Диссертация (1150291), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В основе работы сенсоров заложены принципы химических реакций,еслианалитическийопределяемогосигналкомпонентасвозникаетвследствиечувствительнымслоем,взаимодействияилифизическиепринципы, если измеряется какой-либо физический параметр (поглощение илиотражение света, масса, проводимость).13В [14] приведена общая классификация химических сенсоров (рис. 2).Рис. 2. Классификация химических сенсоров [14].14В конце XX в. сформировался подход, заключающийся в использовании неотдельных высокоселективных сенсоров, а в применении набора (массива)сенсоров,представляющегособоймультисенсорнуюсистемутипа«электронный язык» (ЭЯ). Он может включать любые химические сенсорынезависимо от того, на каком физическом принципе они работают.Для успешного применения мультисенсорной системы необходимо, чтобыв состав массива входили сенсоры с перекрестной чувствительностью кразличным компонентам анализируемой среды [15].Разные сенсоры массива должны и по-разному откликаться на наличие иконцентрацию присутствующих в образце веществ.
Их отклик долженотличаться высокой стабильностью и воспроизводимостью в реальныхмногокомпонентных средах.По способу передачи сигнала различают 2 типа сенсоров: с жидким итвердым контактом (рис.3).Рис. 3. Сенсоры с жидким (слева) и твердым (справа) контактом [14].Ключевые элементы сенсоров – чувствительные мембраны, среди которыхможно выделить три основных вида [14]:* твердые мембраны, изготовленные из моно- или поликристаллическоговещества (порошка), малорастворимого в воде и обладающего частичнойионной проводимостью;15* стеклянные мембраны, в которых формирование отклика протекает втонком гелеобразном слое, образованном на внешней поверхности стекла, послевыдерживания (кондиционирования) в соответствующем водном растворе.* полимерные пластифицированные мембраны. Их получают введениемионофоров, нейтральных переносчиков и липофильных добавок в полимерную(например, поливинилхлоридную) матрицу, эластичность и проводимостькоторой придает наличие пластификаторов.
Полимерные мембраны имеют всоставе катион- или анион-чувствительные лиганды, а также вещества,чувствительные к органическим веществам.При попадании в матрицу такой мембраны дополнительного количества,например, катионов из раствора, межфазный потенциал меняется, чторегистрируется вольтметром в качестве аналитического сигнала.Измерения с массивом мультисенсорной системы, состоящим из такихсенсоров, аналогичны подобным системам с отдельными электродами:измеряется э.д.с. электрохимической ячейки, состоящей из массива сенсоров иэлектрода сравнения. Для измерений используют многоканальные вольтметры свысоким входным импедансом.
Управление измерениями и запись данныхосуществляется с помощью компьютера (рис. 4) [14].Рис. 4. Схема работы потенциометрической мультисенсорной системы [14].16Результатом анализа образца мультисенсорной системы является набороткликов сенсоров, характеризующих качественный и количественный составобразца. Полученная совокупность данных подвергается современным методамматематической обработки многомерных данных для извлечения полезнойаналитической информации [16].При анализе многомерных данных применяют различные подходы взависимости от поставленной экспериментальной задачи:- количественный анализ.
Прогнозирование концентраций веществ иразличныхсвойствИспользуемыеобразцаметоды:(физико-химических,проекцияналатентныеорганолептических).структуры(ПЛС),искусственные нейронные сети (ИНС) и др.;-качественныйанализ.Распознавание,классификация,отнесениенеизвестного образца к конкретному классу. Применяют: метод главныхкомпонент (МГК), формальное независимое моделирование аналогий классов идр. [16].Можно отметить основные тенденции в развитии обсуждаемого подхода[17]:- усовершенствование материалов для чувствительных мембран;- поиск и применение новых алгоритмов для обработки многомерныхданных;- использование мультисенсорных систем для решения актуальныхприкладных задач.Чаще всего потенциометрические мультисенсорные системы применялисьдляанализапищевыхпродуктов.Так,например,решалисьзадачиклассификации таких напитков как чай, кофе, лимонад, соки [18].Немало исследований, посвящено вину, в котором проводились оценкивкуса по показаниям дегустаторов [19-20], устанавливалось содержаниеразличных компонентов, изменяющих свой состав при хранении [21-22] ивлияющих на качество напитка [23]; объектом анализа мультисенсорнойсистемы становилось пиво [24-25], в котором определялось сочетание17различных вкусовых оттенков [24].
Референтные данные, получаемые от группыдегустаторов, являются «отправными точками», по которым калибруетсясистема. При этом следует отметить субъективность такого подхода, чего лишенинструментальный подход. Выявлена корреляция с человеческим восприятием ипоказана перспективность подобного способа оценки вкусовых качеств [19-20,24].В[26]предложеноиспользоватьмультисенсорнуюсистемудляраспознавания образцов молока здоровых и больных животных.
В [27-28]обсуждаются возможности применения мультисенсорной системы с цельюмониторинга биотехнологических процессов.Важной проблемой промышленного контроля является одновременноеопределение редкоземельных элементов в облученном ядерном топливе, длячего были разработаны новые сенсоры и системы, способные определятьодновременно содержание нескольких лантаноидов (от лантана до лютеция)[29-31].Мультисенсорные системы весьма перспективны при решении задачэкологического контроля. Так, в [32] проводилось исследование грунтовых водна наличие таких тяжелых металлов как медь, цинк, марганец, железо.Проведена оценка токсичности водной среды, где референтные данные длякалибровки сенсорной системы получены биологическими методами.
Доказано,что мультисенсорная система способна адекватно оценить токсичность воды,что в перспективе может с успехом заменить подходы с использованием биоты[33].Перед производителями фармацевтической продукции уже давно стоитпроблема распознавания уровня горькости лекарственных препаратов: от этогозависит способ и степень маскирования действующего вещества в готовойтаблетке. Ранее для оценки этого параметра использовали лабораторныхживотных. Установлено, что результаты, полученные с использованиеммультисенсорной системы, и референтные данные хорошо коррелируют междусобой [34, 35].18Применение мультисенсорной системы при анализе объектов со сложнойматрицей подразумевает использование различных методов обработки данных[36-39].Таким образом, мультисенсорные системы могут обеспечить решениеширокого круга аналитических задач [40].1.2. Сложные объекты природного происхожденияВ последние десятилетия все большее внимание уделяется анализусложных объектов природного происхождения; среди них образцы чая,препараты китайской народной медицины, биологические жидкости: моча,плазма и сыворотка крови (Приложение 1).1.2.1.
Моча как объект исследованияМоча является биологической жидкостью человека. Ее образование ивыделение—одинизважнейшихфакторовподдержанияпостоянства внутренней среды организма. Схема процесса образования мочи ворганизме представлена в Приложении 2 [41].1.2.1.1. Виды клинических исследований мочиАнализ мочи, включающий органолептическое, микроскопическое, физикохимическое или биохимическое исследование [42] , – вид лабораторногоисследования, проводимый с целью диагностики различных заболеваний ипозволяющий оценить общее состояние организма и своевременно назначитьлекарственную терапию.При этом органолептические показатели являются основными в общеманализе мочи.
При подозрении на заболевание мочевыделительной системыобязательно назначается микроскопическое исследование.Образец центрифугируют, сливают надосадочную жидкость и исследуют мочевой осадок,выделяя организованный (форменный) и неорганизованный (кристаллический) осадок (рис. 5).19Рис. 5. Элементы организованного осадка мочи. 1 – эритроциты, 2 – лейкоциты, 3 – клеткиэпителия [42].Неорганизованные осадки мочи состоят из солей в виде кристаллов и аморфной массы. ПрирН < 7 встречаются кристаллы мочевой кислоты, ураты, оксалаты, фосфаты и др. Элементынеорганизованного осадка мочи представлены на рис. 6.Рис.
6. Элементы неорганизованного осадка мочи. 1 – кристаллы мочевой кислоты, 2 – ураты, 3– оксалаты [42].Прифизико-химическихисследованияхмочиобычнополучаютинформацию о плотности и кислотности образцов. В норме плотность мочиcоставляет ~1010—1025 г/л. Она повышается при обезвоживании. Сниженнаяплотность может свидетельствовать о почечной недостаточности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
