Наличие нефти в почве можно определять с помощью электронного носа — прибора, который ранее использовался для анализа газовых смесей в различных средах. Благодаря компактности и возможности настройки с помощью искусственного интеллекта прибор может стать альтернативой громоздким газовым спектрометрам, которые пригодны только для лабораторных условий. Результаты исследования опубликованы в Journal of Hazardous Materials.
«Электронный нос» — технология, позволяющая определить, какие летучие химические вещества содержатся в газовых смесях. Одноименный прибор работает по тому же принципу, что и человеческий нос, анализируя запах целиком. Этим он отличается от тандемных газовых хромато-масс-спектрометров, которые последовательно проверяют каждый содержащийся в смеси компонент. Несмотря на высокую точность, газовые хромато-масс-спектрометры отличаются громоздкостью, из-за чего их можно использовать только в лабораторных условиях. Поэтому в полевых условиях, например, при экологическом мониторинге, может использоваться более компактный (размером с книгу) и мобильный «электронный нос». Однако прибор необходимо предварительно настроить, чтобы он мог легко распознавать искомые вещества.
Ученые из Сколтеха и Евразийского национального университета (Казахстан) предложили использовать «электронный нос» для определения компонентов нефти. С трех различных месторождений нефти в Казахстане авторы взяли девять образцов сырья, в составе которых присутствовали как «легкие», так и «тяжелые» углеводородные фракции. Авторы смоделировали ситуацию нефтяного разлива: образцы добавлялись в почву, а затем выдерживались в газоаналитической установке в течение получаса; на последнем этапе поток воздуха с летучими веществами исследовался «электронным носом».
«Обучение» «электронного носа» происходило с использованием искусственного интеллекта (ИИ): алгоритм анализировал последствия принятия тех или иных решений и «на выходе» давал результат. С помощью ИИ ученые смогли настроить обработку данных, поступающих с восьми датчиков прибора, в результате «электронный нос» стал определять источник происхождения нефти с высокой точностью вне зависимости от ее летучести. Такая настройка оказалась весьма эффективной: прибор мог определять наличие нефти в почве даже спустя 12 часов после завершения эксперимента, когда нефть уже частично выветрилась.
«Предложенный нами подход можно применять на месторождениях нефти, чтобы определить, насколько продуктивен тот или иной пласт. «Электронный нос» по «запаху» летучей фракции нефти в воздухе установит ее химические характеристики. Предполагаю, что с помощью «электронного носа» также можно уточнить район нового месторождения нефти», — цитирует Российский научный фонд аспиранта Сколтеха Валерия Зайцева.
