Российские ученые из лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ Томского государственного университета предложили использовать цифровую голографическую камеру для определения загрязнения водоемов по планктону. Устройство нужно поместить воду, затем оно определит размеры и форму планктонных и других частиц, а также их скорость, количество особей и другие параметры. Такие данные помогут оценить состояние водоема и его биологическое разнообразие.
"Для записи голограммы нужно пучок лазерного излучения пропустить через объем среды и зарегистрировать на ПЗС-камеру — это и будет осевая голограмма этого объема среды, — говорит первый проректор Томского государственного университета, заведующий лабораторией радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ Виктор Дёмин. — От обычной фотографии она отличается тем, что мы можем полностью восстановить информацию о волне, прошедшей сквозь объём, а это значит – имеем всю информацию о маленьких частичках или организмах, которые в этой среде находились".
Механизм действия устройства работает так: из лазерного источника в расширитель направляется луч с излучением красного цвета. Затем расширитель создает равномерный широкий пучок, проходящий через объем с частицами. То, что рассеивается на них, — это предметная волна, которая хранит информацию о таких частицах. А то, что проходит мимо, — называется опорной волной. Она нужна для создания интерференционной картины. Ее записывают на ПЗС-камеру в виде голограммы.
Метод оптической голографии даст возможность изучать частицы различного происхождения. Например, в аэрозоли, облачных частиц (самолетный вариант), неоднородности в оптических кристаллах, стеклах (в том числе самолетных), эритроциты и прочее. Радиофизики ТГУ голографируют морские частицы. Это любые объекты в воде: планктон, пузырьки газа, капли нефти и др. Изучение планктона сразу даст ответы на множество вопросов. В частности, о развитии экосистемы водоема, его биоразнообразии и экологическом состоянии.
Погружаясь в воду, лазерный пучок цифровой голографической камеры выходит из одного герметичного корпуса, затем отражается от призм и переходит во второй герметичный корпус с камерой. Это осевая схема в сложенном виде для уменьшения габаритов оборудования. Вместе с цифровой голографической камерой помещаются также дополнительные датчики, например, температуры, давления и проводимости. Больший объем информации о среде обитания даст возможность более конкретные делать выводы и комплексно исследовать проблему.
Сейчас ученые лаборатории изучают фототропную реакцию планктона. Для этого цифровую голографическую камеру помещают в аквариум с водой с несколькими видами планктона. Воду при этом освещают аттракторным (притягивающим) излучением зеленого цвета. После этого планктон реагирует и собирается в пучке привлекающего света. Зеленый свет нужен для привлечения планктона. Его используют из-за схожести со светом, рассеиваемым микроводорослями, которыми питается планктон.
"По тому, насколько быстро планктон начинает концентрироваться в световом пучке, мы можем определить степень фототропной реакции. Далее в эксперименте мы добавляем загрязнители, такие как дихромат калия или сырая нефть, планктон при этом начинает реагировать — и тогда скорость концентрирования уменьшается. Это зависит и от дозы загрязнителя. Таким образом, исследуя фототропную реакцию планктона, можно диагностировать загрязнение природных водоемов на ранней стадии", — говорит научный сотрудник лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУ Александра Давыдова.
Фото на странице: David Becker / Фотобанк Unsplash
