Диссертация (Разработка методики и технических средств анализа нанообъектов на примере патогенных микроорганизмов в питьевой воде), страница 6

Вольтамперометрические устройства мониторинганаправлены на анализ зависимости напряжения поляризации электромагнитногополя от силы тока в процессе электролиза растворов [15]. Сфера использования:идентификация в широком интервале концентраций неорганических и биологических веществ, например, фенол-содержащих стабилизаторов в полимерах (пределобнаружения 5∙10-7 масс%).Приборы на принципе инверсионной вольтамперометрии пользуются в последние годы особым спросом.

В них селективность и высокая чувствительностьсочетаются с простотой анализатора. Они не требуют дополнительных расходных30материалов, а также дают возможность одновременного экспрессного определения нескольких элементов (Zn, Сd, Рb, Сu) [65].Современное исполнение данного устройства представляется примером –изделие №19601-00 Госсреестра СИ, также полярограф АВС-1.1, разработанный ипроизводимый НТФ «Вольта», являющийся универсальным вычислительнымблоком, реализующий метод инверсионного вольт-амперометрического мониторинга неорганических примесей, в том числе тяжелых металлов в водных потоках, в продуктах пищевой промышленности, медицинских материалах и т.д..Хроматографические анализаторы. Третий ведущий способ контроля поколичеству существующих аттестованных методик мониторинга примесей вокружающей среде (30%), в том числе водном потоке, на настоящее время занимает ниша устройств, базирующихся на хроматографии.

В принципе работы заложено исследование сорбционных свойств составляющих анализируемого потока питьевой воды. Хроматография с точки зрения теории – это непрерывный метод сепарации растворов исследуемых примесей и применения дальнейшей уникальной или погрупповой идентификации [31].Хроматографическую справочную информацию возможно почерпнуть изспециализированном справочнике [45], а ниже рассмотрены ведущие приборныеряды хроматографов отечественного рынка экологических приборов.Среди отечественных хроматографических устройств следует выделить газовые хроматографы (линейка из нескольких десятков моделей), которые могутбыть адаптированы для контроля воды.

На Российском рынке фигурируют газовые хроматографы линейки «ЦВЕТ», изготавливаемые Дзержинским заводом.Наиболее бюджетными устройствами серии выделяются медицинские газовые хроматографы «Модель 3700», соизмеримые по выходным показателямпредыдущей линейке, содержится в реестре Госреестр СИ (№9347-92).Общие недостатки методов, основанных на измерении электрических параметров с точки зрения датчиков первичной информации следующие: низкаянадежность, сложность обслуживания и высокая частота повторной калибровки.Основным недостатком применения этих анализаторов в автоматических линиях31же является их низкая технологичность, а именно, сложная система обслуживанияданных анализаторов спектров.В настоящее время не существует готовых приборов, способных производить непрерывный контроль патогенных микроорганизмов, несмотря на ряд перечисленных выше существующих методов. Данные по производителям и существующим линейкам приборов достаточно хорошо представлены энциклопедией«Экометрия» [44].

В работе данные об аппаратуре для контроля параметров отсортированы по возрастанию номеров в реестре РФ на средства измерений (Госреестр СИ). Это в основном существующие приборы импортного производстваевропейских стран и сертифицированные по Российским ГОСТам. К достоинствам этих приборов относится полная адаптация документации к требованиямРоссийского рынка, к недостаткам весьма низкую надежность элементной базы.Начинающие развиваться резонансные методы слабо зависят от дополнительных эффектов движущейся жидкости и не требуют аппаратурного резервирования [116], однако анализаторы, основанные на этих методах, имеют высокуюстоимость, поэтому их часто используют для контроля только тех параметров, которые плохо контролируются по другим методикам, например для очень низкихконцентраций раствора.1.3.

Анализ физических явлений рассеяния излучения в воде,содержащей патогенные микроорганизмыРассеяние излучения в воде, содержащей патогенные организмы, относятся к явлениям рассеяния объектами, содержащими ДНК. Не смотря на то, что внастоящее время существуют исследования подобных объектов [24, 104, 105,108], как явления вынужденной люминесценции, так и нелинейные явления данных объектов изучены плохо, особенно в ближней ИК-области. Для пониманияособенностей процесса диагностики необходимо подробно рассмотреть некоторые особенности данных процессов.

Наиболее достоверные результаты полученыв работах [104, 108]. Установка для исследования люминесценции объектов, содержащих ДНК, состоит из набора источников когерентного излучения с регулируемой мощностью, камеры в которой помещался образец, спектрального анали-32затора, блока чтения и записи оптической информации, устройства регулировкиотносительного расположения источника и приемника для снятия диаграммы рассеяния, микропроцессора, блока управления и обработки информации, представлена на Рис. 1.1.Рис. 1.1. Установка для исследования люминесценции ДНК-объектов (1 – блокизлучателей; 2 – оптическое волокно; 3 – разветвитель; 4 – камера; 5 – спектроанализатор; 6 – блок чтения и записи оптической информации; 7 – устройство регулировки; 8 – процессор; 9 – блок управления и обработки информацииВ настоящих работах изложено исследование, направленное на возможность применения метода модуляционной спектроскопии для контроля состававирусов в водных растворах (вода, спирт , физический раствор).Метод модуляционной оптической спектроскопии широко применяется внастоящее время для контроля квантово-размерных полупроводниковых структур.

Сущность модуляционной спектроскопии состоит в том, что анализируетсяне спектральный состав, а его модуляционная составляющая или производная поданному параметру. Одна из разновидностей этого метода состоит в воздействиимодулирующего фактора на вещество и исследование спектров преобразованияизлучения в этом веществе.В начале каждой серии экспериментов производится запись спектра излучения лазера, и спектра излучения, прошедшего через чистую кювету. Результаты33фиксируются в памяти компьютера и распечатываются.

Последующая обработкаспектров проводится с помощью специализированного программного пакета статистической обработки экспериментальных данных. Для контроля возникновенияэффекта и выбора оптимальных концентраций оспы и параметров матричногораствора, были исследованы спектры пропускания вируса в растворах спирта, воды и сыворотки крови на трех длинах волн.Рис. 1.2. Спектры излучения вируса оспы кролика в сыворотке крови (СК) приразличной концентрации возбудителя, длина волны возбуждения λ ex = 670 нм (1 –спектр для кюветы; 2 – спектр для СК в отсутствии возбудителя; 3, 4, 5 – СК с вирусом, активность вируса 107, 104, 101 КOE/мл)34Спектральные распределения излучения вируса гепатита С представленына Рис.

1.2–1.4 [104, 108]. Спектры нормированы на интенсивность возбуждающей линии, I/IЛ обозначает отношение интенсивностей прошедшего через кюветус вирусом излучения к интенсивности излучения, прошедшего чистую кювету.Рис. 1.3. Спектры для вируса оспы кролика в различных растворителях, длинаволны возбуждения 670 нм (1 – спектр лазерного излучения; 2 – спектр для кюветы; 3 – спектр для этилового спирта; 4 – спектр для вируса в спирте; 5 – спектрдля белково-цитратного раствора; 6 – спектр для вируса в белково-цитратном растворе; 7 – спектр для СК; 8 – спектр для вируса в СК; 9 – спектр для воды;10 – спектр для вируса в воде)Для ввода/вывода излучения в среду использовались оптические волноводы, что приводило к появлению дополнительных паразитных «волноводных» мод[104].

Спектральное разрешение равнялось 0,5 нм. В начале каждой серии экспе-35риментов, помимо спектров несущих информацию, производилась запись спектраизлучения лазера и спектра излучения, прошедшего через чистую кювету.Рис. 1.4. Нормированные на максимум спектры для вируса оспы кролика, длинаволны возбуждения 670 нм (1 – спектр лазерного излучения; 2 – спектр для кюветы; 3 – спектр для этилового спирта; 4 – спектр для вируса в спирте;5 – спектр для белково-цитратного раствора; 6 – спектр для вируса в белковоцитратном растворе; 7 – спектр для СК; 8 – спектр для вируса в СК;9 – спектр для воды; 10 – спектр для вируса в воде)Рис.

1.4 представляет собой нормированные по интенсивности на главныймаксимум возбуждающего излучения спектры рассеянного излучения. Как видноиз рисунков Рис.1.2-1.4, генерация дополнительной линии наблюдалась на всехдлинах волн. Для длины лазерного излучения 670 нм (рис. 3) наблюдается полное36поглощения второй моды излучения лазера и усиление третьей, что свидетельствует о том, что именно вирус является источником этого явления.

При этомстепень поглощения слабо зависит от типа растворителя, если растворителем является КРС или спирт.Рис. 1.4 показывает, что во всех спектрах сред без вируса имеется линиявозбуждающего излучения с длиной 1017 нм, за исключением воды. В спектрахсред с вирусами эта линия исчезает, и появляется линия на длине волны 1023 нм.Анализ спектров показал, что в среде, содержащей вирус, возникает генерацияизлучения, которая производит преобразование линии с длиной волны 1017 нм влинию с длиной волны 1023 нм, соответственно, для каждого источника излучения. Причиной этого преобразования является сам вирус. При этом величина волнового сдвига не зависит от типа растворителя (рис. 1.4).