Устройство для измерения количества токсических веществ в окружающей среде

 

Устройство для измерения количества токсических веществ в окружающей среде содержит средство пробоподготовки, средство определения радиоактивности пробы, экстрактор, средство определения оптической плотности пробы и блок обработки информации, к входам которого подключены выходы средства пробоподготовки, средства определения радиоактивности и средства определения оптической плотности пробы, вход которого связан с выходом экстрактора. Кроме этого, устройство снабжено средством определения кислотности пробы, средство определения радиоактивности выполнено в виде γ-спектрометра для определения суммарной дозы γ и β излучений, а экстрактор выполнен с возможностью экстрагирования из пробы аминов, амидов, нитритов, нитратов и получения пробы, содержащей только предшественники нитрозосоединений, при этом входы γ-спектрометра и средства определения кислотности подключены к средству пробоподготовки, а выходы связаны с блоком обработки информации, выполненным с информационным средством. Устройство обладает широкой областью применения, обеспечивает возможность измерения содержания S, O, N, C-нитрозосоединений во всех объектах окружающей среды, включая и живые организмы. Кроме этого, устройство обеспечивает получение высокой точности измерения нитрозосоединений в минимальных объемах проб. Никакими другими средствами невозможно по столь малой величине пробы определить концентрацию нитрозосоединений. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для определения и измерения количества токсических веществ, включая: нитриты, нитраты, S, O, N, C-нитрозосоединения (НС) и радиоактивные загрязнения, а также гистамина, во всех объектах окружающей среды: воде, воздухе, продуктах питания, продовольственном сырье, медикаментах, жидкостях и тканях человека и т.д. В практическом плане применение устройства позволяет впервые в мире реализовать задачу ранней диагностики злокачественных новообразований в любом органе человеческого организма.

Известно устройство для определения азотсодержащих соединений, включающее средство для приготовления пробы, обеспечивающее выделение азотсодержащих соединений, содержащихся в ней, выделение на хроматографической колонке летучих нитрозоаминов, содержащихся в ней, средство для пиролиза нитрозосоединений (НС) и блок обработки информации, выполненный с возможностью определения их концентрации по содержанию окиси азота в продуктах пиролиза (патент США N 3996002, МКИ G 01 N 21/52, 1987).

Известный способ позволяет с достаточной точностью определить концентрацию НС в пробе. Недостатком указанного способа является высокая трудоемкость выделения НС и длительность процесса, доходящая до 48 часов, обусловленная наличием многоступенчатого режима исследования, включающего химическую экстракцию из пробы большей массы, хроматографическое разделение веществ, очистку и дальнейший анализ. При этом для осуществления этого процесса используется дорогостоящее оборудование, в частности термоэлектронный анализатор "ТЭА-502". Известное средство позволяет определять только N-нитрозосоединения.

Ближайшим аналогом является устройство для измерения количества токсических веществ в окружающей среде, содержащее средство пробоподготовки, средство определения радиоактивности пробы, экстрактор, средство определения оптической плотности пробы и блок обработки информации, к входам которого подключены выходы средства пробоподготовки, средства определения радиоактивности и средства определения оптической плотности пробы, вход которого связан с выходом экстрактора (патент ВУ N 1999, МКИ G 01 N 33/48, 1997).

Известное устройство позволяет с достаточной точностью определить концентрацию диметилнитрозоамина (ДМНА) в пробе. Однако недостатком данного устройства является то, что при измерении только γ-активности и использовании при этом существующих Методических рекомендаций по определению нитратов и нитритов, утвержденных МЗ БССР "Организация и методика санитарного контроля за содержанием нитритов в пищевых продуктах в условиях РБ", Минск, 1986 г., происходит возникновение систематической ошибки, обусловленной конструктивным выполнением устройства. Кроме этого, известное устройство обладает ограниченными возможностями, так как оно не может быть использовано для анализа многих сред, как то биологической и иной жидкости человеческого организма, воздушно-аэрозольных смесей, а также других видов нитрозосоединений.

В основу изобретения положена задача: разработка неэнергоемкого и недорогого устройства, обладающего широкими техническими возможностями, заключающимися в обеспечении измерения содержания S, O, N, C-нитрозосоединений, а также гистамина во всех объектах окружающей среды, включая и живые организмы. Устройство позволяет повысить точность измерения на 15-20% и расширить область применения на все виды S, O, N, C-нитрозосоединений, нитратов, нитритов, радиоактивного загрязнения, а также гистамина.

Технический результат при решении задачи заключается в использовании γ-спектрометра для определения суммарной дозы β и γ-излучения, обеспечении коррекции оптической плотности конечных растворов проб за счет применения новой технологии пробоподготовки (заявка на изобретение РФ N 99118400), и соответственно использование проб малых объемов, что допускает его практическое применение в области онкологии, санитарной гигиены, фармакологии. Другой особенностью технического результата является возможность измерения в одном рабочем цикле численных значений загрязнения окружающей среды нитритами, нитратами, S, O, N, C-нитрозосоединениями, а также измерять уровень радиоактивного загрязнения, кроме этого, устройство позволяет определять содержание гистамина.

Для достижения указанного выше технического результата известное устройство для измерения количества токсических веществ в окружающей среде, содержащее средство пробоподготовки, средство определения радиоактивности пробы, экстрактор, средство определения оптической плотности пробы и блок обработки информации, к входам которого подключены выходы средства пробоподготовки, средства определения радиоактивности и средства определения оптической плотности пробы, вход которого связан с выходом экстрактора, снабжено средством определения кислотности пробы, средство определения радиоактивности выполнено в виде γ-спектрометра для определения суммарной дозы γ и β излучений, а экстрактор выполнен с возможностью экстрагирования из пробы аминов, амидов, нитритов, нитратов и других нитрозирующих агентов и получения пробы, содержащей только предшественники нитрозосоединений, при этом входы γ-спектрометра и средства определения кислотности подключены к средству пробоподготовки, а выходы - связаны с блоком обработки информации, выполненным с информационным средством.

Кроме этого, при исследовании проб, образующих коллоидные смеси, после введения буфер-осадителя целесообразно, чтобы средство пробоподготовки было снабжено средством центрифугирования и средством фильтрации.

Анализ нескольких тысяч экспериментальных данных по содержанию токсических веществ, включая предшественники и сами нитрозосоединения, выявил наличие закономерной и устойчивой связи между их концентрациями независимо от материала пробы, при этом степень корреляции зависит от дозы излучения полученной пробы, а также pH и соотношения предшественников НС.

В проведенных по данному способу исследованиях различных проб их объем мог варьироваться в зависимости от конкретного вида и материала пробы. В частности, анализ воздуха, выделений человеческого организма (кровь, слюна и т.д.) показали, что минимальный объем пробы, требуемый для проведения анализа, не превышает одного грамма.

Поставленная задача решается использованием параллельного измерения химических характеристик приготовленной пробы, а также по ранее снятым устойчивым и закономерным зависимостям C_НС/pH, C_НС/A, C_НС/X: где C_НС - концентрация нитрозосоединений; pH - кислотность измеряемой пробы; A - доза облучения, полученная пробой; X - концентрация предшественников нитрозосоединений.

Производят расчет концентраций токсических компонентов, как то нитрозосоединений, а также гистамина. В случае анализа воздушно-аэрозольных смесей дополнительно учитываются такие факторы, как влажность, скорость ветра, атмосферное давление и продолжительность солнечного сияния в течение процесса отбора пробы.

Изобретение поясняется описанием конкретной, но не ограничивающей настоящее изобретение, блок-схемы выполнения устройства измерения токсических веществ в окружающей среде.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения количества токсических веществ в окружающей среде.

На фиг. 2 изображен вариант выполнения блок-схемы устройства для измерения количества токсических веществ в окружающей среде.

На фиг. 3 - вариант выполнения блок-схемы устройства.

Устройство для измерения количества токсических веществ в окружающей среде содержит средство 1 пробоподготовки (фиг. 1), средство определения радиоактивности пробы, выполненное в виде γ-спектрометра 2 для определения суммарной дозы γ и β излучений пробы, экстрактор 3, средство 4 определения оптической плотности пробы и средство 5 определения ее кислотности. В одном из вариантов выполнения средство пробоподготовки содержит аналитические весы 6, гомогенизатор 7, предназначенный для размельчения пробы.

Входы γ-спектрометра 2, экстрактора 3 и средства 5 определения кислотности подключены к средству 1 пробоподготовки.

Экстрактор 3 выполнен с возможностью экстрагирования из пробы аминов, амидов, нитритов, нитратов и других нитрозирующих агентов и получения пробы, содержащей только предшественники нитрозосоединений.

Устройство содержит блок 8 обработки информации, к входам которого подключены выходы средства 1 пробоподготовки, средства 5 определения кислотности, γ-спектрометра 2 и средства 4 определения оптической плотности пробы, вход которого связан с выходом экстрактора 3.

Блок 8 обработки информации выполнен с информационным средством 9. В качестве блока 8 обработки информации может служить электронная вычислительная машина, обеспечивающая в соответствии с присущими ей функциями обработку информации, используя при этом известные блоки: памяти, сравнения, преобразования и обработки сигналов, поступающих из средства 5 определения кислотности, γ-спектрометра 2 и средства 4 определения оптической плотности пробы и сравнения или сопоставления их с данными, введенными в ЭВМ и хранящимися в ней. Результаты обработки поступают на информационное средство, выполненное в виде монитора, в удобном для изучения виде.

В случае исследования проб, образующих коллоидные смеси, после введения буфер-осадителя целесообразно, чтобы средство 1 пробоподготовки было снабжено средством 10 центрифугирования и средством 11 фильтрации (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

В средстве 1 пробоподготовки пробу взвешивают на весах 6 аналитических, подают на гомогенизатор 7 для измельчения, измельченную пробу делят на части. Одну часть пробы подают на γ-спектрометр 2 для определения суммарной дозы γ и β излучений пробы, а вторую часть пробы направляют в экстрактор 3 предшественников нитрозосоединений, после чего ее помещают в средство 4 определения оптической плотности пробы для определения концентрации предшественников.

Данные о суммарной дозе γ и β излучений пробы, pH-среды и концентрации предшественников в пробе вводят в блок 8 обработки информации, в котором в соответствии с заложенным алгоритмом производят расчет по вышеописанным зависимостям.

Для понижения стоимости устройства целесообразно использовать сетевое подключение пользователей к блоку 8 обработки информации.

В одном из вариантов выполнения устройства для определения количества токсических веществ в окружающей среде в качестве средства 4 определения оптической плотности пробы применен спектрофотометр марки АИФ М 340, а в качестве спектрометра 2 и блока 8 обработки информации применены γ- спектрометр АМО-3 и ПЭВМ IBM-486, соединенные между собой в соответствии с блок-схемой, изображенной на фиг. 1. На данном устройстве исследовались образцы жидкостей организма человека, в частности моча. Для анализа мочи достаточно 40 мл.

После проведения химической экстракции и измерения pH полученной пробы последнюю разделили на две части соответственно для анализа оптической плотности и суммарной дозы излучения в приборах: спектрофотометр АИФ М340 и гамма-спектрометр ГС (АМО-3). Необходимо отметить, что в спектрофотометр проба поступает в планшете, разделенная на 3 части по 0,5 мл для проведения параллельных измерений.

Результаты исследования следующие: Кислотность пробы pH - 7,1 Суммарная доза излучения A = β+γ, Бк/кг - 20,0 Содержание - C-NO₂+амин, мг/кг·10^-6 - 7,7 Содержание - C_НС, мг/кг·10^-8 - 5,5 Полное время анализа составило, мин - 31,0
В случае проведения исследования разных веществ обработка информации об их анализе осуществлялась с помощью одного общего блока 8, подключенного к соответствующим средствам 5 определения кислотности, γ-спектрометрам 2 и средствам 4 определения оптической плотности проб, находящегося на значительном удалении, при этом передача информации производилась при помощи модема или сетевой системы (фиг. 3).

В пункте "A" (фиг. 3) производился анализ крови человека, в "B" - мясных консервов, в "C" - брались пробы воздуха. На каждом пункте находились средство 1 пробоподготовки, средство определения радиоактивности пробы, выполненное в виде γ-спектрометра 2 для определения суммарной дозы γ и β излучений пробы, экстрактор 3, средство 4 определения оптической плотности пробы и средство 5 определения ее кислотности. Данные измерений через модем поступали на блок 8 обработки информации. Полное время проведения всех 3-х анализов составило 32 минуты.

Данные и результаты анализа приведены в таблице.

Результаты проведенных исследований показали, что устройство измерения количества токсических веществ в окружающей среде обладает широкой областью применения, обеспечивает возможность измерения содержания S, O, N, C-нитрозосоединений, нитритов, нитратов, радиоактивные загрязнения, а также гистаминов во всех объектах окружающей среды, включая и живые организмы. Кроме этого, устройство обеспечивает получение высокой точности измерения нитрозосоединений в минимальных объемах проб. Никакими другими средствами невозможно по столь малой величине пробы определить концентрацию нитрозосоединений.

Изобретение соответствует условию "промышленная применимость", поскольку осуществимо при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения количества токсических веществ в окружающей среде, содержащее средство пробоподготовки, средство определения радиоактивности пробы, экстрактор, средство определения оптической плотности пробы и блок обработки информации, к входам которого подключены выходы средства определения радиоактивности и средства определения оптической плотности пробы, вход которого связан с выходом экстрактора, связанного также как и средство определения радиоактивности пробы со средством пробоподготовки, отличающееся тем, что оно снабжено средством определения кислотности пробы, связанным со средством пробоподготовки, средство определения радиоактивности выполнено в виде γ-спектрометра для определения суммарной дозы γ и β излучений, а экстрактор выполнен с возможностью экстрагирования из пробы аминов, амидов, нитритов, нитратов и получения пробы, содержащей только предшественники нитрозосоединений, при этом входы γ-спектрометра и средства определения кислотности подключены к средству пробоподготовки, а выходы связаны с блоком обработки информации, выполненным с информационным средством.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство пробоподготовки снабжено средством центрифугирования и средством фильтрации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4