1: Предыстория эксперимента

Эффективным ингредиентом в гербициде Нонды является химическое вещество под названием глифосат, в котором глифосат, N - (фосфонат - метил) является изоамфетаминовой формой глимидата. Эта форма глифосата легко обрабатывается и эффективна. Содержание глифосата в обычных гербицидах составляет около 2%, в то время как на практике его разбавляют водой.

В этом эксперименте мы использовали погруженные зонды с переменным световым диапазоном длиной 10 мм и 5 мм, соответственно, для проверки поглощения глифосата в этих низких концентрациях и проверки пределов обнаружения. При измерении абсорбции длина света отрицательно коррелирует с пределом обнаружения, поэтому мы прогнозируем, что длина света 10 мм даст более точные и надежные результаты. Мы использовали зонд длиной 5 мм, чтобы проверить, может ли глифосат быть обнаружен на более коротком световом пути и получит ли он результаты, аналогичные тем, которые были получены зондом длиной 10 мм.

2: Построение спектральной системы

В эксперименте мы использовали AvaSpec - HERO, научный ультрафиолетовый / видимый спектрометр компании Avantes (рисунок 1). Спектроскоп AvaSpec - HERO основан на высокочувствительной компактной оптической платформе (фокусное расстояние = 100 мм, числовая апертура = 0.13) и ретроспективном CCD - детекторе с разрешением 1024 × 58 пикселей, который обладает высокой чувствительностью и разрешением. В AvaSpec - HERO используется усовершенствованная плата AS7010, которая включает в себя высокопроизводительный AD - преобразователь с высоким коэффициентом сигнала / шума и динамическим диапазоном, а интерфейсы USB3.0 и Ethernet обеспечивают высокоскоростную связь. Поскольку этот эксперимент требует высокой чувствительности в ультрафиолетовом диапазоне, мы использовали этот спектрометр.

Рисунок 1 Экспериментальная система: спектрометр AvaSpec - HERO, высокомощные импульсные ксеноновые лампы Avalight - XE и погруженные зонды с переменным диапазоном

Источники света используют импульсную ксеноновую лампу AvaLight - XE - HP, которая очень хорошо работает в ультрафиолетовой области и подключается к спектрометру с помощью Y - образной триггерной линии. Он начинает работать после получения сигнала TTL от спектрометра, чтобы убедиться, что спектр измеряется только во время работы источника света. Количество вспышек для каждого измерения может быть установлено в программном обеспечении AvaSoft, чтобы избежать спектрального насыщения (которое возникает, когда избыток света попадает в спектрометр). Мы установили количество вспышек до трех в эксперименте по длине света 10 мм и до двух в эксперименте по длине света 5 мм.

Рисунок 2: Погруженный зонд с переменным световым диапазоном при длине луча 10 мм

Последним компонентом экспериментальной системы является погружаемый зонд переменного диапазона света компании Avantes. Компания Avantes предлагает своим научным и промышленным клиентам погружные зонды с фиксированным или переменным световым диапазоном (рисунок 2), изменение длины которого может быть достигнуто путем отвинчивания и затягивания медных труб. Более длинный световой путь подходит для измерения проб с низкой концентрацией, а более короткий - для измерения проб с высокой концентрацией. Это связано с тем, что более длинные расстояния позволяют большему количеству света проникать в образец, а зонд длиной 10 мм более подходит для образцов с более низкой концентрацией, чем длина 5 мм.

3: Экспериментальный процесс

Как показано на рисунке 3, рекомендованное соотношение разбавления гербицида Нонды составляет: 1,5 унции (3 столовые ложки) гербицида Нонды смешиваются с 1 галлоном воды, в это время концентрация образца гербицида Нонды составляет около 1,2%. При неизменном весе раствора три других образца были разбавлены на 25%, 50% и 75% больше, чем рекомендуемая концентрация соответственно. (Эта концентрация была определена на основе трех других концентраций, концентрация которых была на 25, 50 и 75 процентов выше рекомендованного коэффициента разбавления концентрации, соответственно.)

Рис. 3 Концентрация и процентная доля проб гербицидов, взятых после разбавления

Растворитель представляет собой деионизированную воду, используемую для разбавления раствора нонды с содержанием глифосата 2%, при этом концентрации в четырех пробах после разбавления составляют 1,2%, 0,88%, 0,59% и 0,29%, соответственно (рис. 3). Процент глифосата в этих четырех пробах составлял 0024%, 0018%, 0012% и 00058%, соответственно (рис. 3). Четыре разбавленных образца показаны на рисунке 4.

Рисунок 4: Разбавленные растворы четырех различных концентраций гербицидов

4: Экспериментальные данные и результаты

Перед тестовым образцом мы установили, что спектрометр имеет интегральное время 30 мс, а источник света Avalight - XE - HP имеет три вспышки. Сначала мы протестировали четыре образца с длиной 10 мм, и мы выбрали режим поглощения света, сначала сохраняя темный шум, чтобы устранить шум, принесенный самим прибором, со ссылкой на растворитель (деионизированную воду). Результаты измерений поглощения с использованием зонда длиной 10 мм показаны на рисунке 5.

Рисунок 5: Результаты измерений поглощения с помощью зонда длиной 10 мм

Пик поглощения чистого глифосата составляет около 265 нм, в то время как пик поглощения разбавленного глифосата может находиться на любой длине волны от 200 до 300 нм. Пик, который мы измерили в эксперименте, был около 200 нм, и спектральная форма соответствовала спектральным данным других исследователей. Таким образом, было доказано, что зонд длиной 10 мм хорошо измеряет глифосат в разбавленном растворе четырех гербицидов Нонды.

Во втором эксперименте использовался зонд длиной 5 мм, и мы установили интегральное время спектрометра 20 мс, а количество вспышек от источника AvaLight - XE - HP было 2, чтобы избежать насыщения, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6: Результаты измерений поглощения с использованием зонда длиной 5 мм

5: Обсуждение результатов

Спектр измерений с 5 - миллиметровым зондом менее последовательен, чем спектр измерений с 10 - миллиметровым зондом. Спектральная форма образца 2 (фиолетовый, степень разбавления увеличена на 25%) и образца 4 (черный, степень разбавления увеличена на 75%) отличается от двух других образцов. Кроме того, спектральные линии поглощения проб 2 и 4 не снижались быстро после того, как они достигли пика, а фактически не снижались. Эти результаты свидетельствуют о том, что результаты измерений с 5 - мм оптическим зондом менее надежны, чем с 10 - мм оптическим зондом. Это согласуется с нашей первоначальной гипотезой: поскольку все четыре образца были полностью разбавлены, 10 - миллиметровый зонд может получить лучшие результаты измерений. На рисунках ниже (7, 8, 9 и 10) сравниваются результаты испытаний 10 - мм и 5 - мм зондов для каждого образца. Можно увидеть более точные результаты измерений с помощью 5 - миллиметрового зонда с 10 - миллиметровым световым зондом. Рисунок (11) представляет собой обобщение всех спектральных результатов этого эксперимента.

Рисунок 7: Измерение раствора подходящей концентрации с помощью 5mm / 10mm светового зонда

Рисунок 8: Измерение раствора с увеличением разбавления на 25% с помощью 5mm / 10mm светового зонда

Рисунок 9: Измерение раствора с увеличением разбавления на 50% с помощью 5mm / 10mm светового зонда

Рисунок 10: Измерение раствора с увеличением разбавления на 75% с помощью 5mm / 10mm светового зонда

Рисунок 11: Все результаты измерений с помощью 5mm / 10mm светового зонда

6: Выводы

Как и ожидалось, погружаемый зонд с переменным световым диапазоном 10 мм может лучше распознавать пики поглощения глифосата. 5 - миллиметровый зонд также может обнаруживать сигналы глифосата, но спектральная форма не такая однородная, как 10 - миллиметровый зонд. Все четыре сильно разбавленных образца показали, что эксперименты были более эффективными при более длинном световом диапазоне. Если наши предположения верны, то если концентрация образца значительно увеличится в другом эксперименте, 5 - мм световой зонд обеспечит лучшие экспериментальные результаты.

Этот эксперимент показал, что погруженные зонды с переменным световым диапазоном могут применяться для измерения поглощения проб с низкой концентрацией и могут охватывать широкий диапазон концентраций. Этот эксперимент хорошо продемонстрировал, что при различной концентрации проб можно получить лучшие результаты при различных световых расстояниях, обеспечиваемых погружающимися зондами с переменным световым диапазоном.