Исследования флуоресценции органических пленок различного происхождения и толщины с целью разработки метода их дистанционной диагностики на морской поверхности

Пленки на взволнованной водной поверхности морей и океанов являются сложным для исследования объектом по целому ряду причин: разнообразие состава и физических свойств, неоднородность распределения по поверхности, влияние внешних факторов (волнение, течения), условия наблюдения и прочие. Комплексное их исследование подразумевает применение набора согласованных методов, подходов и средств, которые в конечном счете должны обеспечивать приемлемую точность определения характеристик пленок, работоспособность в режиме оперативного мониторинга и удовлетворять требованиям по метеоусловиям. В лабораторных условиях активно используются флуоресцентные методы, заключающиеся в идентификации пленки за счет уникальности ее спектра и использовании линии комбинационного рассеяния воды для оценки толщин тонких пленок (менее 10 мкм) [1-4].
В настоящей работе представлены результаты лабораторного эксперимента по исследованию флуоресценции пленок поверхностно-активных веществ разных толщин на водной поверхности с использованием портативных инструментов марки Ocean Optics. В качестве источника света использовался диодный источник Ocean Optics LSM-280A мощностью 0.22 мВт, излучающий в непрерывном режиме на длине волны 280 нм, а в качестве приемника – спектрометр Ocean Optics USB2000+ с шириной полосы 200-1100 нм. Оба устройства размещались на подвижной платформе, перемещающейся по рельсам над кюветой с водой. Размер кюветы составлял 256 х 60 х 115 мм, уровень воды – 90 мм. На поверхность воды с помощью пипетки наносились пленки следующих веществ: уральская нефть, дизель, олеиновая кислота, моторное масло 5W-40, мыльный раствор Fairy. После растекания пленка приобретала пространственно-неоднородную структуру, изменчивость толщины которой планировалось оценить по интенсивности сигналов флуоресценции при перемещении платформы над пленкой. Первые эксперименты показали, что для уверенной регистрации флуоресценции необходимо производить накопление сигнала в течение 15 секунд, что не подходит для задачи непрерывной оценки толщины пленки при ее движении. Поэтому было решено регистрировать сигналы флуоресценции дискретно, с шагом 20мм по длине кюветы. В результате были получены спектры флуоресценции пленок перечисленных выше веществ для толщины пленок от 0.5 до 33 мкм. Установлена связь интенсивности отражения на длине волны излучения с толщиной пленки для перечисленных веществ. Регулярная связь между спектральными особенностями флуоресценции с толщиной пленки не установлена.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ №18-35-20054 и 18-45-520008 р_а, а также в рамках госзадания (тема Разработка радиофизических методов исследования океана (0035-2019-0006)).