Диссертация (1025921), страница 16
Текст из файла (страница 16)
4.17-4.18, с использованием анализатора спектра«Yokogawa» на Рис. 4.19-4.20.При понижении концентрации плотность мощности люминесценции раствора снижается на порядок, однако все равно превышает уровень возможногошума разработанного нами метода. Это позволяет использовать интенсивность вкачестве информативного параметра для распознавания кишечной палочки, но затрудняет определение ее концентрации. Сохраняется расстояние между максимумами лоренцевой функции спектрального распределения, которое присуще лазерному источнику и максимума линии ВРМБ, рассеянного E-coli.
Дисперсия даннойвариации дистанции не превышает значения 1,5%.Рис. 4.17. Спектр лазерного излучения, рассеянного пробой с растворомкишечной палочки с концентрацией вируса 103: Mkr1 – пик, соответствующийлазерной моде; Mkr2 – люминесценция кишечной палочки112Рис. 4.18. Спектр лазерного излучения, рассеянного пробой с раствором кишечной палочки с концентрацией вируса 106: слева – максимумы, соответствующиеисточнику излучения; справа – максимумы, соответствующие люминесценциикишечной палочкиРис. 4.19.
Спектр лазерного излучения, рассеянного пробой с растворомкишечной палочки с концентрацией вируса 109: совокупность спектральныхмаксимумов слева соответствуют источнику излучения, справа –люминесценция кишечной палочки113Рис. 4.20. Спектр лазерного излучения, рассеянного пробой с растворомкишечной палочки с концентрацией вируса 107: совокупность спектральныхмаксимумов слева соответствуют источнику излучения, справа –люминесценция кишечной палочкиПри наличии E.coli спектр рассеянного излучения, имеющий не более одного максимума и находящийся в согласии с распределением Лоренца, регистрируется с временной задержкой, в результате чего может быть легко зафиксировандаже визуально и при низких концентрациях вируса.
На Рис. 4.21 показана логарифмическая зависимость мощности излучения от концентрации вируса, котораянаходится в согласии с законом Бугера. Распределение стандартного образца, характерное для конкретного штамма кишечной палочки следует строить в диапазоне, включающем распределение лазера. Дополнительными информативнымипараметрами являются полуширина линии Лоренца, расстояние между максимумами, и частота, соответствующая этим максимумам.114Рис. 4.21. Зависимость логарифма интенсивности вектора ВРМБ от логарифмаконцентрации E-coli при усреднении 8Таким образом, в случае создания стандартного образца по полученнымспектральным распределениям ВРМБ надо рассматривать как область излучениялазера, так и область излучения объекта, поскольку сохраняется диапазон по частоте между центральной частотой лазерной моды и моды характерной для объекта.
Информативными параметрами, которые используются в дополнение к эталону, являются частота центрального пика стоксовой или антистоксовой составляющей и величина частотного диапазона между пиками лазерных мод и мод соответствующих E-coli.Экспериментальные исследования сальмонеллы проводились по тому жеалгоритму. В держатель для кювет помещались кюветы с различными концентрациями (10, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 КОЕ/мл) исследуемых растворовсальмонеллы.Измерения производились для различных штаммов, однако ни в однойпробе не был выделен чистый штамм, для того чтобы определить возможную погрешность, присущую реальной среде.
Также проводились эксперименты смесейвируса сальмонеллы с добавлением латекса. Испытания проводились для четырехсмесей, условно: C1, C2, C3 и раствор сальмонеллы с латексом.115На Рис. 4.22-4.25 представлены спектральные распределения растворасальмонеллы в воде при различных концентрациях: 1 – 10 КОЕ/мл, 2 – 103КОЕ/мл, – для одного типа возбудителя.Рис. 4.22. Спектр лазерного излучения, рассеянного пробой с растворомC1 сальмонеллы: 1 – 10 КОЕ/мл, 2 – 103 КОЕ/млРис.
4.23. Спектр лазерного излучения, рассеянного пробой с растворомC2 сальмонеллы: 1 – 10 КОЕ/мл, 2 – 103 КОЕ/мл116Рис. 4.24. Спектр лазерного излучения, рассеянного пробой с раствором C3сальмонеллы: 1 – 10 КОЕ/мл, 2 – 103 КОЕ/млРис. 4.25. Спектр лазерного излучения, рассеянного пробой с растворомсальмонеллы с латексом: 1 – 10 КОЕ/мл, 2 – 103 КОЕ/мл117Оценка средней ширины лоренцевой линии пика составляет в среднем 1,5нм, что предполагает возможность автоматически распознавать этот патогенныйорганизм. Вид пика мало зависит от изменения распределения лазера и явление,скорее всего, представляет собой ВРМБ.
При этом необходимо заметить, что излучение регистрируется в антистоксовой области, что говорит о появлении эффектов, описанных в теоретическом анализе, и в общем случае присущим в основном объектам, содержащим ДНК [86].На Рис. 4.22-4.25 видно, что частотное распределение не зависит от типасальмонеллы. Как показывает экспериментальное исследование, зависимость оттипа влияет на общую интенсивность регистрируемого излучения. Как видно изпримеров, спектральное распределение сальмонеллы различных типов и различной концентрации сконцентрировано в диапазоне от 1016,5 до 1018,5 нм. Распределение имеет один максимум близкий к распределению Лоренца. С увеличениемконцентрации величина интенсивности ВРМБ растет, в то время как величина интенсивности возбуждающего лазерного излучения падает (см.
Рис. 4.25). Прибольших концентрациях величина интенсивности ВРМБ сальмонеллы начинаетуменьшаться. Расстояние между пиками лоренцевой линии рассеяния сальмонеллы и лазера не сохраняется. При этом, как показали наши исследования, данныйхарактер излучения не зависит от растворителя [95], излучение является поляризованным и когерентным.
Все выше сказанное говорит о том, что это явлениесуперлюминисценции.На Рис. 4.26 показана зависимость логарифма интенсивности суперлюминесценции от концентрации вируса сальмонеллы в растворе.Исследования комплексного содержания патогенных организмов приведены нами в работах [87, 117], где показано, что даже при перекрытии областей пиков люминесценции и ВРМБ, информативные параметры, такие как величинамаксимумов лоренцевых линий, количество пиков, хорошо выделяются методами,используемыми в спектроскопии Рамановского рассеяния [11].118Рис. 4.26. Зависимость логарифма интенсивности суперлюминисценции отконцентрации вируса сальмонеллы4.4. Выбор информативных параметров для автоматизации методаПроведенная серия экспериментов и анализ полученных результатов показывают, что разработанный метод ВРМБ имеет возможность для автоматизации.Для реализации автоматического контроля необходимо выбрать информативныепараметры.
Используемых выше параметров для разработки эталонных спектральных распределений, а именно, параметров функций Лоренца, аппроксимирующих пики резонансного излучения объекта, количество данных пиков и среднеквадратичное отклонение параметров распределений Лоренца регистрируемыхспектров от параметров эталонного спектрального распределения, недостаточнодля проведения мониторинга без участия квалифицированного специалиста видентификации состава исследуемого коллоидного раствора.Анализ показал, что для детектирования патогенных микроорганизмоввозможно использовать относительные координаты главного максимума линииВРМБ патогена.
На Рис. 4.27 показано спектральное распределение излучения,рассеянного раствором кишечной палочки, при использовании лазера с рабочейдлиной волны λ=810 нм.119Рис. 4.27. Спектральное распределение лазерного импульса, рассеянногопробой раствора кишечной палочки с концентрацией вируса 106: Mkr1, Mkr2 –максимумы, соответствующие источнику излучения; Mkr3, Mkr4 – максимумы,соответствующие люминесценции кишечной палочкиНа данном спектре наблюдается расслоение моды лазерного источника,вызванное нагревом излучателя и определяемое его полупроводниковой структурой.
Как видно, несмотря на разделение лазерной моды на две составляющие –Mkr 1 и Mkr 2, резонансное излучение происходит на частотах (Mkr 3 и Mkr 4)равноотстоящих от соответствующих им частот накачки. Дисперсия по данномупараметру не превышает ±0,65 нм, что позволяет использовать разность частот вкачестве информативного параметра для автоматизации [97].В результате предположительная схема алгоритма автоматической регистрации и детектирования наличия в питьевой воде объектов патогенной микробиологии выглядит, как показано на Рис. 4.28.120Рис. 4.28.
Схема алгоритма автоматического определения наличия патогенныхмикроорганизмов в питьевой воде (Max – интенсивность главной моды резонансного излучения; L – расстояние между главными модами возбуждающегоизлучения и резонансной люминесценции; ЕСКО – СКО эталона; EDC, EDM,EDL - допуски на параметры СКО, Max, L, соответственно)121Для предотвращения ошибки второго рода при непрерывном контроле решение о наличии в растворе объекта контроля будет приниматься в случае, еслисообщение о совпадении регистрируемых спектров с одним из эталонных распределений выдается программой n раз, где n – число, подобранное в процессе исследования экспериментально.Автоматизация процесса обработки получаемых результатов существующими стандартными программными средствами невозможна в силу отсутствиянеобходимого механизма распознавания спектральных линий.
Теория распознавания образов требует набора информативных параметров [90], которые можнополучить в результате анализа достоверной выборки спектральных распределенийисследуемого патогенного микроорганизма. Как было установлено ранее, в спектральных распределениях необходимо рассматривать следующие параметры:максимумы интенсивностей пиков, соответствующие им длины волн, разницудлин волн между модами, количество и форму пиков и производные от этих параметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
