Получено модельное описание поведения полимерных оптодов на основе липофильных индикаторов, с подавленной обменной емкостью: предложена система уравнений для численного решения; рассчитан отклик оптодов, содержащих лишь липофильный индикатор и различное количество ионной добавки, в зависимости от состава раствора; подобраны параметры и получены численные решения системы в виде зависимостей оптический сигнал – состав раствора с учетом различных факторов (качественного и количественного состава оптодной мембраны; образования ионных пар в полимерной фазе; вымывания и разложения активных компонентов сенсора). Была теоретически подтверждена концепция, лежащая в основе создания безградуировочных массивов оптических сенсоров: оптический сигнал стандартов был строго стабилен на уровнях, определяемых содержанием ионной добавки.
Были получены экспериментальные зависимости относительного оптического сигнала от рН и от активности катионов натрия в растворе для исследуемых стандартов и индикаторных оптодов, которые продемонстрировали хорошее соответствие предложенному теоретическому описанию. Было показано, что диапазон стабильности сигнала цветовых стандартов действительно можно оптимизировать для конкретной задачи посредством изменения pКа используемого хромоионофора, что также согласуется с теоретическим описанием.
Экспериментальное исследование влияние типа ионной добавки на закономерности функционирования предложенных стандартов сигнала выявило оптимальных кандидатов для использования в составе элементов шкалы. Были получены модельные и экспериментальные данные, описывающие процессы вымывания и фотодеградации ионных добавок в составе оптодов.
Полученные стандарты оптического сигнала были протестированы для безградуировочного определения активности Na+ в модельных образцах. Результаты валидации демонстрируют возможность достаточно точного определения активности катиона натрия в образце с помощью внутренней шкалы.
Было разработано теоретическое описание явления необменной сорбции электролита раствора как для стандартных, так и для индикаторных оптодов. Получены численные решения в виде зависимостей оптического сигнала как индикаторных, так и стандартных оптодов от состава раствора при различных значениях коэффициентов распределения ионов раствора и концентрации электролитов раствора, а также параметров сенсорной фазы: концентраций активных компонентов, констант кислотности индикатора и устойчивости комплексов ион-ионофор. Анализ полученных зависимостей позволил выявить фундаментальные закономерности, позволяющие снизить влияние необменной сорбции на поведение стандартных оптодов путем выбора оптимальных условий проведения измерений, продлить область стабильности оптического сигнала. Для индикаторных оптодов было обнаружено, что коэффициент распределения гидрофильного аниона оказывает заметное влияние на pH-отклик оптода при значениях выше 10-4. При этом увеличение коэффициента распределения приводит к увеличению чувствительности отклика оптода, а также сдвигу диапазона отклика оптода в сторону более высоких рН. На расчётных кривых катионного отклика был впервые обнаружен максимум, который отражает переход от катионного отклика к анионному. При увеличении коэффициента распределения аниона раствора сокращаются чувствительность, амплитуда и диапазон отклика оптода.
Был предложен универсальный критерий применимости измерительных систем и цветовых пространств для количественной колориметрии: параметр робастности (устойчивости системы к флуктуациям условий измерений). Были оценены значения робастности цветной камеры микроскопа с лампами накаливания в качестве источников освещения и монохромной исследовательской камеры со светодиодными источниками освещения, а также двух цветовых пространств: RGB и HSB. Результаты оценки робастности различных систем измерения в комбинации с различными цветовыми пространствами позволяют заключить, что надежность цифрового анализа цвета и вообще количественной колориметрии может быть повышена за счет корректного выбора системы источник освещения/детектор/цветовое пространство, а для большинства сенсоров на основе липофильных индикаторов оптимальной является комбинация монохромной камеры, светодиодных источников освещения и пространства RGB.
Полученные выводы представляют общий интерес для всей области цветометрии объектов, обладающих оптическим сигналом, а не только полимерных оптических сенсоров, что было продемонстрировано на практическом примере: классификации чернил шариковых ручек по динамике их старения. Путем регистрации цвета различных типов чернил в зависимости от времени при постоянном УФ-облучении получили кинетические кривые старения образцов. Удалось выделить 6 классов чернил против 5, найденных независимым методом спектроскопии КР. Таким образом, была показана высокая информативность цифрового анализа цвета и возможность получения точных и надежных результатов без использования дорогих инструментальных методов. Имеются основания полагать, что предложенный подход при его дальнейшем развитии может выступить в качестве простой методики определения возраста письменных артефактов.