Вимірювальний комплекс для токсикометричного експрес-аналізу якості водяного середовища

Вимірювальний комплекс для токсикометричного експрес-аналізу якості водяного середовища, що містить вхідний пристрій, систему обробки інформації, вихідний пристрій, блок пробопідготовки і блок автоматики, причому вхідний пристрій містить первинний біологічний перетворювач, перетворювач неелектричних параметрів, вторинний перетворювач, стимулятор і блок життєзабезпечення біологічного тест-об'єкта, система обробки інформації містить компаратор, блок керування і міру, вихідний пристрій містить блок відображення і блок узгодження, блок пробопідготовки містить вимірювальну камеру реакції з дозатором і каналами подачі біологічного тестоб'єкта і досліджуваної рідини, а блок автоматики містить виконавчі механізми й обмежувальні елементи, який відрізняється тим, що вимірювальний комплекс створено у вигляді двоканальної схеми з ідентично виконаними вхідними пристроями і системами обробки інформації, причому ВХІДНІ пристрої мають захисні екрани від впливу ЗОВНІШНІХ факторів як систематичних, так і випадкових, первинні біологічні перетворювачі складаються із суспензії біологічних тест-об'єктів, вміщених у вимірювальні камери реакції з заданими характеристиками, які контролюються у другому каналі порівняння, перетворювачі неелектричних параметрів установлено безпосередньо поблизу біологічних тест-об'єктів, виходи перетворювачів неелектричних параметрів сполучено з вторинними перетворювачами електричних сигналів, стимулятори зв'язано з вимірювальними камерами реакції, а блок життєзабезпечення біологічного тест-об'єкта об'єднує два канали виміру - канал дослідження і канал порівняння, при цьому вимірювальні камери реакції в каналі дослідження й у каналі порівняння мають, відповідно, патрубки подачі контрольованої рідини й еталонної води, а системи обробки інформації в каналі дослідження й у каналі порівняння зв'язано синхронізатором CM О t 00 со in Винахід відноситься до біологи, медицини та екологи, зокрема, до медико-бюлопчного приладобудування, до вимірювальних систем контролю якості води за узагальненими показниками токсичності, що оцінюються методами бютестування, і може бути використаний в системах бюмоніторингу, екотокси-кологп і бютестування для оцінки токсичності природних і стічних вод, скринінгу біологічної активності препаратів і ХІМІЧНИХ речовин Відомий пристрій [1] вимірювальної системи бютестування, до складу якої входять біологічний тест-об'єкт, що розміщується у вимірювальній камері, яка постачена вторинними датчиками реєст рації функціональних показників ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ тест-об єкту, виходи цих датчиків з'єднано з підсилювачем і перетворювачем електричних сигналів Останні, в свою чергу, з'єднано з блоком відображення інформації, яка подальше передається користувачу Блок про-бопідготовки водяного середовища сполучено з вимірювальною камерою, а блок автоматики забезпечує координацію роботи усіх блоків Функціонально вони сполучені таким чином, щоб забезпечити дозоване запровадження зразка водяного середовища у вимірювальну камеру, куди подається з культиватора біологічний тест-об'єкт, і де проводиться інкубація його з досліджуваною водою певний СП 53684 у якій витримується середньодобова проба в момент, коли частина м аналізується в ВСБ, насос, що перекачує проби води ВІДПОВІДНО ДО алгоритму роботи АСБС, електроклапан, що регулює проток води по гідравлічній системі, пробороздатчик, що розподіляє пробу води по ємностях, ємності МІСТКІСТЮ 2 літри для збереження проб води, що були відібрані, холодильники для охолодження проби води з метою кращого її зберігання, гнучкі трубки для протоку води, що з'єднують елементи гідравлічної системи між собою і з елементами інших систем, вимірювальна система бютестування (ВСБ), що забезпечує вимір (через кожні 20 хвилин) токсичності природної води за її впливом на біологічТОКСИЧНОСТІ ний тест-об'єкт Ступінь впливу оцінюється за зміДо недоліків цього приладу належить віднести ною бютест-реакцм респіраторної (при виключенеможливість оцінки параметричної чутливості ному освітленні вимірювальної камери) і фотосинбіологічного тест-об'єкту в реальному масштабі тезної активностей (при освітленні вимірювальної часу, що знижує відтворюємость одержуваних рекамери) мікроводоростеи У первинному перетвозультатів оцінки його функціонального показника, рювачі бютест-реакцп в електричний сигнал викопрацеємкість проведення аналізів і низька тористовується срібно-плати-новий кисневий елекчність оцінки токсичності, що пов'язано з необхідтрод До складу ВСБ входять бюсигналізатор, ністю одержання калібрувальних графіків для конкультиватор біологічного тест-об'єкту разом із кретних ХІМІЧНИХ речовин і стічних вод, що найчаслампою денного освітлення і реле часу для керутіше мають невизначений склад, вання режимом освітлення, змішувальна ємність і значна динамічна помилка, яка пов'язана з ємність для промивної (каліброваної) води Пеефектами метаболізму і наявністю добових бюриремішування суміші проби води і мікроводоростеи тмів параметрів ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічних тестздійснюється повітрям від мікрокомпресора об'єктів Змішувальна ємність має штуцер переливу, У цьому зв'язку відомий пристрій [2] - автономна станція безупинного спостереження (АСБС) блок керування (БК) реалізує керування АСБС для автоматизованого контролю якості води за ВІДПОВІДНО до заданого алгоритму автономного станом біологічних тест-об'єктів, із застосуванням функціонування Можливо напівавтоматичний репервинного високочутливого бюдатчика у вимірюжим при ручному доборі проби води, при цьому вальній системі АСБС При цьому токсичність хааналіз води проводиться за командою оператора, рактеризують за ступенем негативного впливу блок комутації (БК) здійснює взаємозв'язок досліджуваної води на біологічний тест-об'єкт, блоків і вузлів АСБС ВІДПОВІДНО ДО сигналів керуКІЛЬКІСНО це відображається у відсотках відхилення вання та вимірів, величини робочого виміру від величини каліброблок індикації і реєстрації результатів виміру ваного виміру Каліброване значення визначають (БІР) здійснює індикацію поточних результатів випісля кожного робочого виміру і одержують його міру в режимі "так-ні" за параметром "токсичність" і при вимірах із водою, що прийнята за еталон фіксацію результатів виміру на діаграмній стрічці якості Як правило, за еталон використовують самопису, місцеву питну воду блок оповіщення і сигналізації (БОС) видає сигнал оповіщення і вмикає алармну сигналізацію, АСБС функціонально включає такі блоки блок живлення (БЖ) забезпечує всі необхідні блок добору і подачі води (БДПВ), що забезнапруги, що живлять блоки і вузли АСБС печує добір і подачу до блоку БПГ природної води з місця встановлення пробовідборного фільтру на До хиб вказаного пристрою можна віднести водоймищі До складу БДПВ входять елемент, що неможливість одержання дозової залежності фільтрує, трубопровід, обсадна труба, занурений реакції фотосинтезної активності, а також подиху насос, мікроводоростеи від концентрації ХІМІЧНИХ речовин або кратності їх розведення у водяному середоблок пробопідготовки і гідравліки (БПГ), у яковищі, що практично виключає можливість провему накопичується середньодобова проба, утворюдення токсикометричного аналізу в реальному ється необхідна суміш з досліджуваної води та масштабі часу без використання калібрувальних біологічного тест-об'єкту, далі ця суміш подається графіків, у вимірювальну камеру ВСБ і скидається в каналізацію після завершення процесу виміру При недостатня точність і відтворюємость оцінки одержанні сигналу перевищення токсичності води токсичності водяного середовища, тому що у вінад заданим рівнем проба природної води в з обдомому комплексі вимірювальної системи має міссязі 2,0 літрів консервується До складу БПГ вхоце значна динамічна помилка, що пов'язана з недять проміжна ємність МІСТКІСТЮ 50 літрів для контрольованою динамікою зміни поточного функприйому води, що подається насосом, мірна ціонального стану біологічного тест-об'єкту, ємність, що забезпечує дозування частин середнеможливість оцінювання фундаментальної ньодобової проби води, ємність накопичувальна властивості біологічних систем, тобто вимірюванМІСТКІСТЮ 2 літри, у якій накопичується середньоня поточної характеристики параметричної чутлидобова проба, проміжна ємність МІСТКІСТЮ 2 літри, вості функції ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічного тестінтервал часу Після завершення інкубації роблять послідовний вимір функціонального показника біологічного тест-об'єкту для оцінки його стану у вимірювальній камері, а потім тим же вимірювачем оцінюється стан біологічного тест-об'єкту в камері контролю Про ефект токсичності досліджуваного водяного середовища судять по ЗМІНІ величини відношення виміряного функціонального показника в ДОСЛІДІ та контролі При перевищенні відгуку реакції біологічного тест-об'єкту деякого порогу, що встановлюється в попередніх дослідах з одержанням калібрувальних графіків відгуку для конкретного біологічного тест-об'єкту та досліджуваної хімічної речовини, роблять оцінку об'єкту в реальних умовах проведення токсикометричних досліджень. Найбільш близьким до запропонованого вимірювального комплексу є вимірювальна система для токсикометричного експрес-аналізу водяного Середовища [3], до складу якої' входять: вхідний пристрій, система обробки інформації, вихідний пристрій, блок пробопідготовки і блок автоматики. Причому вхідний пристрій містить первинний біологічний перетворювач, перетворювач неелектричних параметрів, вторинний перетворювач, стимулятор і блок життєзабезпечення біологічного тест-об'єкту. Система обробки інформації містить компаратор, блок керування і міру. Вихідний пристрій містить блок відображення і блок узгодження. Блок пробіподготовки містить вимірювальну камеру реакції' з дозаторами і каналами подачі біологічного тест-об'єкту та досліджуваної рідини, а блок автоматики містить виконавчі механізми і обмежувальні елементи. До хиб даної вимірювальної системи варто віднести: у відомій вимірювальній системі біотестування неможливо організувати синхронний контроль функціонального стану біологічного тест-об'єкта в контролі і у досліді з метою одержання відносного розміру параметру реакції' біологічного тестоб'єкту на токсичний вплив; велика тривалість проведення досліджень, тому що при оцінці функціонального стану біологічного тест-об'єкта необхідно використання калібрувальних графіків; існує значна динамічна помилка в оцінці функціонального стану біологічного тест-об'єкта в умовах дії' ВІДПОВІДНИХ чинників, тому що не враховується показник параметричної' чутливості і ефект, пов'язаний зі схованими і явними біоритмами, що визначають його ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ у реальному масштабі часу; складність реалізації" високоточної' вимірювальної системи з результатами, що відтворюються, тому що технічні засоби, що входять до складу відомої' вимірювальної системи біотестування, повинні володіти «жорсткими» метрологічними характеристиками. В основу винаходу поставлена задача зниження динамічних помилок і підвищення відтворюємості аналізу в короткострокових дослідженнях біотестування з використанням диференціального й алгоритмічного методів підвищення точності вимірів функціонального стану біологічного тестоб'єкта. Технічний результат, що може бути одержаний при використанні винаходу завдяки тому, що з'являється можливість створення комплексу вимірювальної системи біотестування для експресконтролю токсичності природних і стічних вод, а також токсичності ХІМІЧНИХ речовин або скриннінгу їх біологічної активности з одержанням кількісних оцінок. При цьому в вимірювальній системі реализуется алгоритмічний метод підвищення точності оцінки функціонального стану біологічного тестоб'єкта в реальному масштабі часу без використання калібрувальних графіків. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що вимірювальний комплекс для токсикомет 53684 ричного експрес-аналізу якості водяного середовища. Слегка включає вхідний пристрій, систему обробки інформації, вихідний пристрій, блок пробопідготовки і блок автоматики. Причому вхідний пристрій містить первинний біологічний перетворювач, перетворювач неелектричних параметрів, вторинний перетворювач, стимулятор і блок життєзабезпечення біологічного тест-об'єкту. Система обробки інформації' містить компаратор, блоки керування і міру. Вихідний пристрій містить блок відображення і блок узгодження. Блок пробопідготовки містить вимірювальну камеру реакції з дозаторами і каналами подачі біологічного тестоб'єкту та досліджуваної" рідини, а блок автоматики містить виконавчі механізми й обмежувальні елементи. При цьому новим, ВІДПОВІДНО до винаходу, є те, що вимірювальний комплекс виконано у двоканальному ідентичному виконанні вхідних пристроїв і систем обробки інформації', причому вхідні пристрої' мають захисні екрани від зовнішніх чинників впливу як систематичних, так і випадкових, первинні біологічні перетворювачі складаються із суспензії біологічних тест-об'єктів, що знаходяться у вимірювальних камерах реакції' із заданими характеристиками, які контролюються у другому каналі порівняння. Перетворювачі неелектричних параметрів установлені безпосередньо поблизу біологічних тест-об'єктів, виходи яких сполучено з вторинними перетворювачами електричних сигналів. Стимулятори пов'язано з вимірювальними камерами реакції', а блок життєзабезпечення біологічного тест-об'єкту з'єднує два канали виміру - канал дослідження і канал порівняння, при цьому вимірювальні камери реакції" в каналі дослідження і у каналі порівняння мають, відповідно, патрубки подачі контрольованої рідини й еталонної води, а системи обробки інформації в каналі дослідження І у каналі порівняння пов'язані синхронізатором. Ті вищевказані ознаки, що їх в запропонованому винаході використано, дозволяють досягти вирішення поставлених задач тому, що вимірювальний комплекс представлено у двоканальному ідентичному виконанні вхідних пристроїв і систем обробки інформації. Причому використання у вимірювальному комплексі диференціального й алгоритмічного методів підвищення точності вимірів характеристик біологічних тест-об'єктів забезпечує реалізацію експрес-контролю токсичності водяного середовища методами біотестування. Тому що у вхідних пристроях присутні стимулятори, а в системах обробки інформації - блоки керування і міри, що пов'язані синхронізатором, поставлена задача може бути вирішена і технічно реалізована. З огляду на принципову важливість даної' ознаки і неочевидність вищевказаного твердження, а також використання алгоритму вимірів характеристик біологічних тест-об'єктів, що забезпечує реалізацію експрес-контролю токсичності водяного середовища методами біотестування, роздивимося більш докладно обґрунтування даної ознаки. Суть запропонованого винаходу й методологічний аспект засобу підвищення точності вимірювальних систем оцінки токсичності води 8 53684 Проблема створення метрологічного забезпечення енергії і речовини, подразливості, самостійчення вимірювальних систем контролю якості воного руху, МІНЛИВОСТІ всіх структур, пристосування дяного середовища [4], тим більше з використані відновлення ням методів біотестування [5] винятково складна в Незважаючи на вражаюче різноманіття форм силу специфіки функціонування бюсистеми [6] життя в її основі лежать ті самі кругові процеси Зокрема, необхідно враховувати властивості її переміщення електронів Для всіх бюсистем владинамічності, стохастичності, МІНЛИВОСТІ та стива спроможність до регуляції, або, як її ще ІНОДІ нелінійності реакції організмів на різноманітні називають, авторегуляції ЗОВНІШНІ впливи різних рівнів, а також наявність 7 3 огляду на те, що ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ біологічявних і схованих бюритмів [7], Які необхідно враних систем забезпечується за рахунок постійного ховувати в задачах біотестування притоку (обміну) із навколишнього середовища енергії, речовини й інформації, такі системи можна У цьому зв'язку, узагальнюючи відому інфоруявити у вигляді трьох взаємозалежних підсистем мацію з науково-технічних джерел про властивості "енергетичної", "операторної" і "інформаційної", і функціонування біологічних систем, можна сфокожна з який у свою чергу має специфічну ієрархірмулювати ряд особливостей (принципів) цього чну структуру класу систем як об'єктів еко - токсикологічних досліджень, що необхідно враховувати при розробці 8 Для біологічної системи характерні нестаціметодів і технічних засобів біотестування онарнють функціонування, динамічно стійка нерівноважнють енергетичних і речовинних потоків і 1 Будь-яка біологічна система надзвичайно циклів, що забезпечують СТІЙКІСТЬ у цілому і гомеоскладна, включає безліч різноманітних підсистем стазу у стані "норма", захисні реакції в "стресовоіз різноманітними рухливими зв'язками і функціяму" стані, пошук альтернативного шляху розвитку ми що призводить до великої КІЛЬКОСТІ можливих в "термінальному" стані віртуальних моментних станів у її структурнофункціональній організації Форма ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ, що обумовлена специфічною внутрішньою організацією і наявністю 2 При вивченні біологічної системи припадає мережі взаємодій між компонентами бюсистеми, узгоджуватися з комплексом множини, який виявляється більш стабільною, ніж вміст системи змінюється безупинно, чинників, що активно вплиПри зовнішньому впливі жива система виявляє вають на систему або на підсистеми Причому принаймні дві фази підвищеної чутливості, у яких точне урахування самих чинників і результатів система переходить з одного стану в інший Обидїхнього впливу в реальних умовах не вважається ва переходи біфуркаційного типу («складка» - 1-й можливим Для опису поточного стану біологічного перехід і «сідло» - 2-й перехід), проте перший тест-об'єкта в умовах дії зовнішнього чинника необоротний, а другий -необоротний обхідно враховувати його попередню історію 3 Біологічна система з погляду термодинаміки 9 Для опису динаміки реакціїбіологічної сисє такою, що самовідтворюється, самоорганізується теми на ЗОВНІШНІЙ вплив необхідно розрізняти дві і принципово відкрита Для неї характерні процеси тимчасові розгортай, що відбивають еволюційний синтезу і деструкції органічних структур, росту, розвиток і унікальні особливості онтогенезу При розмноження, самозбереження, адаптації, захисту, цьому ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ бюсистем визначається МІНЛИВОСТІ й акомодації Живі системи мають спесвоєрідною єдністю детермінованості і ймовірносцифічну чутливість, СТІЙКІСТЬ і надійність функціоті Закони детермінізму забезпечують передачу нування накопиченої інформації і, отже, зберігання досягнутого, а закони випадку, що виявляються в МІН4 Біологічну систему необхідно розглядати як ЛИВОСТІ, ведуть до руйнації досягнутого, створююєдину і нерозривну систему з тимчасовою органічи передумови до виходу з протиріччя і до призацією, ієрархічною структурою елементів, циклів дбання нової інформації про зовнішнє середовиметаболізму і інформаційних потоків, для якої хаще Зберігання життя, отже, можливо лише при рактерні контури зворотних зв'язків (негативних і ПОСТІЙНІЙ ЗМІНІ умов його утримання позитивних) При цьому внутрішні зв'язки частин і підсистем є необхідними чинниками саморозвитку 10 Стан біологічної системи описується набобюсистеми, тому що вони визначають спадкоємром фізіологічних процесів і великою КІЛЬКІСТЮ ність організації і точність її відтворення функціональних показників, інформативна значимість котрих остаточно не встановлена При 5 Не можна частинам біологічної системи цьому показники і процеси неоднозначно визнаприписувати властивості всієї системи, якими ці чають стан системи, тому що стан її рівноваги частини не володіють і не можуть володіти, тому (норма) може забезпечуватися при різних розмірах що не можна визначити життя виходячи з властивизначальних параметрів Крім того, ці параметри востей окремих організмів або їхніх частин, як би складно взаємозалежні, і зв'язок цей ІНОДІ (частіше важливими ці частини не були У цьому зв'язку усього) нелінійний поняття "жива система" стосується не до окремих організмів, а всієї сукупності живих істот, 11 Для біологічних систем характерна якісна пов'язаних визначеними зв'язками неоднорідність організації, що виявляється в тому, що в рамках однієї і тієї ж функціональної системи 6 Всупереч морфологічній розмаїтості форм і спільно і злагоджено працюють різнорідні підсисрівнів організованості бюсистем на клітковотеми з різними постійними часу (бюритмами), із організменому, популяційному і бюценотичному якісно різноманітними керуючими сигналами (ХІМІрівнях в основі всіх проявів життя лежать дуже ЧНИМИ, фізичними, інформаційними) подібні реакції сприйняття інформації, що надходить із ядра і з зовнішнього середовища, обміну 12 Велике число параметрів, що описують речовин, відтворення клітинних структур, накопибіологічну систему, ускладнює, а ІНОДІ І виключає 10 53684 можливість їхнього одночасного фіксування для ває стан тієї або іншої підсистеми одержання уявлення про миттєвий стан системи, 21 МІНЛИВІСТЬ І індивідуальність параметрів тому, виконавши процедуру виміру, можна оцінити призводять до широкого використання в біологи лише можливість цього стану методів математичної статистики (біометрії) Проте, при цьому для одержання достовірних резуль13 Одержання точних математичних залежтатів потрібно збирати й опрацьовувати величезностей між різноманітними параметрами, ний статистичний матеріал по різноманітних хафізіологічними процесами і функціональними порактеристиках біологічного об'єкта, вимір яких казниками, що характеризують біологічні системи, ІНОДІ пов'язано зі значними витратами часу, тому важко, бо ще недостатньо вивчені такі системи, а що деякі біологічні процеси порівняльні з тритакож не розроблений адекватний математичний валістю існування біологічної системи апарат, придатний для їхнього опису Перераховані особливості біологічних систем 14 Відсутність КІЛЬКІСНИХ характеристик стану і як об'єктів вивчення змушують ДОСЛІДНИКІВ вирішуфункцій біологічної системи приводить до того, що вати численні проблеми, як методичного (при розрезультат ЗОВНІШНІХ впливів, що діють на неї, не робці методів дослідження біологічних об'єктів), можуть бути передбачені однозначно У цьому так і технічного характеру (при одержанні токсикозв'язку необхідне порівняння стану біологічних логічної інформації від біологічного тест-об'єкта і систем із групи досліду і з групи контролю (одноподальшого її опрацювання у вимірювальних сисчасно) у реальному масштабі часу темах бютестування) Проте, успіхи, досягнуті при 15 Неоднозначність як специфічних, так і несинтезі бютехнічних систем, вказують на реальспецифічних реакцій на однаковий набір сигналів ність рішення багатьох проблем (у тому числі і зовнішнього середовища або суміжних ієрархічних метрологічних [5]) і намічають шляхи, за якими рівнів побічно вказує на нестацюнарність самих можуть розвиватися подальші дослідження біологічних систем Бютехнічна вимірювальна система бютесту16 Різного роду патологічні явища в умовах вання для оцінки токсичності водяного середовизовнішнього впливу, що виникають або виявляща являє собою сукупність біологічних і технічних ються в тих або інших підсистемах (наприклад, на елементів, об'єднаних у єдину інформаційноклітинному, тканинному або органному рівнях), функціональну систему цілеспрямованої дії можуть впливати через вищі рівні керування сисконтролю якості води Основною властивістю такої темою на функції вищих рівнів Такі впливи змінюсистеми є й супер-адаптивність, що обумовлена ють і руйнують систему регуляції, і, як слідство, наявністю двох контурів адаптації - зовнішнього і порушують самі різноманітні процеси в біологічній внутрішнього системі, а це, у свою чергу, ускладнює інтерпретацію одержуваних результатів Таким чином, при ОЦІНЦІ ТОКСИЧНОСТІ ВОДЯНОГО середовища методами бютестування в коротко17 Індивідуальний розкид біологічних показстрокових дослідженнях необхідно враховувати ників, що вимірюються, і параметричної чутливостакі фактори як 4 потужність дози чинника, що ті, а також внутрішня групова МІНЛИВІСТЬ обумоввпливає, тривалість дії, люють фіксування й апріорне обмеження групи досліджуваних об'єктів Урахування генетичних інтенсивність чинника, що ушкоджує, ефектів викликає необхідність використання оргаперіодичність і частоту дії, нізмів різноманітних вікових груп для дослідження особливість трансформації і метаболізм тих самих проявів Наявність множини механізмів ХІМІЧНИХ сполук при взаємодії з живими системарегуляції з різними постійними часу регулювання ми, потребує здійснення контролю тривалості експеспецифічність і механізм реакції відгуку біолорименту для урахування нестацюнарності в гічних систем на вплив, що ушкоджує, досліджуваних процесах пороговість дії зовнішнього фактору на біологічні системи, 18 Дослідження біологічних систем доцільно проводити в умовах їхнього реального існування, рівень організації біологічної системи, можлибез обмеження рухливості 3 огляду на те, що завість одержання і стандартизації біологічного об'кон поводження системи в більшості випадків заєкта при бютестуванні здалегідь невідомий, виникають значні труднощі При розробці технічних засобів вимірювальної по забезпеченню адекватності реакції бюсистеми системи контролю токсичності водяного середона вплив, що тестує вища методами бютестування необхідно обов'язково додержуватися таких вимог, як 19 Великі труднощі виникають при вимірі параметрів внутрішнього середовища біологічних вимірювальний комплекс повинен бути викосистем без порушення їхньої ЦІЛІСНОСТІ, без вненано за двоканальним типом для реалізації процесення перекручувань у параметр, що вимірюється, су вимірів у ДОСЛІДІ і контролі в реальному масчерез порушення фізіологічності експерименту штабі часу з урахуванням добового бюритму функціонування бюсистеми, 20 Складність вимірів пов'язана також із порітехнічні засоби у вимірювальній системі вняно малими абсолютними значеннями рівнів, що бютестування повинні бути метро-лопчно атестовимірюються, і при великих рівнях шумів внаслідок вані, роботи інших підсистем (внутрішніх шумів), через перешкоди, що наведені із зовнішнього середовипроцес виміру повинен бути безупинним з ща У цьому зв'язку необхідно вимірювати флуктуодержанням поточної інформації у реальному ації параметрів ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічних систем масштабі часу, із наступним їх Фур"є-аналізом для спектрального необхідно точно контролювати поточний аналізу бюритмів, потужність спектру яких відбифункціональний стан біологічного тест-об'єкту та 11 53684 його параметричну чутливість, необхідно розглядати біологічний тест-об'єкт (у тому числі і на экосистемному рівні) як первинний біологічний перетворювач ди зовнішнього фактору, що ушкоджує, у сигнал відгуку функціонального показника, що відображує енергетичну підсистему ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ, необхідно при проведенні ДОСЛІДІВ всі ЗОВНІШНІ фактори середовища стабілізувати або контролювати їх із наступним уведенням ВІДПОВІДНИХ поправок при опрацюванні результатів, що забезпечує одержання інформації в динамічному режимі вимірів й у реальному масштабі часу, необхідно вибирати такі показники ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічного тест-об'єкту, які піддаються приладової реєстрації, що адекватно відображають його загальний фізіологічний стан, вони повинні бути функціонально значимі й інформативні, необхідно для підвищення точності і відворюємості результатів досліджень бютестування працювати в області малої чутливості для показника дії ЗОВНІШНІХ факторів випадкової природи, що вимірюється, необхідно узгодити повторну апаратуру, що використовується для знімання інформації з біологічного тест-об'єкту, таким чином, щоб вона мінімально впливала на біологічний тест-об'єкт, а останній, у свою чергу, повинен впливати на вторинні датчики тільки своїми інформаційними показниками, необхідно організувати режим контролю і забезпечити характеристики інерційних показників повторних датчиків і апаратури так, щоб забезпечити вимір характерних параметрів і ритмів біологічного тест-об'єкту, необхідно забезпечити мікропроцесору обробки поточної інформації від біологічного тестоб'єкту, необхідно спеціально метрологічно підготовляти біологічний тест-об'єкт для одержання достовірної й об'єктивної інформації про токсичність води, необхідно забезпечити зміну свіжої культури біологічного тест-об'єкту щораз після завершення процедури контролю токсичності водяного середовища, у короткострокових дослідженнях бютестування необхідно і достатньо контролювати параметри ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ бюсистеми, що відображують роботу іі енергетичної підсистеми, при цьому вибір біологічного тест-об'єкту для використання його в задачах бютестування необхідно обґрунтувати в залежності від ЦІЛІ контролю якості водяного середовища і техніко-економічних показників, необхідно методи токсікометри, що розробляються, оснастити критеріями токсичності, модельним математичним апаратом, а також метрологічним забезпеченням Розглянемо більш докладно питання, що пов'язані з метрологічним аспектом контролю токсичності водяного середовища [9] Аналіз численної наукової, патентної і нормативної літератури показує, що ХІМІЧНІ речовини здійснюють складний багатофункціональний вплив на біологічні тест-об'єкти Причому, останній може по різному реагувати на токсикант, проявляючи 12 при цьому різноманітну чутливість до нього, що залежить як від часу контакту, так і від природи токсиканту 3 огляду на це, необхідно з усієї множини відгуків біологічного тест-об'єкту відбирати такі фізіологічні показники, що піддаються приладовому реєструванню й інструментальному опрацюванню, а також відображують ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ організму До таких параметрів, насамперед, варто віднести енергетичні характеристики і такі властивості організму, як розмноження, ріст, харчову активність, дихальну і рухову функції, іонний обмін між організмом і навколишнім середовищем, флуоресценцію, хемілюмінесценцію, електричні і температурні характеристики біологічного тестоб'єкту, а також осмотичні показники, грузькість, ЛІПІДНИЙ склад цитоплазматичних мембран та ІНШІ біохімічні і фізичні властивості клітин Оцінка токсичності пов'язана з проблемою виміру узагальнених показників якості води 3 огляду на те, що живий організм необхідно розглядати як відкриту систему, яка володіє спроможністю до адаптації і характеризується областю гомеостазу, випливає насамперед вирішення проблеми класифікації результатів, що одержуються від живого організму Дану проблему варто розуміти як складну комплексну задачу визначення правил класифікації для розпізнавання властивостей біологічного тест-об'єкту зокрема за його неповним описом У силу того, що біологічний тест-об'єкт характеризується різнотипними ознаками, очевидно одержання вихідних емпіричних даних про його стан у виді числових таблиць (матриць), що відбивають результати вимірів у різноманітних шкалах Крім того, складність оцінки токсичності виникає через те, що характеристики (властивості) використаного біологічного тест-об'єкту необхідно розглядати в деякому N-мірному просторі станів, а узагальнену характеристику води (токсичність) - у виді функціонала (чисельного розміру) Тобто даний функціонал визначається за допомогою багатомірного вектора, координати якого відбивають властивості і характеристики біологічного тестоб'єкту Такого типу біофізичні виміри мають особливість, яка пов'язана з «розмитістю» меж вищевказаного простору станів, що підпорядковані стохастичним законам Це визначає вимоги і рівень розробки технічних засобів, які треба враховувати для побудови вимірювальної системи бютестування Все вищесказане робить необхідним розглянути основні особливості теорії вимірів, на основі якої можна одержати об'єктивні оцінки токсичності При цьому завжди виникає багатопланова проблема, як-то які властивості і функції біологічного тестоб'єкту потрібно використовувати для одержання N-мірного вектора його станів, яке їхнє відношення до загальних характеристик організму, як-то до фізіологічних властивостей, до функціональних, енергетичних або інформаційних показників організму, якою уявою врахувати передісторію в онтогенезі біологічного тест-об'єкту й особливість динаміки його розвитку, які математичні операції необхідно виконати 14 13 53684 для обробки одержуваних результатів виміру, теорем на основі прийнятої моделі наближення як зв'язати поточні результати в реальному про існування гомоморфізму, де для фіксованої масштабі часу про стан біологічного тест-об'єкту з системи з відношеннями шукається спеціальна характеристикою токсичності, числова система з іншими відношеннями по визначеному правилу От чому для побудови вищеву яких одиницях вимірювати токсичність водяказаного гомоморфізму необхідно з загальних поного середовища, зицій мати описову модель функціонування як врахувати ефекти синергізму чинників, що бюсистеми й оцінити ВІДПОВІДНІСТЬ чинників впливають, на біологічний тест-об'єкт зовнішнього середовища з елементами підсистем В даний час на усі вище перечислен! питання обраної бюсистеми Крім того, існує ще дві пропоки не можна ВІДПОВІСТИ однозначно Проте, виблеми, які пов'язано з питанням про незалежність користовуючи теорію репрезентативного уявлення числового уявлення від умов при виборі того або емпіричних даних, можна зазначити основні особіншого гомоморфізму Формулювання цих проблем ливості такого типу аналізу на основі аксіоматичного уявлення припускає наУ цьому зв'язку вводиться масив числової сисявність поняття шкали та припустимі з елементами теми з визначеними відношеннями (правилами), у обраної шкали вимірів математичні перетворення рамках якої за відомими алгоритмами шукаються У таблиці 1 подано основні шкали вимірів, прийформально аналоги емпіричної системи, розгляд няті в практику ВІДПОВІДНО до теорії репрезентації яких ставить математично ЗМІСТОВНІ проблеми уявлення і відображення експериментальних дауявлення, единообразності та адекватності Проних, із ВІДПОВІДНОЮ їхньою характеристикою блема уявлення складається в доказі спеціальних Таблиця 1 Основні емпіричні операції над Математична групова Припустимі статистики елементами шкали (інваріанти) структура Встановлення тотожності, тобто вимір адекватно з точністю тотож- Тотожні перетворення Одержання фізично значиАбсолютна мих чисел ного перетворення (цілком одноХ'=Х значно) Середнє відхилення, сеВстановлення рівності інтервалів Загальна група лінійна реднє квадратичне Інтервальна X' = ах + b відхилення, рангова кореабо різниць ляція, моментна кореляція Відношень (проКоефіцієнт варіації (середВстановлення рівності відношень Група подоби X = ах порційна) ньоквадратичні відхилення) Ізотонічна група Ординальна (по- Встановлення більшого або мен- x ' = f ( x ) , де ^ - б у д ь - Порядкові статистики, зокшого рядку) рема медіана, квантилі яка монотонно зростаюча функція Група перестановок Встановлення рівності x f x Номінальна (наймеЧисло випадків, мода, ко(еквівалентності), із характерними ' = ( ) , де f(x) будьнувань) реляція якісних ознак яке взаємно одноінваріантами Шкала значна ВІДПОВІДНІСТЬ З приведених шкал абсолютна шкала являється самою "сильною", а шкала найменувань самою "слабкою" Дані в абсолютній шкалі можуть нести інформацію, еквівалентну сумарній інформації сукупності даних у декількох більш слабких шкалах Тому на практиці більше працюють в "слабких" шкалах, що "дешевше", бо вони більш завадостійкі і мають неквантовану природу взаємодії між характеристиками біологічного тестоб'єкту та дошкульними елементами первинного перетворювача При цьому, якщо вимір у двох різноманітних шкалах дає інформацію, яка достатня для рішення конкретної задачі, наприклад, оцінки токсичності, то переважно працювати в більш "слабкої"" шкалі Проте, у будь-якому випадку при рішенні задач, пов'язаних із проблемою розпізнавання уяв на основі емпіричних даних, необхідно дотримуватись важливої вимоги - результати обчислень, проведених у процесі обробки інформації, повинні залишатися інваріантними до всіх припустимих перетворень для використовуваних шкал Таким чином, використання основних понять про шкали вимірів дозволяє побудувати алгоритм оцінки токсичності, що у загальному виді можна уявити графічно (див фіг 1), де проілюстроване відображення показників водяного об'єкта, який характеризується областю існування у деякому Nмірному просторі Якість ВОДЯНОГО об'єкту оцінюється за допомогою біологічного тест-об'єкту, функціональний стан якого описується N-мірним вектором З огляду на те, що біологічний тест-об'єкт складним чином реагує на фактор впливу, що ушкоджує, необхідно розглядати його, принаймні, у вигляді трьох пов'язаних між собою підсистем енергетичної, інформаційної та операторної (або функціональної) У хронічних дослідах ЗОВНІШНІЙ вплив буде діяти на всі три підсистеми, а в короткострокових - вплив буде спрямовано тільки на енергетичну підсистему В експрес-аналізах необхідно розглядати тільки короткострокові досліди, 15 53684 16 у яких час контакту встановлюється, наприклад, необхідно вирішувати задачу вимірів, принаймні, у для мікроорганізмів - не більш 10-20 хв , для миктрьох шкалах відображення інформації шкалі відроводоростей - 20-60 хв , для зоопланктону - 20ношень, номінальній шкалі і порядковій шкалі, що 120 хв , для риб - від 10 хвилин до декількох часів, визначає необхідну структуру вимірювальної сиса для теплокровних - від 10 хвилин до декількох теми токсико-метричного аналізу і методичні й метрологічні особливості контролю якості водяноДіб І Т П го середовища в короткострокових дослідах бютеТаким чином, біологічний тест-об'єкт можна стування описувати з використанням Енергетичного уявлення, характеристики якого необхідно Висновок 1 вимірювати в шкалі відношень так, щоб вибір вивимірювальна система бютестування повинна користаної шкали визначав застосовану методику бути виконана такою, щоб реалізувати синхронний бютестування, тобто щоб вибір шкали вимірів паконтроль функціонального стану біологічного тестраметрів N-мірного вектору R відображав усі хаоб'єкта в контролі й у ДОСЛІДІ з досліджуваним ворактеристики водяного об'єкту, а технічні засоби, дяним середовищем або ХІМІЧНОЮ речовиною, із що використовуються для відображення на числометою одержання відносного розміру реакції біову множину, задовольняли вимозі експрес-аналізу, логічного тест-об'єкту на токсичний вплив, у якому не повинна виявлятися тимчасова компонеобхідно точно оцінювати функціональний нента Останнє, у принципі, можливо реалізувати в стан біологічного тест-об'єкту в реальному массилу відомої квазістацюнарності станів біологічної штабі часу (і, бажано) без використання процедур системи на аналізованому інтервалі часу в ході калібрувальних графіків, проведення експрес-аналізу в короткострокових технічні засоби, що входять до складу дослідах бютестування Проте, урахування тимчавимірювальної системи бютестування, повинні сової організації біологічних систем при бути метрологічно атестовані бютестуванні необхідно завжди враховувати, тому Подібні дослідження для обґрунтування вищещо для всіх живих систем характерні сховані вказаних вимог необхідно проводити з викорисбюритми У цьому зв'язку потрібно проводити танням сучасних уявлень і тенденцій медиковиміри для контролю в реальному масштабі часу, і бюлопчного приладобудування У цьому зв'язку даний факт накладає особливість дифезупинимося більш докладно на методах підвищенренціальних методів виміру поточного стану ня точності контролю функціонального стану біобіологічного тест-об'єкта в умовах ди зовнішнього логічного тест-об'єкта в задачах бютестування й чинника, що ушкоджує оцінки токсичності водяного середовища З огляду на істотну динаміку процесу трансВ даний час найбільш перспективними є струформації ХІМІЧНИХ речовин у водяному середовищі ктурні методи підвищення точності, зокрема, при з особистою участю живих організмів (гідробіонконтролі функціонального стану біологічного тесттів), що активно формують зовнішнє середовище, об'єкта для оцінки токсичності стічних вод, у силу виникають додаткові труднощі метрологічного затого, що можливості конструктивних методів підбезпечення токсикологічного контролю вищення токсичності вимірювальних систем бютестування обмежені, у зв'язку з лабільними харакПричому, інформацію про токсичність одертеристиками біологічних тест-об'єктів - основних жують по реакції біологічного тест-об'єкту, що ввоелементів таких вимірювальних систем Структурдиться на якийсь час у контрольоване середовині методи засновані на використанні у вимірюваще Початок координат в аналізованому алгоритмі льних системах структурної або тимчасової надмівизначається технічним рівнем розвитку і рності, що дозволяє реалізувати алгоритм підвисоціального аспекту, що оцінюється в номінальній щення точності контролю функціонального стану шкалі біологічних тест-об'єктів Маючи у виду складну Виходячи з уявлення бюсистеми у виді контузалежність передатної функції первинного біологіру зі зворотними зв'язками, у тому числі, з чного перетворювача від факторів дії зовнішнього нелінійним адаптаційним елементом, можна покасередовища і властивостей біологічного тестзати, що використання матричного підходу для об'єкту, необхідно розглянути основні властивості оцінки якості бюсистеми призводить до опису вовимірювальної системи бютестування (ВСБ) дяного об'єкта в ординальній шкалі У цьому зв'язку, наслідуючи використання бальної оцінки У загальному випадку статистичну функцію якості води, можна ввести п'ять зон стану водяноперетворення (СФП) практично будь-якої ВСБ го об'єкта (припускаємо, що біологічний тест-об'єкт за час виміру незначно змінює свої параметри, тому що зона 1 відображує стан чистої води, обраний інтервал часу впливу токсиканта на оргазона 2 відображує стан нетоксичної води, нізм в експрес-аналізі, тобто в короткостроковому зона 3 відображує стан трохи токсичної води, експерименті, відповідає квазістацюнарній фазі зона 4 відображує стан токсичної води, реакції організму на даний токсикант) при контролі зона 5 відображує стан сильно токсичної води функціонального стану організму завжди можна (смертельної) уявити у вигляді Межи зон стану водяного об'єкта встановлюються з нормативних актів водогосподарчої ДІЯЛЬf = a-|+a 2 x+ +a n x n ~ 1 (1) НОСТІ, що відображують соціальний, технікоде f - вихідний розмір реакції функціонального економічний і екологічний рівні (аспекти) водоспопоказника біологічного тест-об'єкту на токсикант, живання [14] що вимірюється, (СФП), З огляду на все це, у практичному бютестуаі, , а п - параметри СФП, ванні для оцінки токсичності водяного середовища 18 17 53684 x - розмір функціонального показника, що реалізація обернених перетворень потребує знанвимірюється ня або наявності точного оберненого перетворюЗ огляду на вираз (1), для номінальної (оптивача, створення якого сполучено з набагато мальна умова для біологічного тест-об'єкту і умова більшими труднощами, ніж створення точного для вимірів) СФП маємо прямого перетворювача Крім того, для цих меп 1 тодів необхідно забезпечити поточне періодичне f= (2) +а п х ~ п відключення величини (X), яку вимірюють, від вхоУ реальних умовах експлуатації ВСБ значення ду ВСБ, що практично зробити неможливо А з параметрів СФП відрізняються від своїх номінальогляду на те, що характеристики ВСБ є принципоних значень унаслідок зміни ЗОВНІШНІХ умов функво нелінійними, то для реалізації методів зразкоціонування первинного біологічного перетворювавих сигналів потрібно велика КІЛЬКІСТЬ зразкових ча, старіння елементів ВСБ, взаємного впливу мір, число яких залежить від ступеня нелінійності каналів виміру (у багатоканальної ВСБ), впливів функції перетворення ВСБ Визначення числа специфічних умов у системі життєзабезпечення зразкових мір необхідно проводити особисто в організму і т п Тому СФП записується у вигляді кожному конкретному випадку, що робить метод f = a1(t) + a 2 x(t)+ +a n (t)x n - 1 (3) зразкових сигналів у ВСБ працеємкім, неефективним і дорогим Для приведеної до виходу похибки для ВСБ Для оцінки функціонального стану біологічного (Авих) з урахуванням виразів (2) і (3) маємо тест-об'єкта при бютестуванні можна дуже ефекп 1 Двих = Да-і + а 2 х + +а п х ~ (4) тивно використовувати метод тестових процедур, де який розроблено для підвищення точності виміру електричних і неелектричних величин Да, =a,(t)-a l 0 , (і = 1,2, ,п) Сутність тестових методів полягає у визначенВідомо, ЩО похибка ДВих є сума двох складоні поточних значень параметрів ВСБ за допомогою додаткових перетворень тестів, кожний із котрих вих автокорельованої д В И х і неавтокорельованої функціонально пов'язано з показником, що вимід Д в и х похибок Складова В их об'єднує практично рюється У цьому зв'язку задача підвищення точвсі систематичні і повільно МІНЛИВІ випадкові поності ВСБ зводиться до задачі ідентифікації При хибки, що прогресують а складова ДВИх об'єднує цьому СФП первинної ВСБ розглядається як поліусе швидко МІНЛИВІ (високочастотні) випадкові поном (1) з невідомими параметрами, що підлягають хибки При цьому, під автокорельованою складовизначенню Для цього ВХІДНІ сигнали задаються у вою похибки варто розуміти похибку, що подає вигляді тестів, що представляються деякими фунсобою випадкову функцію часу, для якого коефіцікціями невідомої величини функціонального покаєнт кореляції двох випадкових розмірів ABMX(t-i) і зника біологічного тест-об'єкту, який вимірюється Все це робить ВХІДНІ сигнали також невідомими д вих te), узятих на інтервалі t 2 - 1 1 = Т (час реаліМетод тестових процедур має цілий ряд хазації алгоритму виміру), близький до одиниці Для рактерних переваг, як-то неавтокорельованої складової зазначений ковідпадає необхідність у відключенні величини ефіцієнт близький до нуля (X), що вимірюється, від входу первинної ВСБ, Для ВСБ особливе значення мають технічні відбувається істотне обмеження числа тестозасоби, що зменшують автоко-рельовані складові вих процедур (тестів) при нелінійній функції перед творення первинної ВСБ, яке обумовлене тим, що похибки ( вих), тому що точність ВСБ в основному величина показника ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічного визначається точністю роботи первинного біологітест-об'єкту, який вимірюється, фактично транспочного перетворювача, у якому переважають автортує тести у ВІДПОВІДНИЙ відрізок функції перетвокорельовані складові похибки Останні пов'язані з рення, неоднорідністю біологічного тест-об'єкту, зміною зменшується помилка, яка пов'язана з парайого характеристик у часі, що залежать від ЗОВНІметрами, що не вимірюються, наприклад, стічних ШНІХ умов вод Вона найчастіше виникає при неузгодженості Серед структурних методів зменшення автовеличини токсичності, що вимірюється, з властикорельованої складової похибки виміру ВІДОМІ мевостями ПБП (останнє звичайно спостерігається тоди допоміжних вимірів впливів, що обурюють, при контролі різноманітних за складом стічних вод) ітераційні методи, методи зразкових сигналів і теста іншими характеристиками тові методи У загальному випадку при реалізації тестових Застосування методів допоміжних вимірів методів підвищення точності ВСБ процес виміру впливів, що обурюють, потребує знання характеру складається з п + 1 тактів При цьому в першому цих впливів на первинний біологічний перетворютакті (основному) перетворюється приватна хараквач, а також функцій впливу їх на похибку ВСБ теристика функціонального показника у вихідну Для цього необхідно розробити комплекс величину інтегрального параметру спеціальних засобів для виміру впливів, що обуЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ , а в інших (додаткових) - тести рюють, який найчастіше практично реалізувати А-і(Х), Аг(Х), , АП(Х), кожний з яких - деяка дуже важко От чому, перспектива застосування функція величини X, що вимірюється цих методів обмежена, а одержувана інформація Результати основного fo і додаткових перетвоза допомогою таких ВСБ ненадійна рень f-i, f2, ,fn з урахуванням виразу (1) можуть Застосування методів обернених перетворень бути подані у вигляді і зразкових сигналів у ВСБ обмежено, тому що 19 fo=a-)+a2x+ +anx f1=a1+a2A1(x)+ 20 53884 n \ +ап[А1(х)Г1, f n = a 1 + a 2 A n ( x ) + +ап[Ап(х)Г1, (5) Для одержання тестового алгоритму підвищення точності ВСБ, необхідно спочатку визначити реальні параметри а-і, а2, , ап СФП первинної ВСБ із системи додаткових рівнянь, а потім знайти значення величини, що вимірюється, fo знаходимо з основного рівняння при підстановці в нього поточних значень а-і, а2, , ап Остаточне співвідношення, що показує зв'язок вхідної величини X з результатами перетворень f0, fi, , fn і значеннями тестів А-і(Х), А2(Х), , Ап(Х), є алгоритмом підвищення точності виміру функціонального показника біологічного тестоб'єкту Вирішуючи систему рівнянь (5) що до величини X, яка вимірюється, одержуємо результат виміру, що не залежать від поточних значень параметрів а-і, а2 , а п СФП, що дає можливість виключити автокорельовану складову помилки д вих первинної ВСБ Існують два типи тестів адитивні тести, які сформовані блоком адитивних тестів (БАТ), і мультиплікативні тести, які сформовані блоком мультиплікативних тестів (БМТ) У практиці бютестування необхідно використовувати незалежні тести, тому що функціональні тести важко практично реалізувати Незалежні адитивні тести формуються у вигляді суми А 1 (Х)=Х + 9„ (6) де 9, - постійна складова адитивного тесту, що є незалежною від X величиною Незалежні мультиплікативні тести формуються у вигляді А1(Х) = к,Х, (7) де к, - незалежний від X коефіцієнт перетворення БМТ Розглянемо для простоти шматочно-лінійну апроксимацію функції перетворення поточного стану біологічного тест-об'єкта За допомогою такої апроксимації можуть бути подані функції перетворення стану біологічного тест-об'єкта як ЛІНІЙНІ, так і істотно нелінійні Це пов'язано з тим, що із самої суті тестових методів полягає, що загальне число тестів пов'язано тільки з виглядом апроксимуючого поліному і не залежить від числа відрізків апроксимації, тому що тести функціонально пов'язані з величиною, що вимірюється, і якби транспортуються разом із нею у будь-яку ділянку апроксимації Тому функція перетворення показника ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічного тест-об'єкту на j ій ДІЛЯНЦІ апроксимації описується математичною моделлю, що має вигляд Для реалізації тестового методу підвищення точності виміру поточного стану організмів необхідно мати, принаймні, два тести А-і(Х) і А2(Х) Таким чином, алгоритм, що реалізує тестовий метод при шматочно-лінійній апроксимації функції перетворення ВСБ, може бути отримано підстановкою в системі рівнянь (5) при п = 2 у вигляді fi A 2 (x)-f 2 A 1 (x) [У) 0 А(х)А х) А 2 (х)-А 1((х) А 2 (х)-А 1 (х) На фіг 2 і фіг 3 приведено варіанти структурних схем ВСБ із блоками БАТ і БМТ, де вказано ПБП - первинний біологічний перетворювач, ПНП перетворювач неелектричних параметрів, БО блок опрацювання інформації, БП - вихідний пристрій, БА - блок автоматики, ВСБ вимірювальна система бютестування, БАТ - блок адитивного тесту, БМТ - блок мультиплікативного тесту, ЗУТ - зв язок управління тестами Використовуючи один мультиплікативний і один адитивний тести можна реалізувати алгоритм (9) підвищення точності оцінки функціонального стану біологічного тест-об'єкта При цьому процес виміру складається з трьох тактів (процедур) У першому такті ключі Клі Кл2 розімкнуто і на вхід ВСБ подається величина, що вимірюється В другому такті ЮІІ замикається і на вхід ВСБ надходить адитивний тест L + J, сформований БАТ У третьому такті ключ Клі розмикається, а ключ Клг замикається, забезпечуючи підключення до входу ВСБ мультиплікативного тесту виду [X + КХ = Х(К +1)] С ф о р м о в а н о г о Б МТ У результаті одержуємо тестовий алгоритм такого вигляду Х = f 2 -fo .£ и — fn К (10) Де f0 = a-! + a2x, fi =a-\ + a 2 (x + 0), f-i =a-| +a 2 (x + kx), Як очевидно з формули (10) для ВСБ, структура якої змінює вигляд (див фіг 2), точність результату виміру параметра ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічного тест-об'єкту не залежить від невідомих параметрів а-і,, a2j, СФП вихідної ВСБ, а цілком визначається параметрами 9 і К БАТ і БМТ Проте, на практиці важко здійснити БМТ із стабільним параметром К, тому що функціональний стан у широкому діапазоні своїх проявів по-різному відбиває показник ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічного тест-об'єкту Крім того, реакція організму на вплив, що ушкоджує, має істотно нелінійний характер, що залежить як від часу виміру, так і від рівня зовнішнього впливу От чому, ЛІНІЙНІ властивості для мультиплікативного тесту із постійним К можуть бути визначені лише на вузькому інтервалі величини, що вимірюється Щоб виключити вплив коефіцієнту перетворення БМТ на результат виміру, необхідно організувати додатково структурну надмірність Це досягається в послідовному режимі функціонування тестів БАТ і БМТ у ВСБ Так, наприклад, на фіг 3 наведена реалізація такого варіанту, де вхід БМТ сполучений із виходом БАТ, що призводить до появи ще одного додаткового перетворення У цьому випадку процес виміру (оцінки функціонального стану біологічного тестоб'єкта) складається з чотирьох тактів Перші три такти цілком аналогічні трьом тактам роботи ВСБ, схема якої наведена на фіг 2 У четвертому такті замикаються ключі Клі і Кл2, які підключають до 21 53684 9K + 1 х + е входу ВСБ тест виду t ) ( Л . Тестовий алгоритм у цьому випадку має вигляд (11) 22 f 1 = a 1 + a 2 ( - x ) + a 3 (-x) 2 , (13) де f 3 = a 1 + a 2 (-x - 9) + a 3 (-x - 0) звідки одержуємо fo=s X f-i = a-, + a , А 2 = Х + КХ, А 3 = 1 Як очевидно з виразу (11), результат виміру не залежить від К - коефіцієнта перетворення БМТ, а цілком залежить від одного показника в адитивному перетворенні, тобто від 9 Алгоритм (11) дозволяє виключити помилку виміру, яка викликана параметрами функціонального стану біологічного тест-об'єкта, що не вимірюються Це особливо важливо для контролю стану, якщо він оцінюється за допомогою одного показника фізіологічних реакцій біологічного тестоб'єкту Добре відомо, що при класичному бютестуванні для аналізу необхідні знання поточного стану організму за рядом фізіологічних реакцій, тому що в короткострокових дослідженнях бютестування використовуються організми, які мають різноманітну чутливість до того або іншого токсиканту Як очевидно з фіг 2 і фіг 3, застосування тестових методів підвищення точності ВСБ пов'язано з необхідністю створення адитивних і мультиплікативних тестів БАТ достатньо просто практично реалізувати за допомогою автономних пристроїв, ланцюгів зворотних зв'язків або введенням незалежних впливів на ПБП (біологічний тест-об'єкт), а створення БМТ потребує значних витрат часу для аналізу і ускладнення конструктивних елементів ВСБ, тому що для дійсного часу ще не створено адекватну модель бюсистеми, на яку до того ж діє ушкоджуючий фактор Тому перспективним є використання таких ВСБ, у яких реалізовані і теоретично обґрунтовані тестові методи підвищення точності виміру тільки за допомогою одних адитивних тестів Таку задачу можна вирішити, наприклад, шляхом використання диференціального методу виміру На фіг 4 подана структурна схема диференціальної ВСБ (один канал виміру) Для опису функцій перетворення ВСІ і ВСІ необхідно застосовувати поліном другого порядку (12) у= При цьому процес виміру складається з чотирьох тактів У перших двох тактах перетворюються (звичайне диференціювання) розміри [X] и [X], а в наступних двох тактах - за допомогою ключів Клі і Клг до входу 1 ВСБ підключається тест [ Х + °1, до входу 2 ВСБ - тест Н * + в)] ким чином, маємо f0 = 2 Та _ O ~ 1 2 Q О Як очевидно з виразу (14), результат виміру X на залежить від параметрів а-і, аг, аз СФП, а тестовий алгоритм реалізується тільки на основі адитивних тестів Тут важливо відзначити, що по суті, як очевидно з формули 14, здійснюється прийом оцінки параметричної чутливості функції ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічного тест-об'єкту Таким чином, у тих випадках, коли вмикання БМТ у ВХІДНІ ланцюги ВСБ викликає проблеми або економічно невигідно, можливо ефективно використовувати тестові методи підвищення точності виміру в системах, які побудовані на основі диференціального методу виміру При цьому слід зазначити, що й у цьому випадку, як і в попередніх, величина, що вимірюється, не відключається від входу ВСБ у процесі реалізації тестового алгоритму підвищення точності виміру (ОЦІНЦІ) функціонального стану біологічного тест-об'єкта Висновок 2 Для того, щоб забезпечити точну оцінку функціонального стану біологічного тест-об'єкта в умовах ди ВІДПОВІДНИХ факторів, що визначають його ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ у реальному масштабі часу, без використання побудови калібрувальних графіків, необхідно організувати процедуру 4-х тактового виміру на одному зразку біологічного тест-об'єкта 2 такти - диференціального виміру плюс 2 такти - диференціального виміру за умови адитивної добавки показника функціонального стану, що вимірюється, технічні засоби, що входять до складу вимірювальної системи бютестування з алгоритмічним засобом підвищення точності контролю, можуть бути з «слабкими» метрологічними характеристиками, адитивна добавка повинна бути за метрологічними характеристиками «сильною», що важливо при реалізації одноканальної вимірювальної системи бютестування При ОЦІНЦІ токсичності водяного середовища, хімічної сполуки або скріннингу біологічної активності необхідно одержувати графіки дозової залежності середнього розміру [10], параметричної чутливості [11] або варіабельності [12] функціонального показника біологічного тест-об'екту У цьому зв'язку необхідно підготувати ряд проб із досліджуваним зразком води або хімічної речовини, а також ряд проб з біологічним тест-об'єктом, провести інкубацію протягом заданого часу і провести контроль функціонального показника ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічного тест-об'екту в реальному масштабі часу Для винятку ефекту залежності поточного стану біологічного тест-об'єкта від часу протягом доби (наявність схованих і явних бюритмів) необхідно щораз проводити дослідження порівнювання з контролем Це припускає використання 23 вимірювальної' 24 53684 тори 15 і 16 пов'язані з вимірювальними камерами системи двоканальної реакції 26 і 27, а блок життєзабезпечення 17 біотестування біологічного тест-об'єкту об'єднує два канали Висновок З виміру - канал дослідження і канал порівняння, при при реалізації двоканальній схеми вимірювацьому вимірювальні камери реакції 26 і 27 у каналі льної системи біотестування необхідна організація дослідження й у каналі порівняння мають максимально можливої ідентичності адитивної ВІДПОВІДНО, патрубки подачі контрольованої рідини добавки в обох каналах вимірів, що істотно спрос32 І еталонної води 33 А системи обробки тить настроювання й істотно підвищить точність і інформації 3 і 4 у каналі дослідження й у каналі відтворюємость одержуваних результатів, порівняння пов'язані синхронізатором 40 всі такти виміру по обох каналах необхідно Очевидно, що при ОЦІНЦІ токсичності ХІМІЧНИХ обов'язково синхронізувати і проводити в реальречовин ІНШІ фактори впливу, що обурюють, сисному масштабі часу, тематичні і випадкові, до яких відносять ХІМІЧНИЙ І На фіг 1 подано схему одержання інформації фізичний впливи зовнішнього середовища на біопро якість води в процесі вимірів за допомогою логічний тест-об'єкт, які відрізняються від параметехнічних засобів методом біотестування, трів, що забезпечують оптимум зовнішнього серена фіг 2 подано варіант структурної схеми видовища, повинні бути облічені шляхом введення в мірювальної системи біотестування з рівнобіжним результати оцінок поправок або інструментально умиканням блоків БАТ і БМТ, компенсовані на фіг 3 подано варіант структурної схеми вимірювальної системи біотестування з Первинний біологічний перетворювач 9 і 10 послідовним умиканням блоків БАТ і БМТ, містить у собі біологічний тест-об'єкт 38 і 39, яким можуть бути мікроорганізми, рослинні організми, на фіг 4 подано варіант структурної схеми ЗООЛОГІЧНІ організми, біологічні рідини або штучні вимірювальної системи біотестування в дифемембрани Крім того, до його складу входять блок ренціальному виконанні і вмиканням тільки блоків життєзабезпечення 17 біологічного тест-об'єкту 38 БАТ, і 39 і стимулятори 15 і 16 різноманітного типу на фіг 5 подано структурну схему Причому для блока життєзабезпечення 17 хараквимірювального комплексу для токсікометричного терні герметичні камери, акваріуми, ферментери, експрес-аналізу якості водяного середовища, термостати, аератори, освітлювачі, ГОДІВНИЦІ Й ІНШІ на фіг 6 подано блок-схему алгоритму техноелементи життєзабезпечення Можна сказати, що логи вимірювального процесу при експресблок життєзабезпечення 17 необхідний для контролю токсичності водяного середовища підтримки біологічного тест-об'єкта 38 і 39 у зада(ХІМІЧНИХ речовин) із використанням запропонованих стандартизованих умовах проведення ної вимірювальної системи біотестування ДОСЛІДІВ Вимірювальний комплекс складається (див фіг 5) із вхідних пристроїв 1 і 2, систем обробУ первинному біологічному перетворювачі 9 і ки інформації 3 і 4, вихідного пристрою 5, блоків 10 відбувається перетворення ЗОВНІШНІХ ВПЛИВІВ пробопідготовки 6 і 7 і блока автоматики 8 Причо(параметрів) у зміну фізіологічних показників біому, ВХІДНІ пристрої 1 і 2 містять первинні біологічні логічного тест-об'єкту 38 і 39, що характеризуютьперетворювачі 9 і 10, перетворювачі неелектричся функцією реакції (F відгук) них параметрів 11 і 12, вторинні перетворювачі 13 Для узгодження біологічного тест-об'єкту 38 і і 14, стимулятори 15 і 16 і блок життєзабезпечення 39 із входом системи обробки електричних сигна17 біологічного тест-об'єкту, системи обробки лів 3 і 4, яку установлено поблизу нього, викорисінформації 3 і 4 містять компаратори 18 і 19, блоки товується перетворювач неелектричних показників керування 20 і 21 і міри 22 і 23, вихідний пристрій 5 11 і 12, при цьому вихід їх сполучено із входом містить блок відображення 24 і блок узгодження вторинного перетворювача 13 і 14 25, блоки пробо-підготовки 6 і 7 містять За 11 і 12 можуть використовуватися вимірювальні камери реакції 26 і 27 із дозаторами найрізноманітніші датчики, що визначаються в 28 і 29 і каналами подачі біологічного тест-об'єкту залежності від обраного функціонального показниЗО і 31 і досліджуваної рідини 32 і 33, а блок автока біологічного тест-об'єкту 38 і 39 Це можуть бути матики 8 містить виконавчі механізми 34 і обмежуелектрохімічні датчики газів, юнселективні датчивальні елементи 35 При цьому, вимірювальний ки, фото-, звуко- і термодатчики, різноманітного комплекс виконано у вигляді двоканальної схеми, типу сигналізатори Функціонально вони признаде є канал дослідження і канал порівняння, в яких чені для перетворення сигналів неелектричної ідентично, виконані вхідні пристрої 1 і 2 і системи природи, що індукуються біологічним тест-об'єктом обробки інформації 3 і 4 ВХІДНІ пристрої 1 і 2 ма38 і 39, в електричний сигнал із наступною подають захисні екрани 36 і 37 від ЗОВНІШНІХ факторів чею його на вторинні перетворювачі 13 і 14 Таким впливу як систематичних, так і випадкових Перчином, біологічний тест-об'єкт 38 і 39 варто розвинні біологічні перетворювачі 9 і 10 складаються глядати як первинний біологічний перетворювач 9 із суспензії біологічних тест-об'єктів 38 і 39, що і 10 неелектричної величини ХІМІЧНОГО забруднензалучені у вимірювальні камери реакції 26 і 27 із ня заданими характеристиками, які контролюються у Вторинні перетворювачі 13 і 14 забезпечують другому каналі порівняння Перетворювачі неперетворення рівнів електричних сигналів за доелектричних параметрів 11 і 12 установлено безпомогою ЛІНІЙНИХ підсилювачів або атенюаторів, посередньо поблизу біологічних тест-об'єктів 38 і змінюючи їхній динамічний діапазон Іноді вторинні 39, виходи яких сполучено з вторинними перетвоперетворювачі 13 і 14 перетворюють спектр сигрювачами електричних сигналів 13 і 14, стимуляналів (масштабно-тимчасове перетворення) за 25 53684 26 допомогою перетворювачів частоти, магнітного або ХІМІЧНИМ блоком запису, ЛІНІЙ затримки або фільтрів Крім того, до Вихідний пристрій 5 виконується по-різному, в складу вторинних перетворювачів 13 і 14 можуть залежності від структури одержуваного результату входити накопичувачі, інтегратори, що диференвиміру і вимоги до форми його одержання Вимоги цюючі ланцюги, формувачі і амплітудні дисдо форми одержання результату виміру залежать кримінатори від того, чи використовується вимірювальна система автономно або входить до складу іншої сисУ системі оброки інформації 3 і 4 компаратор теми У першому випадку можуть виявитися 18 і 19 реалізує ту або іншу операцію порівняння істотними фактори живлення, вагові характеристипоказника, що вимірюється, з мірою 22 і 23 або ки, питання культивування біологічного тестодин з одним у залежності від прийнятої метрики об'єкту, у другому - особливості входу системи, на ВІДОМІ компаратори 18 і 19, виконано у вигляді якій подається вихідний сигнал вимірювальної різноманітного роду мостових схем, синхронних системи біотестування детекторів, стрілочних і електронно-променевих нуль-індикаторів Останнім часом одержали пошиСинхронізатор 40 призначений для одночаснорення ЛОГІЧНІ схеми на базі мікроелектроніки, го одержання поточної інформації про функціонакомбінування яких дозволяє реалізувати будь-якої льний стан біологічного тест-об'єкту 38 і 39 у реаскладності обчислювальної операції льному масштабі часу в каналах дослідження і у каналі порівняння шляхом синхронізації роботи Міра 22 і 23 являє собою пристрій призначевхідних пристроїв 1 і 2 ВХІДНІ пристрої 1 і 2 мають ний для відтворення математичної моделі конзахист екрани 36 і 37, що виконуються в залежнострольованого об'єкту або окремих його характериті від обраного методу виміру функціонального стик За міру 22 і 23 може бути використано алгопоказника ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічного тестритми програми і, що на практиці частіше усього об'єкту 38 і 39 роблять, ІНШІ канали виміру з еталонним вхідним показником При цьому керування мірою 22 і 23 Адитивну добавку реалізують шляхом варіювиводять на особову панель вимірювальної сисвання в межах фізіологічних норм (толерантності) теми або здійснюють по внутрішніх каналах за фактора, що визначає функціональний показник допомогою телеметричного зв'язку ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічного тест-об'єкту 38 і 39 У таблиці 2 подано деякі можливості для Система керування 20 і 21 блоком життєзабефункціональних показників енергетичної зпечення 17 біологічного тест-об'єкту 38 і 39 (екстремальний регулятор) забезпечує пошук екстрепідсистеми біологічних систем муму шляхом варіації параметрів міри 22 і 23 ВІДЗ огляду на те, що до дійсного часу неможлиПОВІДНО до прийнятого алгоритму во створення вимірювальної системи біотестування, яка дозволяє КІЛЬКІСНО оцінювати При цьому система керування 20 і 21 може затоксичність Це пов'язано з відсутністю одиниць давати режим стимулятора 15 і 16 і блока виміру токсичності, із недостатньою теоретичною життєзабезпечення 17 Особливість системи керупропрацьовуванням питань приладового вання 20 і 21 полягає в тому, що вона визначає біотестування, а також із відсутністю метрочас проведення аналізу Практично вона може логічного забезпечення даного типу вимірів Тому складатися з крокового шукача, програмного реле, на сучасному етапі можна лише говорити про роздвигуна-сельсина, термоперетворювача, робки сигналізаторів токсичності [15] гідравлічного пристрою з насосами-дозаторами Таблиця 2 Деякі функціональні показники, фактори, що їх визначають, і діапазон варіювання цих факторів, що можливо використовувати у вимірювальних системах біотестування [13] Функціональний показник № 1 1 2 3 4 5 Фактор, що визначає функціональний показник біологічного тестоб'єкту ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ 2 3 Діапазон варіювання фактору Засіб вимірювання Датчики неелектричних показників 4 5 6 Освітленість Темпе- 300 - 800 лк 5 - Швидкість постачання Електрохімічні датчики кисню ратура 10°С кисню Післявисвітлення в Фотодатчики Освітленість Темпе- 300 - 800 лк 5 - ІНШІЙ спектральній СпектроФлуоресценція області в момент опратура 10°С аналізатори ромінювання Післявисвітлення в Освітленість Темпе- 300 - 800 лк 5 - ІНШІЙ спектральній Фотодатчики ФоУповільнена області через деякий сфороскопи флуоресценція ратура 10°С час затримки Спонтанне виФото датчики Хемілюмінесценція 5-10°С Температура промінювання Фотодатчики Специфічне виБюлюмінесценція 5-10°С Температура Фотосинтез 27 28 53684 промінювання в про6 7 Параметри руху мікроорганізмів Харчова (трофічна) активність Температура 5-10°С Температура 5-10°С цесі ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ Лазерно-доплерівська спектроскопія Зміна КІЛЬКОСТІ харчового субстрату Швидкість ЗМІНИ роз 8 Активність подиху 9 Швидкість окис- Температура На5-10X200лення органічного явність легко окисле400ХПК субстрату ного субстрату 10 Ферментативна активність 11 12 13 14 15 Швидкість росту популяції Частота прямування епіподитів ракоподібних Фототаксис Трансмембранний потенціал клітин Ефект відлякування організмів 5-10°С чиненого кисню в темряві Швидкість ЗМІНИ роз чиненого кисню в затемнених умовах Фотодатчики Мікроскопи Лічильники мікрочастинок Флуорометри Електрохімічні датчики кисню Електрохімічні датчики кисню Ферментні електрохімічні електроди Фотодатчики Мікроскопи Температура 5-10°С БІОХІМІЧНІ Температура 5-10°С Фотокалориметрія, мікроскопіювання Температура 5-10°С Мікроскопіювання Фотодатчики Мікроскопи Фотокалориметрія, мікроскопіювання Потенціометричний метод Фотодатчики Мікроскопи Мікроелектроди капілярного типу Освітленість Темпе- 300 - 800 лк 5 ратура 10°С Температура 5-10°С Температура 5-10°С Сигналізатори призначені для повідомлення інформації, що має характер типу "так-ні" Отримана інформація в процесі експлуатації вимірювальної системи бютестування для оцінки токсичності рідин указує лише на перевищення деякого порогу токсичності, що встановлюється в кожному конкретному випадку водопостачання або водовідведення, виходячи з водоохоронних вимог Намітився шлях створення таких комплексів, у яких оцінка токсичності здійснюється відразу по декількох параметрах біологічного тест-об'єкту, при цьому не виключається можливість одночасного використання різноманітних за систематичними рівнями організмів Це дозволяє більш повно охарактеризувати стан живої системи, що може забезпечити ідентифікацію складу контрольованої рідини Блок пробопідготовки 6 і 7 із камерою реакції 26 і 27 здійснює підготовку і періодичну або безупинну подачу контрольованої й еталонної рідин у камеру реакції 26 і 27, а також промивання гідравлічної частини вимірювальної системи бютестування При цьому розрізняють прямий ВІДВІД із колектора стічної води або за допомогою пробовідбірного пристрою Ці особливості визначають структуру вимірювальної системи для оцінки токсичності, розділяючи всі прилади на стаціонарні і переносні Необхідно відзначити, що при розширенні функціональних можливостей і областей застосування, запропонована нами блок-схема вимірювальної системи бютестування для оцінки токсичності не потребує істотної зміни Так, наприклад, використання и в неавтономному режимі в комплексі автоматичної станції контролю якості води потребує усього лише запровадження каналів керування Перевищення переш- Фотодатчики Конкоджувального бар'єру тактні реле роботи усієї вимірювальної системи для оцінки токсичності Проте, як бачимо, біологічний тестоб'єкт 38 і 39 є обов'язковим елементом будь-якої вимірювальної системи контролю токсичності водяного середовища Технологія вимірювального процесу при експрес-аналізі токсичності водяного середовища з використанням запропонованої вимірювальної системи бютестування подана на фіг 6, де зазначено блок-схему алгоритму процесу контролю токсичності водяного середовища Пристрій робить наступним чином Основний принцип аналізу хімічної речовини, які міститься у водяному середовищі, - це ідентифікація його за раніше встановленими специфічними характеристиками з урахуванням особливостей методу вимірювання Метод аналізу бютестування - це метод ди на аналізуєму живу речовину (біологічний тест-об'єкт) з ціллю визвати його відгук (характерний сигнал), який репструється, аналізується та порівнюється із раніше встановленими характерними сигналами, які відображають ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ організмів В реальних умовах роботи дослідницьких та виробничих лабораторіях контролю підлягають, як правило, нечиста речовина, а суміш великої КІЛЬКОСТІ речовин Присутні в контролюємому зразку водяного середовища ряд ХІМІЧНИХ речовин (нетоксичні за своєю природою) можуть оказувати заважаючий вплив на результати вимірів В цьому плані виникає ще одна серйозна проблема - це проблема сінерпзму, трансформацій та метаболізму, контролюємих компонентів та їхньої суміші з участю біологічних об'єктів В першому наближенні в результаті контролю отримуємо сумарний сигнал ЗО 53684 бруднююча речовина, якщо при обраному значенні ДЄ Іо - сигнал від аналізуємої речовини, t>t(P,n 0 + Щ-2) If - фоновий сигнал (шум), якій утворюється де Р - заданий рівень довірительної іншими речовинами Проблема аналізу вірогідності збільшення відношення сигнал/шум Вирішити цю В противному випадку необхідно признати, що проблему можливо або підвищенням селективрідина, яка досліджується, нетоксична та не оказує ності корисного сигналу, або очищенням зразку від впливу на біологічний тест-об'єкт при обраному заважаючих речовин На практиці часто величину рівні довірительної вірогідності шуму визначають при калібровочних вимірах в Отже, при включенні загального живлення в "нульовому" ДОСЛІДІ, коли в аналізуємому середоблоці автоматики 8 спрацьовує керуюче реле вищі немає вивчаємої речовини включення живлення вхідних пристроїв 1 і 2, сисДля того, щоб сигнал Іо дозволив визначити КІтем обробки інформації 3 і 4, вихідного пристрою ЛЬКІСТЬ аналізуємої речовини (її концентрацію), 5, блоків пробопідготовки 6 і 7 і основних вузлів необхідно зіставити її з сигналом 1э, від еталонноблока автоматики 8 го зразку, склад якого точно відомий Причому, синхронно, за допомогою синЗ позицій метрології проведення аналізу захронізатору 40, із культиватору біологічного тестключається у вимірі певних величин, наприклад, об'єкту (на фіг 5 не показаний) культура подається інтенсивності випромінювання, сили струму і т п за допомогою дозатору (на фіг 5 не показаний) по Як правило, отримані характеристики є посередканалам подачі ЗО і 31 біологічного тест-об'єкту в ньою оцінкою об'єкту, що досліджується За ним в суворо обмеженій КІЛЬКОСТІ до вимірювальних каузгоджені із методом, що використовується, виміру мер реакції 26 і 27 Таких камер повинно бути не проводять розрахунок кінцевих показників токсичменш 10 штук в п'ятьох повторностях Після ЦЬОГО ності Цей посередній вимір - за результатами ІЗ допомогою інших дозаторів 28 і 29 до цих прямого виміру визначають потрібний показник вимірювальних камер реакції 26 і 27 подається Високі метрологічні показники характеристики вторідина, що контролюється, із заданою конценринних перетворювачів служать основою, в трацією Об'єм рідини, що подається, до кожної цілому, відтворює-мості процесу оцінки токсичкамери однаковий та суворо обмежений В ності водяного середовища Правильність вимірювальних камерах реакції 26 і 27 виконують подібних оцінок буде залежати від вірності методу, інкубацію шляхом витримування на протязі задащо використовується, контролю, його теоретичної ного часу та практичної спроможності В цьому випадку річ Вимірювальні камери реакції 26 і 27 установіде про вірність інтерпретації отриманих даних лені в вхідних пристроях 1 і 2, які обладнані переПомилки інтерпретації можуть виникати в результворювачами неелектричних параметрів 11 і 12, таті, наприклад, неправильних представленій местимуляторами 15 і 16, а також блоком життєзабеханізмів взаємодії у системі, що вивчається зпечення 17 біологічного тест-об'єкту Блок життєбіологічний об'єкт - хімічна речовина забезпечення 17 біологічного тест-об'єкту працює При бютестуванні про наявність токсикантів так, щоб забезпечити стабільність ЗОВНІШНІХ парасудять за зміною параметрів стану біологічного метрів (температури, світла, перемішування, аетест-об'єкту на протязі часу при контакті із речовирації та ін , які залежать від особливостей біологіною, що досліджується, рідиною, що аналізується чного тест-об'єкту), що задаються блоком автомаВ найбільш простому випадку задача виявлення тики за допомогою виконавчих механізмів 34 і обтоксиканта заключається в перевірці нульової гіпомежувальних елементів 35 тези Но про рівність середніх параметрів стану Момент часу виміру синхронно, за допомогою біологічного об'єкту в ДОСЛІДІ та контролі Якщо синхронізатору 40, в каналах досліду та гіпотеза Но не вірна, можна стверджувати, що в порівняння задається блоком автоматики 8 При речовині, що досліджується, присутнє забрудненцьому перетворювачі неелектричних параметрів ня із заданим рівнем довірительної вірогідності 11 і 12 контролюють величину показника, що (Р) вимірюється, ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біологічного тестКоефіцієнт варіації параметрів стану БТО в об'єкта, а за допомогою стимуляторів 15 і 16 занормі звичайно складає 5 - 10% КІЛЬКІСТЬ повтордається додаткова зовнішня дія на біологічні тестностей не перевищує 7 У випадку нормального об'єкти суворо обмеженої величини, наприклад, у розподілу параметрів перевірка гіпотези Но звовигляді температурного стрибку диться до наступного Таким чином, в каналі дослідження та синОбчислюють середньозважене значення дисхронно, за допомогою синхронізатору 40, в каналі персії за виразом порівняння одержують по двом групам вимірів S 2 = ((nO -1)Sg+ (П! -1 JSf/fno + щ - 2), перша група - без стимулюючої ди, друга - із стимулюючою додатковою дією Як перша так І друга де По, Пі - число повторностей в ДОСЛІДІ та конгрупи містять виміри диференціального типу, суть тролі ВІДПОВІДНО, 2 2 яких в наступному в один вхід диференціальної So , S1 - дисперсія параметра в ДОСЛІДІ та схеми подаються сигнали від проби біологічного контролі ВІДПОВІДНО об'єкту без яких-небудь ХІМІЧНИХ дій, а до другого Обчислюють критерій Стьюдента входу цієї диференціальної схеми - від проби біологічного об'єкту з ХІМІЧНОЮ дією По чотирьом t = | Хр - Хі | / п 0 п 1 отриманим величинам (чотири такти вимірювання) S \ п0 + Ш в каналі дослідження та синхронно, за допомогою Гіпотеза Но не вірна і в рідині присутня засинхронізатору 40, в каналі порівняння в компара29 32 31 53684 торах 18 і 19 здійснюють розрахунок відклику переваги біологічного тест-об'єкту на хімічну дію за алгооб'єктивність і точність аналізу функціональноритмом у вигляді го стану біологічного тест-об'єкта в задачах бютестування при ОЦІНЦІ ТОКСИЧНОСТІ І біологічної активності ХІМІЧНИХ речовин, тому що засіб базується на фундаментальній властивості ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ біоде fo(+X) - сигнали від проби біологічного логічних систем - параметричної чутливості, об'єкту без яких-небудь ХІМІЧНИХ дій, універсальність структурної блок-схеми, fi(-X) - сигнали від проби біологічного об'єкту з низькі працевтрати на проведення аналізів при ХІМІЧНОЮ ДІЄЮ, бютестування й експрес-контролю токсичності f2(+[X+A]) - сигнали від проби біологічного об'ХІМІЧНИХ речовин, що утримуються у водяному єкту без яких-небудь ХІМІЧНИХ дій із адитивним досередовищі за рахунок того, що вимірювальний датком, комплекс практично автоматизований, f3(-[X+A]) - сигнали від проби біологічного об'економічність за рахунок малих витрат єкту з ХІМІЧНОЮ дією та адитивним додатком , біологічного об'єкту і ХІМІЧНИХ реагентів (а також А - адитивний додаток, яка має точність устаенерговитрат) новки не гірше ±1% Джерела використаної інформації Далі в блоці узгодження 25 здійснюють статис1 Крайнюкова А Н Состояние и перспективы тичну обробку даних та розрахунок безрозмірної применения методов биотестирования для оценки величини реакції біологічного тест-об'єкту за форзагрязнения водной среды / В сб Экологическая мулою химия водной среды - М , 1988 - С 108-124 2 Богомазов О А и др Электрохимические Я ДОСЛ'Д методы биотестирования сточных вод - Екате•^контроль ринбург Уральский рабочий, 1997 - 207 с , - С 39 В цьому випадку всі заважаючі фактори, про 3 Мацкивский В И Общая структурная схема які вказувалось раніше, автоматично ураховуютьоперативного контроля качества водной среды с ся использованием биотестирования - В сб наОсобливістю вимірювального комплексу є абучн трудов Биологическое действие факторов солютна синхронізація усіх тактів вимірів із витриокружающей среды - Харьков Харьковский гос муванням часових тактів вимірів Отримана мед у-т, Харьковская гор сан -эпид станция, інформація у вигляді відносної величини 8 виво1996 -С 9-13 диться в блоці узгодження 25 для використання 4 Примак А В , Кафаров В В , Качиашвили оператором та додатково блоці відображення 24 К И Системный анализ контроля и управления для вторинної обробки з формуванням бази дакачества воздуха и воды - К Наукова думка, них Вся проміжна інформація накопичується в 1991 -360с -С 110-143,148-203 спеціальних файлах, які використовуються для 5 Гениатулин К В , Шелест В Н Проблемы спеціальних обробок Час виміру кожної проби з \ метрологического обеспечения контроля природрахуванням часу інкубації встановлюється із зсуной водной среды методами биологического тесвом з ціллю мінімізування динамічних ефектів тирования // Измерительная техника, 1987 - № 9 взаємодії біологічних тест-об'єктів з токсикантом С 55-57 Захисний екран 36 і 37 від ЗОВНІШНІХ факторів 6 Богамазов ОА и др Автоматизированный впливу як систематичних так і випадкових забезконтроль качества природных и сточных вод печують підвищену перешкоду СТІЙКОСТІ процесу Екатеринбург Уральский рабочий, 1997 - 239 с , виміру функціональних показників ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ С 47-182 біологічного тест-об'єкту Оцінку токсичності 7 Мацкивский В И Основные свойства биолоздійснюють шляхом побудови дозової залежності гических систем для учета в задачах биотестировідгуку біологічного тест-об'єкту до дм токсиканта, вания - В сб Трудов VII Межд-й научноз якої визначають діапазон мінімально діючих контехнической конференции « Экология и здоровье центрацій та діапазон максимально переносних человека Охрана водного и воздушного бассейконцентрацій Ці діапазони установлюють за нов Утилизация отходов» - Харьков Гос НИИ півшириною максимумів показника відносної велиУкрВОДГЕО, 1999 -С 74-75 чини б із дозової залежності 8 Методическое руководство по биотестироПісля завершення всієї процедури вимірів та ванию воды РД 118-02-90 - Мб Госкомприроды оцінки токсичності в блоці автоматики 8 вимикаСССР, 1991 -48 с ються всі джерела живлення, при цьому вимірю9 Чернышов С И , Мацкивский В И , Зайцева вальні камери реакції 26 і 27 промиваються або О В , Жуков В И Метрологические проблемы в убираються у випадку використання одноразових задачах биотестирования и оценки токсичности комплектів природных и сточных вод - В сб Трудов VII МеждВикористання запропонованого пристрою найй научно-технической конференции « Экология и більш ефективне в медико-бюлопчному приладоздоровье человека Охрана водного и воздушного будуванні, частково, в технології біохімічного очибассейнов Утилизация отходов» - Харьков Гос щення стічних вод, санітарної токсикології й еколоНИИ УкрВОДГЕО, 1999 - С 44-46 гічного моніторингу, а також при скринінгу біологіч10 Мацкивский В И Экспериментально - меної активності ХІМІЧНИХ речовин і препаратів тодическое исследование действия загрязнителей Використання запропонованого пристрою в на гидробионты для разработки контроля качества порівнянні з існуючими технічними засобами конводной среды Дисс на соискание уч степени тролю токсичності водяного середовища має такі Х 33 53684 34 канд биол наук - М МГУ, 1985 -167 с \ 11 А С 1988 -127 с № 1822261, СССР, кл G 01 N 33/18, 1989 Способ 14 Крайнюкова А Н Биотестирование в охраопределения токсического воздействия химичене вод от токсического загрязнения // В сб Проских веществ, содержащихся в водной среде, на блемы охраны окружающей природной среды культуру планктонных гидробионтов // Власенко Харьков УкрНЦОВ, 1996 -С 154-169 В В , Мацкивский В И , Паничев А Г , Пеньков Ф М 15 Крайнюкова А Н Биотестирование в системе оценки и контроля источников токсического 12 Заявка на винохід № 99074225 від загрязнения водной среды Автореф дис на соис26 07 1999 р Засіб оцінки токсичності і біологічної канае уч степени д бяол наук -Купавна, 1991 активності ХІМІЧНИХ речовин // Мацківський В І , 39 с Чернишов С І , Зайцева О В , Попов LB , Жуков В І 13 Методы биотестирования - Черноголовка, Фіг. 1 Вії Фіг. 2 Фіг. З Фіг 4 36 35 Фіг. 5 7\ X Кульп ставдвртюаци Формувати влкпвооей Ш....0 I Ш... 1 0 Ш....0 Вибір часу Вибір режиму темпервгїри tUVy6«EVS (ШНПрСК) бмлолчіюго ТЙСТ Вибір н Ш....0 4 тзюи внмірювашіх! 4 т а к т биотссг-пб'о Алгоркшосроб™ реіулішівїдоаащ і токяюягом f, - f, 1 41 Відносна і t, 4 шливу Фіг. 6 f. Исріодияшаі, контролю 37 53684 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул. Артема, 77, м. Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 38