Розроблення оптичного сенсора для виявлення метилового спирту у повітрі, яке видихає людина, на основі апаратно-програмної платформи Arduino
Автор: Сидір Богдан Ярославович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електроніка
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Магістерську кваліфікаційну роботу присвячено розробці оптичного сенсора для виявлення метилового спирту у повітрі, яке видихає людина, на основі апаратно-програмної платформи arduino. Метиловий спирт - небезпечна отрута [1]. Діє переважно на нервову та серцево-судинну систему, має виражену здатність до кумуляції. У людини прийом внутрішньо 5-10 мл метанолу і більше може призводити до важкого отруєння, 30 мл можуть викликати смертельний результат. Потрапляння в організм більше 80-150 мл метанолу (1-2 мл чистого метанолу на кілограм тіла) зазвичай смертельно. Токсичний ефект метанолу розвивається протягом кількох годин, і ефективні антидоти здатні зменшити шкоду, що завдається. Небезпечний для життя не тільки чистий метанол, а й рідини, що містять отруту навіть у невисокій концентрації [2-4]. Вживання лише 6 мл метанолу може бути смертельним [5]. Таким чином, детектор метанолу для перевірки алкогольних напоїв може допомогти запобігти спалахам отруєння метанолом. Поріг безпеки для природного метанолу в лікері (40 об.% етанолу) становить 0,4 об.%, оскільки такі низькі рівні є побічним продуктом бродіння. Таким чином, детектор повинен мати можливість відрізнити «безпечні» алкогольні напої від зіпсованих із зазвичай набагато вищим вмістом метанолу. В роботі наведено дані про існуючі газоаналізатори, що використовуються для визначення концентрації метанолу у повітрі, сформульовані вимоги до цих таких сенсорів для використання в медичних цілях. Проведено літературний огляд, в якому були розглянуті причини наявності метанолу у організмі людини, схеми тестування, види газових сенсорів, а також здійснено аналіз характеристик сучасних газоаналізаторів. На основі цих даних розроблено компактний газоаналізатор на базі контролера серії Arduino Uno для використання приватними особами або медичними установами, що спеціалізуються на лікуванні отруєнь, які пов’язані з травною системою людини. Проведено економічний аналіз доцільності створення даного газоаналізатора. Принцип роботи розроблюваного сенсора заснований на тому, що пара деяких органічних речовин після поглинання рідким кристалом призводить до зміни його спектральних характеристик. Це може бути використано як підґрунтя до створення чутливих елементів оптичних сенсорів [6]. Об’єкт дослідження – оптичний газовий сенсор для виявлення метилового спирту у повітрі, яке видихає людина, на основі апаратно-програмної платформи arduino. Предмет дослідження – оптичні властивості чутливого елемента газового сенсора на основі рідкокристалічної холестерико-нематичної суміші, що складається з нематичного рідкого кристалу Е7 та активної домішки СВ15. Мета дослідження: розроблення оптичного сенсора для виявлення метилового спирту у повітрі, яке видихає людина, на основі апаратно-програмної платформи arduino. В результаті виконання даної магістерської роботи було розроблено оптичний газовий сенсор для виявлення метилового спирту у повітрі що видихає людина. В якості чутливого елементу було обрано холестерико-нематичну суміш рідкого кристалу Е7 та домішки СВ15. Ця суміш має властивість змінювати свої спектральні характеристики під дією метилового та етилового спиртів. Ця особливість була покладена в основу розроблюваного сенсора. Ключові слова – холестерико-нематична суміш, рідкі кристали, оптичний сенсор, метанол. Перелік використаних літературних джерел: Lin, L. et al. Low-temperature hydrogen production from water and methanol using Pt/?-MoC catalysts. Nature 544, 80–83 (2017). The American Academy of Clinical Toxicology Ad Hoc Committee on the Treatment Guidelines for Methanol Poisoning. et al. American Academy of Clinical Toxicology practice guidelines on the treatment of methanol poisoning. J. Toxicol. Clin. Toxicol. 40, 415–446 (2002). Kruse, J. A. Methanol poisoning. Intensive Care Med. 18, 391–397 (1992). Agence France-Presse. Voice of America News: death toll in Iran alcohol poisoning jumps to 84. https://www.voanews.com/a/death-toll-in-iran-alcohol-poisoning-jumps-to-84/4633468.html (2018). Bennett, I. L., Cary, F. H., Mitchell, G. L. & Cooper, M. N. Acute methyl alcohol poisoning: a review based on experiences in an outbreak of 323 cases. Medicine 32, 431–463 (2013). Chin-Kai Chang, Hui-Lung Kuo, Kea-Tiong Tang, Shih-Wen Chiu. Optical detection of organic vapors using cholesteric liquid crystals. Applied Physics Letters. 2011. Vol. 99, No. 7. P. 504–519.