Система для визначення кількості канцерогенних і/або токсичних речовин в довкіллі

Реферат: Система для визначення кількості канцерогенних і/або токсичних речовин в довкіллі містить підсистему засобів для підготовки до дослідження, як мінімум, однієї частини проби, що містить екстрагуючий засіб для обробки згаданої проби, підсистему засобів вимірів показників, підсистему обробки і візуалізації цих вимірів для користувачів нею. При цьому підсистема обробки і візуалізації забезпечена сполученим із згаданою підсистемою засобів вимірів програмним блоком автоматичного збору з неї даних, який лінією зв'язку через, як мінімум, один електронний захисний ключ доступу сполучений з послідовно сполученими між собою програмним блоком, що містить алгоритм аналізу, і програмним блоком, задаючим конфіденційний для згаданих користувачів алгоритм обробки зібраних даних із згаданої підсистеми вимірів. UA 73697 U (12) UA 73697 U UA 73697 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області аналітичної хімії і може бути застосована при моніторингу екологічної безпеки, зокрема для визначення і виміру в автоматичному режимі кількості токсичних речовин, включаючи: нітрит, нітрати, S,О,N,С-нітрозосполуки і радіоактивні забруднення, а також гістаміну, у всіх об'єктах довкілля: воді, повітрі, продуктах харчування, продовольчій сировині, медикаментах, рідинах і тканинах людини і так далі. У практичному плані застосування пристрою дозволяє запропонувати тест-метод (систему) для визначення груп онкологічного ризику. Відома система для визначення кількості канцерогенних і токсичних речовин в довкіллі, що містить засіб пробопідготовки, засіб визначення радіоактивності проби, екстрактор, засіб визначення оптичної щільності проби і блок обробки інформації, в який вводяться для розрахунку дані, отримані від всіх засобів вимірів [1]. Такий набір засобів не дозволяє з достатньою точністю розрахувати концентрацію канцерогенних і токсичних речовин, наприклад диметилнітрозоаміну (ДМНА) в пробі, оскільки допускається внесення погрішності оператором. Окрім цього, відомий пристрій має обмежені можливості, оскільки він не може бути використаний для аналізу багатьох середовищ, як то біологічної і іншої рідини людського організму, повітряних і аерозольних сумішей, а також інших видів нітрозоз'єднань. Відома точніша, порівняно з аналогом [1], система для визначення кількості канцерогенних і токсичних речовин в довкіллі [2]. Вона містить аналітичні ваги, гомогенізатор, пристрій консервації проби, нітритоекстрактор, спектрофотометр, бети-гамору радіометр і комп'ютер. Проте і така система недостатньо точна, оскільки допускаються помилки оператора при ручному введенні виміряних на приладах параметрів проби. Точніша при вимірах і універсальна у використанні система для визначення кількості канцерогенних і токсичних речовин в довкіллі [3] прийнята за найближчий аналог корисної моделі. Вона включає підсистему засобів для підготовки до дослідження, як мінімум, однієї частини проби, узятої з об'єкта довкілля. А також включає підсистему засобів вимірів показників, по яких можливе визначення вмісту канцерогенних і/або токсичних речовин, як мінімум, в одній із підготовлених до дослідження частин проби, і включає в себе підсистему обробки і візуалізації цих вимірів для користувачів нею. При цьому, в згадану підсистему засобів вимірів введено сполучений із засобом визначення оптичної щільності проби екстрагуючий засіб, виконаний у вигляді приладу для здобуття, як мінімум, однієї частини такої проби, що містить канцерогенні і токсичні речовини і їх попередники. Згадана вимірювальна підсистема засобів найближчого аналогу [3] містить також спектрометр, для визначення сумарної дози і випромінювань, і прилад виміру кислотності проби. Крім того, в систему можливе підключення засобу центрифугування і засобу фільтрації, якими забезпечується засіб пробопідготовки. Проте, істотним недоліком системи по найближчому аналогу [3] є низька швидкодія проведення нею вимірів, з огляду на те, що введення вихідних даних в підсистему обробки і візуалізації вимірів з вимірювальних засобів здійснюється вручну. При цьому контроль якості обраховування вихідних даних, що знімаються із згаданих засобів і виводяться на інформаційний засіб через блок обробки інформації, здійснюється під час ручного введення цих вихідних даних з візуальним контролем правильності математичної і статистичної обробки, що ще більш подовжує процес виміру кількості канцерогенних і /або токсичних речовин в пробі. Згадане ручне введення вихідних даних і їх контроль не дозволяють автоматизувати робочий процес системи і включити її в єдину комп'ютерну мережу разом з іншими вимірювальними системами. Крім того, ведення в згадану підсистему засобів вимірів екстрагуючого засобу, виконаного у вигляді приладу, подовжує процес витягання з частини проби S,О,N,С-нітрозосполук, нітриту, нітратів, радіоактивних забруднень, а також гістаміну і ін. шкідливих речовин. Ще одним істотним недоліком системи за аналогами [1, 2] та найближчим аналогом [3] є її незахищеність від несанкціонованого доступу. Тому задачею корисної моделі є досягнення технічного результату по створенню автоматизованої системи для визначення кількості канцерогенних і/або токсичних речовин в довкіллі за допомогою збору і обробки виміряних на приладах даних, що має підвищену швидкодію, а також підвищену захищеність від несанкціонованого втручання в процес виміру і обробки даних такою системою. Поставлена задача вирішується тим, що система для визначення кількості канцерогенних і/або токсичних речовин в довкіллі, що включає підсистему засобів для підготовки до дослідження, як мінімум, однієї частини проби, узятої з об'єкта довкілля, що містить 1 UA 73697 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 канцерогенні і/або токсичні речовини і їх попередники, і що включає екстрагуючий засіб для обробки згаданої проби з метою дослідження попередників канцерогенних і/або токсичних речовин, а також що включає підсистему засобів вимірів показників, по яких можливе визначення вмісту канцерогенних і/або токсичних речовин, як мінімум, в одній з підготовлених до дослідження частин проби, і що включає підсистему обробки і візуалізації цих вимірів для користувачів нею, має відмітні ознаки: згадана підсистема обробки і візуалізації забезпечена сполученим із згаданою підсистемою засобів вимірів програмним блоком автоматичного збору з неї даних, який лінією зв'язку через, як мінімум, один електронний захисний ключ доступу сполучений з послідовно сполученими між собою програмним блоком, що містить алгоритм аналізу, і програмним блоком, задаючим конфіденційний для згаданих користувачів алгоритм обробки зібраних даних із згаданої підсистеми вимірів. Таке введення програмного блока автоматичного збору даних направлене на істотне зменшення долі рутинної праці, і, зрештою, дозволить створити автоматизовану систему з покращеною швидкодією для визначення кількості канцерогенних і/або токсичних речовин в довкіллі. Наявність програмного блока, що містить алгоритм аналізу зібраних даних із згаданої підсистеми вимірів, як і наявність програмного блока, задаючого алгоритм обробки зібраних даних, дозволить швидко перенастроювати підсистему обробки і візуалізації для будь-яких об'єктів довкілля, що підвищує як оперативність, так і універсальність використання системи для визначення кількості канцерогенних і/або токсичних речовин в довкіллі. Конфіденційність для користувачів алгоритму обробки зібраних даних, як і наявність, як мінімум, одного електронного захисного ключа доступу в лінії зв'язку між згаданими програмними блоками, направлена на підвищення захищеності від несанкціонованого втручання в процес виміру і обробки даних системою за корисною моделлю. Варіантами виконання системи за корисною моделлю є наявність в ній наступних додаткових відмітних ознак: - згаданий екстрагуючий засіб включено в підсистему засобів для підготовки до досліджень, як мінімум, однієї частини проби, узятої із об’єкта довкілля; - згаданий екстрагуючий засіб виконано у вигляді набору хімічних реактивів; - застосований набір хімічних реактивів, трансформуючий S,О,N,C-нітрозосполуки, як мінімум, з однієї частини проби із збереженням в ній їх попередників. Суть корисної моделі пояснюється її функціональною схемою (фіг. 1) і варіантом її блоксхеми при вимірі видалених об'єктів дослідження (фіг. 2). Система для визначення кількості канцерогенних і/або токсичних речовин в довкіллі включає (фіг. 1) підсистеми (1), (2) і (3). У підсистему (1) входять засоби (4, 5) для підготовки до дослідження, як мінімум, однієї частини (6-8) проби (9), узятої з об'єкта довкілля, що містить канцерогенні і/або токсичні речовини і їх попередники. Як засіб (4) можуть застосовуватися аналітичні ваги, а як засіб (5) - гомогенізатор, призначений для роздрібнення проби (9), наприклад, на три частини (6-8). У підсистему (1) входить також екстрагуючий засіб (10) для обробки однієї з підготовлених частин, наприклад (8), згаданої проби (9), з метою дослідження попередників канцерогенних і/або токсичних речовин, шляхом здобуття спеціальної частини (11) такої проби. При цьому екстрагуючий засіб (10) виконано у вигляді набору хімічних реактивів, що облягають компоненти (12-15) канцерогенних і/або токсичних речовин у відстійник (16). Наприклад, це можуть бути компонент (12) диметилнітрозоаміну, компонент (13) з групи амідів, компонент (14) з групи і будь-який компонент (15) токсичних речовин (аніліну, сірководню, аміаку, азбесту, летких смол і ін.). Як екстрагуючий засіб (10) застосовуються для цієї мети різні хімічні реактиви. Наприклад, можливе вживання набору хімічних реактивів, що трансформує S,O,N,C-нітрозосполуки, як мінімум, з однієї частини проби (9), наприклад, частини (8) із здобуттям з неї спеціальної частини (11) із збереженням в ній попередників S,O,N,C-нітрозосполук. Наприклад, для проб з крові людини для цього застосовуються буфер-осаджувачі у вигляді консерванту типу МЕОН і на основі Meso4. Для проб сечі людини - у вигляді консерванта типу МЕОН (Me=k, Li і так далі) і на основі Meso4 (Me=na, Cu, Al, Mg і тому подібне). Аналогічний набір хімічних реактивів може застосовуватися для виміру канцерогенних і/або токсичних речовин і попередників таких речовин в пробах води, повітря, продуктів харчування. Підсистема (2) засобів (17-19) служить для виміру показників, по яких можливе визначення вмісту канцерогенних і токсичних речовин (12-15), як мінімум, в одній з підготовлених до дослідження частин (6-8, 11) проби (9). 2 UA 73697 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Як засоби (17-19) застосовуються спеціальні вимірювальні прилади. Наприклад, пристрій (17) для визначення радіаційної активності частини (6), виконаний, наприклад, у вигляді спектрометра; пристрій (18) для визначення кислотності частини (7) і пристрій (19) для визначення оптичної щільності спеціальної частини (11) проби (9), виконаний, наприклад, у вигляді електронного спектрофотометра. Підсистема (3) служить для обробки і візуалізації вимірів від підсистеми (2) і призначена для користувачів нею, наприклад, для фахівців в області токсикології і онкології або для фахівців області охорони довкілля і так далі. Підсистема (3) забезпечена сполученим із згаданою підсистемою (2) засобів вимірів програмним блоком (20) автоматичного збору з неї даних, який лінією зв'язку (21) через, як мінімум, один електронний захисний ключ доступу (22, 23) сполучений з послідовно сполученими між собою програмним блоком (24), що містить алгоритм аналізу, і програмним блоком (25), задаючим конфіденційний для згаданих користувачів алгоритм обробки зібраних даних із згаданої підсистеми (2) вимірів. Програмні блоки (24 і 25) сполучені з візуалізацією даних 26, наприклад монітором комп'ютера, системний блок якого включає також дані програмні блоки і програмний блок (20) автоматичного збору даних, який через, наприклад, електронний перетворювач-контролер сполучений з пристроями (17-19) підсистеми (2) вимірів. Дані засоби комп'ютера, як і електронні ключі (22 і 23) доступу, що вставляються в нього, можуть бути реалізовані широко відомими методами електронної збірки і програмування, і тому не описуються. Система за корисною моделлю працює таким чином. У підсистемі (1) пробу (9) зважують на аналітичних вагах (4), подають її на гомогенізатор (5) для подрібнення і подрібнену пробу ділять на частини (6-8). Частину (6) проби подають на спектрометр (17) для визначення в ній сумарної дози і випромінювань. Частину (7) проби направляють на пристрій (18) для визначення в ній сумарної дози рНсередовища. Частину (8) проби направляють в екстрагуючий засіб (10), в якому за допомогою хімічних реактивів облягають компоненти (12-15) канцерогенних і/або токсичних речовин у відстійник (16). І отримують спеціальну частину (11) проби (9) з яскраво вираженою наявністю попередників цих речовин. Після цього спеціальну частину (11) поміщають в засіб (19) визначення оптичної щільності проби (9) для визначення в ній концентрації згаданих попередників. Потім використовують підсистему (3) для обробки і візуалізації вимірів від підсистеми (2), наприклад комп'ютер, в гнізда системного блока якого заздалегідь вставлені електронні захисні ключі доступу (22, 23). Автоматично, через контролер (не показаний), зібрані дані з вимірювальних пристроїв (1719) про сумарну дозу і випромінювання проби, рН-середовища і концентрації попередників в пробі (9) вводять в підсистему (3) для обробки і візуалізації вимірів від підсистеми (2). Автоматичний збір таких даних здійснюється програмним блоком (20). Вони надходять через електронний ключ доступу (23) в програмний блок (24), де автоматично відбувається їх аналіз наявності і визначення кількості вмісту в пробі (9) канцерогенних і/або токсичних речовин і їх попередників. Після цього оброблені дані з програмного блока (24), через електронний ключ доступу (23), надходять в зручній цифровій формі для автоматичного електронного розрахунку в програмний блок (25). Там, по спеціальному закладеному алгоритму математичних розрахунків, який є конфіденційним для користувачів комп'ютером, наприклад, за допомогою прийомів булевої алгебри, результати досліджень обробляються, і, в зручному для візуального сприйняття користувачами вигляді інформації, надходять на монітор (26) комп'ютера підсистеми (3). Наприклад, досліджувалися зразки рідин організму людини, зокрема сечі. Для аналізу активності проби сечі достатні 100 мл і 0,5 мл сечі для визначення канцерогенів і їх попередників. Результати дослідження, виведені на монітор (26), наступні: кислотність проби рН - 7,1; -6 сумарна доза випромінювання А=+ Бк/кг - 20,0; вміст - С-NО2+амін, міліграм/кг·10 - 7,7; вміст · -8 - СНС, міліграм/кг 10 - 5,5. При цьому повний час здобуття таких даних по ланцюжку проходження елементів системи (1-26) склав 16 хвилин, що майже в два рази швидше, ніж при здобутті таких даних системою за найближчим аналогом [3]. В разі проведення дослідження різних речовин, що знаходяться на значному видаленні один від одного, обробка інформації про їх аналіз підсистемою (3) може здійснюватися за допомогою модему або мережевої системи видаленого доступу (не показані). 3 UA 73697 U 5 10 15 Наприклад, в пункті "А" (фіг. 2) виробляється аналіз крові людини, в "В" - м'ясних консервів, в "С" - беруться проби повітря. На кожному пункті знаходяться елементи підсистем (1 і 2) (не показано). Для запобігання несанкціонованому проникненню в підсистему (3), у тому числі користувачами системи, електронні ключі доступу (22 і 23) вилучаються після закінчення досліджень. Для підвищення захисту конфіденційної інформації в блоці (25) рекомендується частіше міняти паролі для електронного ключа доступу (23). Результати проведених досліджень за допомогою системи за корисною моделлю показали, що така система має широку сферу застосування, забезпечує можливість виміру канцерогенних і токсичних речовин у всіх об'єктах довкілля, включаючи і живі організми. Окрім цього, система забезпечує автоматичне здобуття високої точності виміру цих речовин в мінімальних об'ємах проб і забезпечує підвищений захист від несанкціонованих втручань до закладеного алгоритму розрахунків в своїй підсистемі обробки і візуалізації вимірів. Джерела інформації: 1. Патент ВУ N 1999, G01N 33/48, 1997. 2. Патент UA 85636, G01N 33/48, 33/02, 23/00, 2007. 3. Патент RU 2150692, G01N 23/00, 2000 /прототип/. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 1. Система для визначення кількості канцерогенних і/або токсичних речовин в довкіллі, що містить підсистему засобів для підготовки до дослідження, як мінімум, однієї частини проби, узятої з об'єкта довкілля, що містить канцерогенні і/або токсичні речовини і їх попередники, і що містить екстрагуючий засіб для обробки згаданої проби з метою дослідження попередників канцерогенних і/або токсичних речовин, а також що містить підсистему засобів вимірів показників, по яких можливе визначення вмісту канцерогенних і токсичних речовин, як мінімум, в одній з підготовлених до дослідження частин проби, і що містить підсистему обробки і візуалізації цих вимірів для користувачів нею, яка відрізняється тим, що згадана підсистема обробки і візуалізації забезпечена сполученим із згаданою підсистемою засобів вимірів програмним блоком автоматичного збору з неї даних, який лінією зв'язку через, як мінімум, один електронний захисний ключ доступу сполучений з послідовно сполученими між собою програмним блоком, що містить алгоритм аналізу, і програмним блоком, задаючим конфіденційний для згаданих користувачів алгоритм обробки зібраних даних із згаданої підсистеми вимірів. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що згаданий екстрагуючий засіб включено в підсистему засобів для підготовки до дослідження, як мінімум, однієї частини проби, узятої з об'єкта довкілля. 3. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що згаданий екстрагуючий засіб виконано у вигляді набору хімічних реактивів. 4. Система за п. 3, яка відрізняється тим, що застосований набір хімічних реактивів, трансформуючий S,O,N,C-нітрозосполуки, як мінімум, з однієї частини проби із збереженням в ній їх попередників. 4 UA 73697 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5