Устройство для выявления в режиме "on-line" токсических соединений в воздушной среде
Полезная модель относится к области экологии и предназначена для использования при осуществлении экологического мониторинга и охраны атмосферного воздуха. В рабочем и эталонном контейнерах разведены в экологически чистой воде биосенсоры «Эколюм». Контейнеры выполнены со светопрозрачными торцевыми стенками, обеспечивающими прохождение испускаемых бактериями квантов света. В контрольном контейнере созданы и сохраняются благоприятные условия для жизни живых бактерий, которые излучают определенный световой поток. В рабочий контейнер подводится подлежащий исследованию воздух, токсические вещества которого обусловливают гибель бактерий и снижение интенсивности свечения. У светопрозрачных торцевых стенок контейнеров последовательно установлены оптически связанные светокоммутатор и фотоэлектронный умножитель, преобразующий кванты света в последовательности электрических импульсов. Узел оценки токсичности выполнен в виде микропроцессорного контроллера, обрабатывающего импульсные последовательности и осуществляющего сравнение параметров, характеризующих интенсивности биолюминесценции биосенсоров. Затухание свечения в рабочем контейнере является индикатором гибели бактерий под воздействием внешних факторов, в том числе токсинов. Соответственно оценивается и экологическое состояние подводимой к рабочему контейнеру воздушной среды, воздействующей на бактерии. Информация о резком токсическом загрязнении воздуха выводится на устройство оповещения и отражается на дисплее. Обработка выходных сигналов биосенсоров в контейнерах с использованием микропроцессорного контроллера предопределяет высокую точность исследования токсичности воздушной среды. 3 з.п. ф-лы 1 ил.
Полезная модель относится к области экологии и предназначена для использования при осуществлении экологического мониторинга и охраны атмосферного воздуха.
Известно устройство для мониторинга загрязнения атмосферного воздуха, реализованное с комплексом исследования водной поверхности, обеспечивающем распознавание сорбционных слоев, комплексом лабораторного анализа последних, а также программно-вычислительными средствами, осуществляющими прогноз сценариев динамики вод и загрязнения атмосферы (RU 2248595 C1, G01V 9/00, 20.03.2005).
Недостатки известного устройства связаны со значительной конструктивной сложностью и невысокой точностью мониторинга.
Наиболее близким к предложенному является устройство для выявления в режиме «on-line» токсических соединений в воздушной среде жилых и производственных помещений, в состав которого входят рабочий и эталонный контейнеры с разведенными в экологически чистой воде биосенсорами «Эколюм», а также узел оценки токсичности, выполненный на основе люминометрометров типа «Биотокс-10» с возможностью сравнения параметров, характеризующих интенсивности биолюминесценции биосенсоров, и устройство оповещения по результатам произведенной оценки токсичности (RU 2237895 С2, G01N 33/00, 10.10.2004).
Однако указанное устройство характеризуется неудобством в эксплуатации, обусловленным низкой степенью автоматизации, и невысокой достоверностью в оценке токсичности воздушной среды, предопределенной использованием аналогового принципа обработки сигналов биосенсоров.
Задачей полезной модели является конструктивное усовершенствование известного устройства с получением технического результата, выражающегося в повышении точности определения токсичности воздушной среды.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для выявления в режиме «on-line» токсических соединений в воздушной среде, содержащем рабочий и эталонный контейнеры с разведенными в экологически чистой воде биосенсорами «Эколюм», а также узел оценки токсичности, выполненный с возможностью сравнения параметров, характеризующих интенсивности биолюминесценции биосенсоров, и устройство оповещения, подключенное к выходу узла оценки токсичности, - у светопрозрачных торцевых стенок рабочего и эталонного контейнеров, обеспечивающих прохождение испускаемых бактериями квантов света, последовательно установлены оптически связанные светокоммутатор и фотоэлектронный умножитель, а узел оценки токсичности выполнен в виде микропроцессорного контроллера, вход которого соединен с выходом фотоэлектронного умножителя, один из дополнительных выходов - с управляющим входом светокоммутатора, а другой - с дисплеем.
Решению поставленной задачи способствуют также частные существенные признаки полезной модели.
Биосенсоры «Эколюм» разлиты в рабочий и эталонный контейнеры в одинаковых объемах.
Рабочий контейнер снабжен входной и выходной трубками, на первой из которых установлен насос.
На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства для выявления в режиме «on-line» токсических соединений в воздушной среде.
В рабочем контейнере 1 и эталонном контейнере 2 разведены в экологически чистой воде биосенсоры «Эколюм», которые разлиты в контейнеры в одинаковых объемах. Контейнеры 1 и 2 выполнены со светопрозрачными торцевыми стенками 3, обеспечивающими прохождение испускаемых бактериями квантов света. Рабочий контейнер 1 снабжен входной (всасывающей) трубкой 4 и выходной трубкой 5. На входной трубке 4 установлен насос 6. У светопрозрачных торцевых стенок 3 контейнеров 1 и 2 последовательно установлены оптически связанные светокоммутатор 7 и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 8. Узел оценки токсичности выполнен в виде микропроцессорного контроллера 9 с возможностью сравнения параметров, характеризующих интенсивности биолюминесценции биосенсоров. Вход микропроцессорного контроллера 9 соединен с выходом ФЭУ 8, а выходы - со входами устройства 10 оповещения, дисплея 11 и с управляющим входом светокоммутатора 7.
Работает устройство следующим образом.
Биосенсоры «Эколюм», разлитые в рабочий контейнер 1 и контрольный контейнер 2, представляют собой лиофилизированные культуры или препараты бактериальной люциферазы, т.е. базируются на живущих в водной среде светящихся бактериях. Данные биосенсоры производятся согласно ТУ 2639-236-00209792-01 и в зависимости от типа работают в диапазоне температур 15-30°С. Люминесцентные бактерии оптимальным образом сочетают в себе различные типы чувствительных структур, ответственных за генерацию биоповреждений с экспрессностью, объективным и количественным характером отклика целостной системы на интегральной воздействие токсикантов. Это обеспечивается тем, что фермент люцифераза, осуществляет
эффективную трансформацию энергии химических связей жизненно важных матаболитов в световой сигнал на уровне, доступном для экспрессных и количественных измерений.
При исследовании токсичности воздушной среды проводится параллельное измерение в рабочем контейнере 1 и контрольном контейнере 2.
В контрольном контейнере 2 созданы и сохраняются благоприятные условия для жизни живых бактерий, которые излучают определенный световой поток.
Через входную трубку 4 с помощью насоса 6 в рабочий контейнер 1 пропускается исследуемый (забираемый в исследуемом месте) воздух. Выведение воздуха из контейнера осуществляется через выходную трубку 5. С учетом содержащихся в воздухе загрязнений скорость гибели бактерий, проявляющаяся в снижении интенсивности свечения, будет выше, чем в контрольном контейнере 2. В случае попадания в исследуемый воздух больших количеств токсических веществ (газов, паров и т.п.) скорость гибели бактерий в контейнере 1 резко (скачкообразно) возрастет по сравнению с контейнером 2.
Кванты света проходят через светопрозрачные торцевые стенки 3 контейнеров 1 и 2 и через светокоммутатор 7 попадают на экран ФЭУ 8, где преобразуются в электрические импульсы. Полученные последовательности импульсов обрабатываются микропроцессорным контроллером 9. По одному из выходов контроллера 9 осуществляется периодическое переключение светокоммутатора 7.
По интенсивностям свечения и, как следствие, параметрам импульсных последовательностей на выходе ФЭУ 8, микропроцессорный контроллер 9, например путем подсчета импульсов обеих последовательностей за определенный интервал времени и сопоставления результирующих значений, оценивает и сравнивает состояния бактерий в контейнерах 1 и 2. При этом затухание
свечения в рабочем контейнере 1 является индикатором гибели бактерий под воздействием внешних факторов, в том числе токсинов. Соответственно оценивается и экологическое состояние подводимой к рабочему контейнеру 1 воздушной среды, воздействующей на бактерии.
Обработка выходных сигналов биосенсоров в контейнерах 1 и 2 с использованием микропроцессорного контроллера 9 предопределяет высокую точность исследования токсичности воздушной среды. Информация о резком токсическом загрязнении воздуха зафиксированная предложенным устройством, моментально выводится на устройство 10 оповещения и отражается на дисплее 11.
Предложенное устройство может осуществлять в автоматическом режиме следующие функции: определение интенсивности биолюминесценции тест-объекта (в данном случае - воздушной среды), индекса токсичности пробы, усредненной величины индекса токсичности, вычисление стандартного отклонения показателя токсичности, определение величин ЕС20 и ЕС50 - пороговых значений допустимой степени и острой степени токсичности образцов, исследование динамики процесса взаимодействия токсикантов с тест-объектом, процессорную обработку данных, формирование сигнала для оператора в случае превышения пробой допустимого уровня токсичности.
Предложенное устройство является портативным и позволяет производить биотестирование воздушной среды как в полевых, так и в нормальных лабораторных условиях.
1. Устройство для выявления в режиме «on-line» токсических соединений в воздушной среде, содержащее рабочий и эталонный контейнеры с разведенными в экологически чистой воде биосенсорами «Эколюм», а также узел оценки токсичности, выполненный с возможностью сравнения параметров, характеризующих интенсивности биолюминесценции биосенсоров, и устройство оповещения, подключенное к выходу узла оценки токсичности, отличающееся тем, что у светопрозрачных торцевых стенок рабочего и эталонного контейнеров, обеспечивающих прохождение испускаемых бактериями квантов света, последовательно установлены оптически связанные светокоммутатор и фотоэлектронный умножитель, а узел оценки токсичности выполнен в виде микропроцессорного контроллера, вход которого соединен с выходом фотоэлектронного умножителя, один из дополнительных выходов - с управляющим входом светокоммутатора, а другой - с дисплеем.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что биосенсоры «Эколюм» разлиты в рабочий и эталонный контейнеры в одинаковых объемах.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочий контейнер снабжен входной и выходной трубками, на первой из которых установлен насос.
