Ученые показали, что незаметное старение светодиодов снижает точность фотохимических экспериментов
. Собранная в ИОХ РАН экспериментальная установка в работе: фотореактор с ультрафиолетовыми светодиодами
© Кирилл Козлов / ИОХ РАН
Ученые выявили ранее недооцененный источник ошибок в фотохимии — неравномерное старение светодиодов в лабораторных установках. Как оказалось, деградация источников света может искажать результаты экспериментов даже при внешне исправном оборудовании. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале ChemPhotoChem.
Фотохимические процессы широко используются в современной химии, где скорость и эффективность реакций напрямую зависят от параметров освещения — интенсивности, спектра и равномерности светового потока. В большинстве установок источниками света служат светодиоды (LED), которые считаются стабильными и надежными.
Ученые из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (Москва) выяснили, что при длительной эксплуатации в лабораторных условиях светодиоды могут деградировать не только постепенно, но и неравномерно. Это означает, что отдельные источники света в одном реакторе начинают работать с разной эффективностью, создавая неоднородное освещение.
Особенность химических лабораторий заключается в более агрессивной среде по сравнению с бытовыми условиями: воздействие растворителей, паров реагентов и повышенных температур ускоряет деградацию светодиодов. В результате заметные различия в их характеристиках могут возникать уже в течение одного года эксплуатации, тогда как при обычном использовании этот процесс происходит значительно медленнее.
Для выявления и количественной оценки этих изменений исследователи разработали комплексный подход, включающий семь методов диагностики. Среди них — прямые измерения оптической мощности, химические модельные реакции, чувствительные к интенсивности света, а также простые визуальные тесты, позволяющие быстро оценить состояние оборудования без специализированных приборов.
«Мы занимаемся фотохимией уже более пяти лет и работаем с одними и теми же фотореакторами. Со временем мы начали замечать, что отдельные светодиоды дают немного разные результаты, и решили системно изучить этот эффект. Неожиданно оказалось, что даже реакторы после примерно года эксплуатации могут давать неоднородные результаты, тогда как только новые установки обеспечивают стабильные и воспроизводимые данные. Теперь мы гораздо внимательнее относимся к состоянию оборудования, понимая, что внешне одинаковые светодиоды могут существенно различаться по интенсивности излучения», — отмечает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, младший научный сотрудник ИОХ РАН Кирилл Козлов.
Экспериментальные результаты показали, что старение светодиодов приводит не только к снижению общей интенсивности излучения, но и к росту различий между отдельными источниками света. Это напрямую отражается на химических реакциях: снижается выход продуктов и увеличивается разброс результатов даже при формально одинаковых условиях.
«Мы имеем дело с фактором, который может незаметно искажать результаты фотохимических экспериментов: деградация светодиодов происходит неравномерно и остается скрытой при стандартной эксплуатации. Без учета таких эффектов невозможно говорить о воспроизводимости, а значит — и о химии как точной науке», — подводит итог руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, заведующий лабораторией, академик РАН Валентин Анаников.
Предложенные в работе методы позволяют регулярно контролировать состояние фотохимического оборудования и своевременно выявлять отклонения. Это открывает возможности для повышения воспроизводимости и надежности научных данных, особенно в автоматизированных и высокопроизводительных исследованиях.