zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-2366Research ArticleСтатьиРазработка детектора для портативного атомно-эмиссионного и флуоресцентного датчикаDevelopment of a Detector for a Portable Atomic Emission and Fluorescence SensorКрыловИ. Н.KrylovI. N.

Москва

Moscow

ВерженюкС. С.VerzheniukS. S.

Москва

Moscow

СоколовД. И.SokolovD. I.

Москва

Moscow

ЛабутинТ. А.LabutinT. A.

Москва

Moscow

timurla@laser.chem.msu.ruМосковский государственный университет им. М. В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation202610092026933407412Copyright © Крылов И.Н., Верженюк С.С., Соколов Д.И., Лабутин Т.А., 20262026Крылов И.Н., Верженюк С.С., Соколов Д.И., Лабутин Т.А.Krylov I.N., Verzheniuk S.S., Sokolov D.I., Labutin T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2366

   Разработан детектор на базе КМОП-линейки (комплементарный металл-оксид-полупроводник) для регистрации атомно-эмиссионных и флуоресцентных спектров в задачах экологического мониторинга природных вод. Система создана на основе фотодетектора Hamamatsu S11639-01 и микроконтроллера STM32F401, что обеспечивает низкую стоимость детектора. Разработано программное обеспечение для управления и синхронизации детектора, а также визуализации спектров в реальном времени. Экспериментальные испытания на спектральных источниках показали высокую чувствительность в диапазоне 200—950 нм и линейность отклика при экспозициях от десятков микросекунд до нескольких минут. Детектор успешно зарегистрировал спектры ртутно-аргоновой лампы и флуоресценцию раствора флуоресцеина, включая малоинтенсивные эмиссионные линии. Подтверждена возможность применения разработанного детектора в портативных гибридных сенсорах для одновременного определения элементного состава и оценки содержания растворенного органического вещества по данным флуоресценции.

   A CMOS-based detector for registration atomic emission and fluorescence spectra in environmental monitoring of natural waters has been developed. The detector employs the Hamamatsu S11639-01 CMOS linear sensor together with an STM32F401 microcontroller, providing an inexpensive solution. Dedicated software was developed to control and synchronize the detector and to enable real-time spectral visualization. Experimental tests using laboratory spectral sources demonstrated high sensitivity over the 200–950 nm spectral range and a linear response for exposure times from tens of microseconds up to several seconds. The detector successfully registered spectra of a Hg-Ar lamp as well as fluorescence of fluorescein solution, including low-intensity emission lines. The results confirm the detector’s suitability for portable hybrid sensors capable of simultaneous elemental analysis and fluorescence-based assessment of dissolved organic matter.

фотодетекторКМОП-линейкапортативный датчикмолекулярная флуоресценцияатомно-эмиссионная спектрометрияphotodetectorCMOS linear camerasportable sensormolecular fluorescenceatomic emission spectrometryРабота выполнена при поддержке программы развития МГУ (проект № 23-Ш07-67)The work was carried out with the support of the MSU Development Program (project No. 23-Sh07-67)ReferencesС. Собянин, Е. Данчиков, Ю. Урожаева. Доклад о состоянии окружающей среды в городе Москве в 2024 году [Электронный ресурс], URL: https://www.mos.ru/upload/content/files/ce91e7d457ac339d0b3ceb1fd881298e/DokladosostoniiokryjausheisredivgorodeMokvev2024gody.pdf (дата обращения: 24. 11. 2025)С. Собянин, Е. Данчиков, Ю. Урожаева. Доклад о состоянии окружающей среды в городе Москве в 2024 году [Электронный ресурс], URL: https://www.mos.ru/upload/content/files/ce91e7d457ac339d0b3ceb1fd881298e/DokladosostoniiokryjausheisredivgorodeMokvev2024gody.pdf (дата обращения: 24. 11. 2025)D. B. Lindenmayer, G. E. Likens. Biolog. Conserv., 143, N 6 (2010) 1317—1328D. B. Lindenmayer, G. E. Likens. Biolog. Conserv., 143, N 6 (2010) 1317—1328P. Pohl, P. Jamroz, K. Swiderski, A. Dzimitrowicz, A. Lesniewicz. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 88 (2017) 119—133P. Pohl, P. Jamroz, K. Swiderski, A. Dzimitrowicz, A. Lesniewicz. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 88 (2017) 119—133И. Н. Крылов, О. Н. Ерина, А. Н. Дроздова, И. В. Селиверстова, Т. А. Лабутин. Журн. прикл. спектр., 91, № 5 (2024) 733—740 [I. N. Krylov, O. N. Erina, A. N. Drozdova, I. V. Seliverstova, T. A. Labutin. J. Appl. Spectr., 91, N 5 (2024) 1065—1071]И. Н. Крылов, О. Н. Ерина, А. Н. Дроздова, И. В. Селиверстова, Т. А. Лабутин. Журн. прикл. спектр., 91, № 5 (2024) 733—740 [I. N. Krylov, O. N. Erina, A. N. Drozdova, I. V. Seliverstova, T. A. Labutin. J. Appl. Spectr., 91, N 5 (2024) 1065—1071]С. А. Бабин, Д. О. Селюнин, В. А. Лабусов. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 85, № 1(II) (2019) 96—102С. А. Бабин, Д. О. Селюнин, В. А. Лабусов. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 85, № 1(II) (2019) 96—102Авеста – ASP-75m. Компактный универсальный спектрометр [Электронный ресурс], URL: https://avesta.ru/product/asp-75-kompaktnyj-universalnyj-spektrometr/ (дата обращения: 24. 11. 2025)Авеста – ASP-75m. Компактный универсальный спектрометр [Электронный ресурс], URL: https://avesta.ru/product/asp-75-kompaktnyj-universalnyj-spektrometr/ (дата обращения: 24. 11. 2025)А. М. Ливщиц, Е. В. Горский. Контроль. Диагностика, 7 (2015) 50—53А. М. Ливщиц, Е. В. Горский. Контроль. Диагностика, 7 (2015) 50—53WeAct Studio. MiniSTM32F4x1 [Электронный ресурс], URL: https://github.com/WeActStudio/WeActStudio.MiniSTM32F4x1 (дата обращения: 24. 11. 2025)WeAct Studio. MiniSTM32F4x1 [Электронный ресурс], URL: https://github.com/WeActStudio/WeActStudio.MiniSTM32F4x1 (дата обращения: 24. 11. 2025)Линейные фоточувствительные приборы с зарядовой связью ФПЗС13Л/14Л [Электронный ресурс], URL: https://pulsarnpp.ru/components/com_jshopping/files/demo_products/fpzs_13l_14l.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)Линейные фоточувствительные приборы с зарядовой связью ФПЗС13Л/14Л [Электронный ресурс], URL: https://pulsarnpp.ru/components/com_jshopping/files/demo_products/fpzs_13l_14l.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)CMOS linear image sensor S11639-01 | Hamamatsu Photonics [Электронный ресурс], URL: https://www.hamamatsu.com/us/en/product/optical-sensors/image-sensor/ccd-cmos-nmos-image-sensor/line-sensor/for-spectrophotometry/S11639-01.html (дата обращения: 24. 11. 2025)CMOS linear image sensor S11639-01 | Hamamatsu Photonics [Электронный ресурс], URL: https://www.hamamatsu.com/us/en/product/optical-sensors/image-sensor/ccd-cmos-nmos-image-sensor/line-sensor/for-spectrophotometry/S11639-01.html (дата обращения: 24. 11. 2025)CMOS linear image sensor S12706 | Hamamatsu Photonics [Электронный ресурс], URL: https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES_LIBRARY/ssd/s12706_kmpd1146e.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)CMOS linear image sensor S12706 | Hamamatsu Photonics [Электронный ресурс], URL: https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES_LIBRARY/ssd/s12706_kmpd1146e.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)CMOS linear image sensor S13496 | Hamamatsu Photonics [Электронный ресурс], URL: https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES_LIBRARY/ssd/s13496_kmpd1164e.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)CMOS linear image sensor S13496 | Hamamatsu Photonics [Электронный ресурс], URL: https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES_LIBRARY/ssd/s13496_kmpd1164e.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)Toshiba CCD linear image sensor TCD1304DG | Toshiba [Электронный ресурс], URL: https://tcd1304.wordpress.com/wp-content/uploads/2016/07/tcd1304dg.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)Toshiba CCD linear image sensor TCD1304DG | Toshiba [Электронный ресурс], URL: https://tcd1304.wordpress.com/wp-content/uploads/2016/07/tcd1304dg.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)Toshiba CCD linear image sensor TCD2561D | Toshiba [Электронный ресурс], URL: https://www.datasheet.live/pdfviewer?url=https%3A%2F%2Fpdf.datasheet.live%2F8c675970%2Ftoshiba.co.jp%2FTCD2561D.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)Toshiba CCD linear image sensor TCD2561D | Toshiba [Электронный ресурс], URL: https://www.datasheet.live/pdfviewer?url=https%3A%2F%2Fpdf.datasheet.live%2F8c675970%2Ftoshiba.co.jp%2FTCD2561D.pdf (дата обращения: 27. 01. 2026)Objective Development Software GmbH. Free USB-IDs for shared use [Электронный ресурс], URL: https://github.com/obdev/v-usb/blob/master/usbdrv/USB-IDs-for-free.txt (дата обращения: 24. 11. 2025)Objective Development Software GmbH. Free USB-IDs for shared use [Электронный ресурс], URL: https://github.com/obdev/v-usb/blob/master/usbdrv/USB-IDs-for-free.txt (дата обращения: 24. 11. 2025)D. Filimonchuk. libusb_stm32 [Электронный ресурс], https://github.com/dmitrystu/libusb_stm32 (дата обращения: 24. 11. 2025)D. Filimonchuk. libusb_stm32 [Электронный ресурс], https://github.com/dmitrystu/libusb_stm32 (дата обращения: 24. 11. 2025)IUP – Portable User Interface [Электронный ресурс], URL: https://www.tecgraf.puc-rio.br/iup/ (дата обращения: 24. 11. 2025)IUP – Portable User Interface [Электронный ресурс], URL: https://www.tecgraf.puc-rio.br/iup/ (дата обращения: 24. 11. 2025)libusb [Электронный ресурс], URL: https://libusb.info/ (дата обращения: 24. 11. 2025)libusb [Электронный ресурс], URL: https://libusb.info/ (дата обращения: 24. 11. 2025)P. Pohl, P. Jamzor, K. Swiderski, A. Dzimitrowicz, A. Lesniewicz. TrAC–Trends Anal. Chem., 88 (2017) 119—133P. Pohl, P. Jamzor, K. Swiderski, A. Dzimitrowicz, A. Lesniewicz. TrAC–Trends Anal. Chem., 88 (2017) 119—133Б. К. Зуев, В. В. Ягов, М. Л. Гецина, Б. А. Руденко. ЖАХ, 54, № 10 (2002) 1072Б. К. Зуев, В. В. Ягов, М. Л. Гецина, Б. А. Руденко. ЖАХ, 54, № 10 (2002) 1072

The authors declare that there are no conflicts of interest present.