Zasada działania
Urządzenie działa na zasadzie pomiaru fluorescencji. Źródło UV diody naświetla fragment liścia lub owocu. Jeśli na powierzchni znajdują się cząsteczki pestycydu (lub barwnika wskaźnikowego), absorbują energię i emitują światło fluorescencyjne o dłuższej długości fali. Światłowody w głowicy zbierają tę fluorescencję i przekazują ją do spektrometru.
Znając długości wzbudzenia (UV) i emitowanych fal barwnika, odróżniamy sygnał od tła. Software oblicza stosunek intensywności sygnału z próbki do intensywności tła (F/F₀) – wzrost wskazuje na obecność pestycydu. Pomiar trwa tylko kilka sekund i kończy się komunikatem „pestycyd NIE WYKRYTO” lub „pestycyd WYKRYTY” wraz z szacowanym stężeniem.
Testy i strojenie parametrów
Podczas prototypowania eksperymentowaliśmy z różnymi ustawieniami, by uzyskać najlepsze parametry:
- Odległość czujnika: Zbyt bliska prowadzi do prześwietlenia detektora, zbyt duża – do zbyt słabego sygnału. Po serii testów ustaliliśmy kilkaset milimetrów jako optymalny odstęp.
- Moc i czas emisji LED: Regulacja natężenia UV oraz czasu ekspozycji spektrometru pozwala uzyskać maksymalny sygnał przy minimalnym szumie.
- Dobór filtrów optycznych: Wybieraliśmy filtry górnoprzepustowe, które przepuszczają emisję barwnika (np. kumaryny 7) i blokują co najmniej 90% światła UV.
- Profil próbki i tła: Najpierw mierzyliśmy czysty liść (pomiar referencyjny), potem liść z naniesionym barwnikiem. Dzięki temu software koryguje wynik i pokazuje tylko sygnał netto.
Testy przeprowadzono zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i bezpośrednio w sadzie – w intensywnym świetle słonecznym i zmiennych temperaturach. Kalibracja w terenie sprawiła, że pomiary są stabilne i powtarzalne.
Współpraca z komputerem i analiza sygnału
Spektrometr SILVER-Nova łączy się przez USB z laptopem, na którym działa dedykowane oprogramowanie:
- Sterowanie pomiarem: Zapala diodę UV i uruchamia odczyt spektrometru w odpowiednim momencie.
- Przechwytywanie widm: Odbiera surowe dane widmowe co kilka sekund.
- Analiza danych: Automatycznie porównuje serię pomiarów z wcześniej zapisanym wzorcem tła. Oblicza stosunek intensywności sygnału charakterystycznego dla barwnika.
- Wizualizacja i raport: Wyniki prezentowane są liczbowo i graficznie – histogram lub wykres natężenia fluorescencji oraz ocena stężenia pestycydu. Operator widzi od razu, czy wynik mieści się w normie.
Wnioski z prototypowania
- Skuteczność: W warunkach kontrolowanych urządzenie potwierdziło swoją przydatność – wykrywaliśmy pestycydy zawierające silnie fluorescencyjne grupy. Otrzymane sygnały jednoznacznie wskazywały na obecność barwnika.
- Ograniczenia: Związki chemiczne pozbawione grup aromatycznych (np. niektóre fenole) słabo wykazują fluorescencję, co utrudnia ich wykrycie. Sensor jest więc najbardziej czuły na pestycydy z pierścieniami aromatycznymi.
- Dokładność: W laboratorium osiągaliśmy rozdzielczość pomiaru na poziomie kilkuset ng/mL. W terenie dokładność nieco spadała z powodu zmiennego oświetlenia i tła, ale nadal wystarcza do wykrywania niskich stężeń pestycydów.
Znaczenie praktyczne
Urządzenie EkoSad to przełom w monitoringu bezpieczeństwa żywności. Dla sadników oznacza szybsze decyzje dotyczące zbioru i ewentualnego oprysku, gdy wykryją śladowe ilości pestycydów. Konsumenci żywności ekologicznej zyskują dodatkową gwarancję czystości owoców.
Dzięki prostocie obsługi i natychmiastowym wynikom technologia może być wkrótce stosowana na szeroką skalę w gospodarstwach. Wykrywanie pestycydów w terenie wspiera zrównoważone rolnictwo i pomaga ograniczać nadmierne stosowanie chemii. Zespół EkoSad udowodnił, że optyczne czujniki fluorescencyjne stanowią skuteczne narzędzie pierwszego kontaktu w kontroli jakości owoców, łącząc zaawansowaną naukę z praktycznymi potrzebami sadników.
