СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА КАНЦЕРОГЕННЫХ И/ИЛИ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Полезная модель относится к области аналитической химии и может быть применена при мониторинге экологической безопасности, в частности для определения и измерения в автоматическом режиме количества токсических веществ, включая: нитриты, нитраты, S, О, N, С-нитрозосоединения (НС) и радиоактивные загрязнения, а также гистамина, во всех объектах окружающей среды: воде, воздухе, продуктах питания, продовольственном сырье, медикаментах, жидкостях и тканях человека и т.д. В практическом плане применение устройства позволяет предложить тест-метод (систему) для определения групп онкологического риска.
Известна система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде, содержащее средство пробоподготовки, средство определения радиоактивности пробы, экстрактор, средство определения оптической плотности пробы и блок обработки информации, в который вводятся для расчета данные, полученные от всех средств измерений [1].
Такой набор средств не позволяет с достаточной точностью рассчитать концентрацию, канцерогенных и токсических веществ например, диметилнитрозоамина (ДМНА) в пробе, т.к. допускается внесение погрешности оператором. Кроме этого, известное устройство обладает ограниченными возможностями, так как оно не может быть использовано для анализа многих сред, как то биологической и иной жидкости человеческого организма, воздушно-аэрозольных смесей, а также других видов нитрозосоединений.
Известна более точная в сравнении с аналогом [1] система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде [2]. Она содержит аналитические весы, гомогенизатор, устройство консервирования пробы, нитритоэкстрактор, спектрофотометр, бета-гама радиометр и ЭВМ.
Однако и такая система недостаточна точна, т.к. допускает ошибку оператора при ручном вводе измеренных на приборах параметров пробы.
Более точна при измерениях и универсальна в использовании система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде [3], принятая за прототип полезной модели.
Она включает в себя подсистему средств для подготовки к исследованию, как минимум, одной части пробы, взятой из объекта окружающей среды,
А также включает в себя подсистему средств измерений показателей, по которым возможно определение содержания канцерогенных и/или токсичных веществ, как минимум, в одной из подготовленных к исследованию частей пробы, и включает в себя в себя подсистему обработки и визуализации этих измерений для пользователей ею. Причем в упомянутую подсистему средств измерений введено соединенное со средством определения оптической плотности пробы экстрагирующее средство, выполненное в виде прибора, для получения, как минимум, одной части такой пробы, содержащей канцерогенные и/или токсические вещества и их предшественники.
Упомянутая измерительная подсистема средств прототипа [3] содержит также Y β-спектрометр, для определения суммарной дозы Y и β излучений, и прибор измерения кислотности пробы. Кроме того в систему возможно подключение средства центрифугирования и средства фильтрации, которыми снабжается средство пробоподготовки.
Однако существенным недостатком системы по прототипу [3] является низкое быстродействие проведения ею измерений ввиду того, что ввод исходных данных в подсистему обработки и визуализации измерений с измерительных средств производится вручную. При этом контроль качества обсчета исходных данных, снимаемых с упомянутых средств и выводимых на информационное средство через блок обработки информации, осуществляется во время ручного ввода этих исходных данных с визуальным контролем правильности математической и статистической обработки, что еще более удлиняет процесс измерения количества канцерогенных и/или токсических веществ в пробе. Упомянутый ручной ввод исходных данных и их контроль не позволяют автоматизировать рабочий процесс системы и включить ее в единую компьютерную сеть вместе с другими измерительными системами.
Кроме того, ведение в упомянутую подсистему средств измерений экстрагирующего средства, выполненного в виде прибора, удлиняет процесс извлечения из части пробы S, О, N, С-нитрозосоединений, нитритов, нитратов, радиоактивных загрязнений, а также гистаминов и др. вредных веществ.
Еще одним существенным недостатком системы по аналогам [1, 2] прототипу [3] является ее незащищенность от несанкционированного доступа.
Поэтому задачей полезной модели является достижение технического результата по созданию автоматизированной системы для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде с помощью сбора и обработки измеренных на приборах данных, обладающей повышенным быстродействием, а также повышенной защищенностью от несанкционированного вмешательства в процесс измерения и обработки данных такой системой.
Поставленная задача решается тем, что система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде, включающая в себя подсистему средств для подготовки к исследованию, как минимум, одной части пробы, взятой из объекта окружающей среды, содержащей канцерогенные и/или токсические вещества и их предшественники, и включающая в себя экстрагирующее средство для обработки упомянутой пробы с целью исследования предшественников канцерогенных и/или токсических веществ, а также включающая в себя подсистему средств измерений показателей, по которым возможно определение содержания канцерогенных и/или токсических веществ, как минимум, в одной из подготовленных к исследованию частей пробы, и включающая в себя подсистему обработки и визуализации этих измерений для пользователей ею, имеет отличительные признаки: упомянутая подсистема обработки и визуализации снабжена, соединенным с упомянутой подсистемой средств измерений, программным блоком автоматического сбора с нее данных, который линией связи, через, как минимум, один электронный защитный ключ доступа, соединен с последовательно соединенными между собой программным блоком, содержащим алгоритм анализа, и программным блоком, задающим конфиденциальный для упомянутых пользователей алгоритм обработки собранных данных с упомянутой подсистемы измерений.
Такое введение программного блока автоматического сбора данных направлено на существенное уменьшение доли рутинного труда, и в конечном итоге, позволит создать автоматизированную систему с улучшенным быстродействием для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде.
Наличие программного блока, содержащего алгоритм анализа собранных данных с упомянутой подсистемы измерений, как и наличие программного блока, задающего алгоритм обработки собранных данных, позволит быстро перенастраивать подсистему обработки и визуализации для любых объектов окружающей среды, что повышает как оперативность, так и универсальность применения системы для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде.
Конфиденциальность для пользователей алгоритма обработки собранных данных, как и наличие как минимум одного электронного защитного ключа доступа в линии связи между упомянутыми программными блоками, направлено на повышение защищенности от несанкционированного вмешательства в процесс измерения и обработки данных системой по полезной модели.
Вариантами выполнения системы по полезной модели является наличие в ней следующих дополнительных отличительных признаков:
- упомянутое экстрагирующее средство, включено в подсистему средств для подготовки к исследованию, как минимум, одной части пробы, взятой из объекта окружающей среды;
- упомянутое экстрагирующее средство, выполнено в виде набора химических реактивов;
- применен набор химических реактивов, трансформирующий S, O, N, C-нитрозосоединения, как минимум, из одной части пробы с сохранением в ней их предшественников.
Сущность полезной модели поясняется ее функциональной схемой (фиг.1) и вариантом ее блок-схемы при измерении удаленных объектов исследования (фиг.2).
Система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде, включает в себя (фиг.1) подсистемы (7), (2) и (3).
В подсистему (1) входят средства {4, 5) для подготовки к исследованию, как минимум, одной части (6-8), пробы (9), взятой из объекта окружающей среды, содержащей канцерогенные и/или токсические вещества и их предшественники
В качестве средства (4) могут применяться аналитические весы, а в качестве средства (5) гомогенизатор, предназначенный для размельчения пробы (9), например, на три на части (6-8).
В подсистему (1) входит также экстрагирующее средство (10) для обработки одной из подготовленных частей, например (8), упомянутой пробы (9), с целью исследования предшественников канцерогенных и/или токсических веществ, путем получения специальной части (11) такой пробы. Причем экстрагирующее средство (10), выполнено в виде набора химических реактивов, осаждающих компоненты (12-15) канцерогенных и/или токсических веществ в отстойник (16). Например, это могут быть компонент (12) диметилнитрозоамина, компонент (13) из группы амидов, компонент (14) из группы и любой компонент (15) токсических веществ (анилина сероводорода, аммиака, асбеста, летучих смол и др.).
В качестве экстрагирующего средства (10) применяются для этой цели различные химические реактивы. Например, возможно применение набора химических реактивов, трансформирующий S, O, N, C-нитрозосоединения, как минимум, из одной части пробы (9), например, части (8) с получением из нее специальной части (11) с сохранением в ней предшественников S, O, N, С-нитрозосоединений.
4
4
Например, для проб из крови человека для этого применяются буфер-осадители в виде видеконсерванта типа МеОН и на основе MeSO. Для проб мочи человека - в виде консерванта типа МеОН (Ме=К, Li и т.д.) и на основе MeSO (Me=Na, Сu, Al, Мg и т.п.).
Аналогичный набор химических реактивов может применяться для измерения канцерогенных и/или токсических веществ и предшественников таких веществ в пробах воды, воздуха, продуктов питания.
Подсистема (2) средств (17-19) служит для измерения показателей, по которым возможно определение содержания канцерогенных и/или токсических веществ (12-15), как минимум, в одной из подготовленных к исследованию частей (6-8, 11) пробы (9). В качестве средств (17-19) применяются специальные измерительные приборы. Например, устройство (17) для определения радиационной активности части (6), выполненное, например, в виде Y - и β спектрометра; устройство (18) для определения кислотности части (6) и устройство (19) для определения оптической плотности специальной части (11) пробы (9), выполненное, например, в виде электронного спектрофотометра.
Подсистема (3) служит для обработки и визуализации измерений от подсистемы (2) и предназначена для пользователей ею, например, для специалистов в области токсикологии и анкологии, или для специалистов области охраны окружающей среды и т.д.
Подсистема (3) снабжена, соединенным с упомянутой подсистемой (2) средств измерений, программным блоком (20) автоматического сбора с нее данных, который линией связи (21), через, как минимум, один электронный защитный ключ доступа (22, 23), соединен с последовательно соединенными между собой программным блоком (24), содержащим алгоритм анализа, и программным блоком (25), задающим конфиденциальный для упомянутых пользователей алгоритм обработки собранных данных с упомянутой подсистемы (2) измерений. Программные блоки (24 и 25), соединены с визуализатором данных 26, например, монитором компьютера, системный блок которого который включат в себя также данные программные блоки и программный блок (20) автоматического сбора данных, который через, например, электронный преобразователь-контроллер, соединен с устройствами (17-19) подсистемы (2) измерений. Данные средства компьютера, как и вставляемые в него электронные ключи (22 и 23) доступа могут быть реализованы широко известными методами электронной сборки и программирования, и поэтому не описываются.
Система по полезной модели работает следующим образом.
В подсистеме (1) пробу (9) взвешивают на аналитических весах (4), подают ее на гомогенизатор (5) для измельчения и измельченную пробу делят на части (6-8). Часть (6) пробы подают на Y - спектрометр (17) для определения в ней суммарной дозы Y и β излучений. Часть (7) пробы направляют устройство (18) для определения в ней суммарной дозы рН-среды. Часть (8) пробы направляют в экстрагирующее средство (10), в котором с помощью химических реактивов осаждают компоненты (12-15) канцерогенных и/или токсических веществ в отстойник (16). И получают специальную часть (11) пробы (9) с ярко выраженным наличием предшественников этих веществ. После этого специальную часть (11) помещают в средство (19) определения оптической плотности пробы (9) для определения в ней концентрации упомянутых предшественников.
Затем используют подсистему (3) для обработки и визуализации измерений от подсистемы (2), например, компьютер, в гнезда системного бока которого предварительно вставлены электронные защитные ключи доступа (22, 23).
Автоматически, через контроллер (не показан) собранные данные с измерительных устройств (17-19) о суммарной дозе Y и β излучений пробы, рН-среды и концентрации предшественников в пробе (9) вводят в подсистему (3) для обработки и визуализации измерений от подсистемы (2). Автоматический сбор таких данных производится программным блоком (20). Они поступают через электронный ключ доступа (23) в программный блок (24) где автоматически происходит их анализ наличия и определения количество содержания в пробе (9) канцерогенных и/или токсических веществ и их предшественников. После этого обработанные данные из программного блока (24), через электронный ключ доступа (25), поступают в удобной цифровой фореме для автоматического электронного расчета в программный блок (24). Там, по специальному заложенному алгоритму, математических расчетов, который является конфиденциальным для пользователей компьютером, например, с помощью приемов булевой алгебры, результаты исследований обрабатываются и, в удобном для визуального восприятия пользователями виде информации, поступают на монитор (26) компьютера подсистемы (3).
Например, исследовались образцы жидкостей организма человека, в частности моча. Для анализа активности пробы мочи достаточно 100 мл. и 0,5 мл. мочи для определения канцерогенов и/или их предшественников.
2
НC
-6
-8
Результаты исследования, выведенные на монитор (26) следующие: кислотность пробы рН - 7,1; суммарная доза излучения А=β+Y Бк/кг -20,0; содержание - С-NO+амин, мг/кг·10 - 7,7; содержание - С, мг/кг·10 - 5,5. При этом полное время получения таких данных по цепочке прохождения элементов системы (1-26) составило, 16 минут, что почти в два раза быстрее, чем при получении таких данных системой по прототипу [3].
В случае проведения исследования разных веществ находящихся на значительном удалении друг от друга, обработка информации об их анализе подсистемой (3), может осуществляться с помощью модема или сетевой системы удаленного доступа (не показаны). Например, в пункте "А" (фиг.2) производится анализ крови человека, в "В" - мясных консервов, в "С" - берутся пробы воздуха. На каждом пункте находятся элементы подсистем (1 и 2) (не показано).
Для предотвращения несанкционированного проникновения в подсистему (3), в том числе пользователями системы, электронные ключи доступа (23 и 25) изымаются после окончания исследований. Для повышения защиты конфиденциальной информации в блоке (24) рекомендуется чаще менять пароли для электронного ключа доступа (25)
Результаты проведенных исследований с помощью системы по полезной модели показали, что такая система обладает широкой областью применения, обеспечивает возможность измерения канцерогенных и/или токсичных веществ во всех объектах окружающей среды, включая и живые организмы. Кроме этого, система обеспечивает автоматическое получение высокой точности измерения этих веществ в минимальных объемах проб и обеспечивает повышенную защиту от несанкционированных вмешательств к заложенному алгоритму расчетов в своей подсистеме обработки и визуализации измерений.
Источники информации:
1. Патент ВУ N 1999, G01N 33/48, 1997.
2. Патент UA 85636, G01N 33/48, 33/02, 23/00, 2007
3. Патент RU 2150692, G01N 23/00, 2000 /прототип/.