов и токсикантов.
- Раман-спектроскопия. Основана на неупругом
рассеянии света и позволяет дистанционно анализировать твердые
поверхности и жидкости.
Радио- и радиационные методы
- Радиолокационный анализ. Применяется для изучения
распределения влаги, структуры грунтов и льда. Радиоволны способны
проникать на значительную глубину.
- Гамма-спектроскопия. Используется для
дистанционного обнаружения радиоактивных изотопов и контроля
радиационной обстановки.
- Нейтронный дистанционный анализ. Обеспечивает
идентификацию химических элементов по характерному гамма-излучению,
возникающему при облучении нейтронами.
Оптическое
зондирование атмосферы и гидросферы
Системы дистанционного зондирования широко применяются для контроля
качества воздуха и воды. Методы лазерного лидарного зондирования
позволяют определять содержание аэрозолей, газов, примесей в атмосфере.
В гидросфере дистанционный анализ используется для мониторинга цветения
водорослей, нефтяных загрязнений и концентрации органических
веществ.
Дистанционный
анализ в материаловедении и геохимии
- Анализ поверхности. Лазерные методы позволяют
исследовать коррозию, износ, дефекты материалов.
- Геохимические исследования. Спутниковая и
авиационная спектроскопия применяются для выявления месторождений
полезных ископаемых и оценки состава пород.
- Мониторинг металлов. С помощью лазерной абляции и
последующей спектрометрии возможно дистанционное определение элементного
состава твёрдых объектов.
Автоматизация и
современные технологии
Развитие вычислительной техники сделало возможным обработку больших
массивов спектральной информации в реальном времени. Методы машинного
обучения и нейросетевого анализа применяются для распознавания сложных
спектров и повышения точности идентификации веществ.
- Гиперспектральная съёмка. Обеспечивает регистрацию
спектров в тысячах узких диапазонов, что делает возможным детальный
анализ распределения веществ на поверхности Земли.
- Роботизированные комплексы. Дистанционные
спектрометры устанавливаются на беспилотных летательных аппаратах,
космических спутниках и подводных дронах.
- Интеграция с ГИС-системами. Результаты анализа
совмещаются с пространственными данными, что позволяет строить карты
загрязнений и распределения химических элементов.
Применение дистанционного
анализа
- экологический мониторинг атмосферы, почв, гидросферы;
- контроль промышленных выбросов и утечек опасных веществ;
- выявление источников загрязнения и оценка их динамики;
- контроль радиационной и химической безопасности;
- исследование планет и небесных тел в космической химии;
- медицина и биология — неинвазивная диагностика тканей и
биологических жидкостей.