УДК 621.317
Л.Н. Семенычева, мл. науч. сотр.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ПОТЕНЦИОСТАТОМ
Контроль и оптимизация биотехнологических процессов в пищевой промышленности требуют быстрой и достоверной информации о концентрации субстратов и продуктов реакции. Этим требованиям наиболее полно отвечают биосенсорные технологии. На фоне других методов определения концентрации веществ биосенсоры выгодно отличаются высокой чувствительностью и селективностью, скоростью анализа, большим разнообразием распознаваемых веществ, низкой ценой и легкостью обработки полученных данных. Биосенсоры базируются на разных типах преобразователей, в том числе амперометрических. По сравнению с другими датчиками амперометрические преобразователи обладают рядом преимуществ, среди которых относительная простота изготовления и использования, широкий диапазон определяемых концентраций, низкая цена.
В ИЭД НАНУ в рамках программы "Сенсорные системы для медико-экологических и промышленно-технологических потребностей" проводится научно-исследовательская работа "Разработка прототипов электронных измерительных каналов портативного амперометрического анализатора" и разрабатывается экспериментальный образец портативного анализатора на основе амперометрических ферментных биосенсоров для контроля качества напитков в виноделии. В составе портативного анализатора предусмотрен многоканальный измеритель тока с системой контроля потенциалов электродов (потенциостатом). Для этого должен быть создан электронный измерительно-управляющий модуль, который может работать как в автономном режиме, так и под управлением персонального компьютера. В настоящее время создан макетный образец измерительного модуля, обеспечивающий измерение тока и задание управляющего потенциала потенциостата.
В рамках работы разработано программное обеспечение (ПО) компьютерного варианта измерительно-управляющего модуля, позволяющее решать следующие задачи: создание сигналов определенной формы для управления потенциостатом; предоставление оператору (пользователю) возможности выбора нужного сигнала и установки необходимых параметров; управление работой одного или нескольких модулей, задающих сигналы определенной формы; управление работой одного или нескольких модулей, измеряющих ответные сигналы измерительной цепи; получение, обработка, визуализация и сохранение измерительной информации; графическое представление результатов измерения тока с привязкой к значениям управляющего напряжения; предоставление разработчикам возможности экспериментального исследования отдельных блоков измерительных модулей (отладочная программа). Для управления потенциостатом используется напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), входящего в измерительно-управляющий модуль. Фрагменты ПО для управления потенциостатом предусматривают статический и динамический режимы изменения управляющего напряжения. При этом в статическом режиме формируется постоянное напряжение на выходе ЦАП, задаваемое установкой оператором произвольных кодов ЦАП. В динамическом режиме автоматически формируются следующие сигналы: нарастающий (от нуля до максимального значения) сигнал с заданной дискретностью изменения кодов ЦАП; сигнал с меняющимся направлением изменения напряжения; нарастающий сигнал с регулируемыми параметрами, среди которых: длительность нарастания сигнала от нуля до максимального значения, число точек, в которых осуществляются измерения, число отсчетов в каждой точке, дискретность изменения кодов ЦАП.
Проведенные, в том числе с помощью разработанной отладочной программы, экспери-ментальные исследования макетного образца измерительного модуля показали соответствие функциональной зависимости задаваемого напряжения и аналогового сигнала управления потенциостатом, а также соответствие формы аналогового выходного сигнала измерительной цепи графическому представлению полученных от модуля цифровых данных.
Результаты экспериментов дают основания для продолжения работ по созданию портативного амперометрического анализатора с использованием выбранных аппаратно-программных решений.