Автореферат (1150359)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Санкт-Петербургский государственный университет__________________________________________________________________На правах рукописиЗАДОРОЖНАЯ ОЛЕСЯ АНАТОЛЬЕВНАПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ МУЛЬТИСЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ВОДНЫХ СРЕД В ШКАЛАХБИОТЕСТИРОВАНИЯСпециальность 02.00.02 – АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург2017Работа выполнена в ФГБОУ ВО "Санкт-Петербургский государственныйуниверситет"Научный руководитель:Официальные оппоненты:Кирсанов Дмитрий ОлеговичДоктор химических наук, профессорФрумин Григорий Тевелевичдоктор химических наук, профессорФГБОУ ВО «Российский государственныйгидрометеорологическийуниверситет»,профессор кафедры экологии и биоресурсовГурская Александра Владимировнакандидат химических наукООО "УниТест", ведущий специалистВедущая организация:ФГБУН Институт аналитическогоприборостроения РАН (г.

Санкт-Петербург).Защита состоится: «30» марта 2017 г., в 15:00 ч.На заседании диссертационного совета Д 212.232.37 по защитедокторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургскомгосударственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Среднийпроспект В.О., д. 41/43, Большая химическая аудитория.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотекеСанкт-Петербургского государственного университета. Диссертация иавтореферат размещены на сайте www.spbu.ru.Автореферат разослан «Ученый секретарьдиссертационного совета»2017 г./Панчук В.В./2Общая характеристика диссертацииАктуальностьЗагрязнение природных вод является крайне острой проблемой. Длясвоевременного выявления загрязнений необходимо развитие методовоперативного мониторинга водных объектов. Веществ, являющихсяпотенциальными загрязнителями, сейчас насчитывается свыше 70000, и эточисло постоянно увеличивается.

Например, только используемых пестицидовизвестно сейчас более 800, среди них есть соединения, представляющиесерьезную угрозу здоровью человека. В такой ситуации индивидуальноеопределение всех потенциальных загрязнителей в каждой пробе воды непредставляется возможным. В связи с этим особое значение приобретаютаналитические методы группового определения различных загрязнителей, атакже методы интегральной оценки качества воды. Среди последнихнаибольшее распространение в настоящее время получили методы оценкитоксичности с помощью биотестирования – изучения реакций различныхживых организмов, помещенных в исследуемую пробу.

В качествебиологических реакций могут выступать, например, выживаемость дафний,плодовитость водорослей, хемотаксис инфузорий. Биотестирование непредоставляет информации о наличии и концентрациях индивидуальныхтоксикантов, однако, дает интегральную оценку качества воды и степени ееопасности для живых организмов, что делает его удобным методоммониторинга. Тем не менее, методы биотестирования обладают рядомсущественныхнедостатков: необходимость использованияживыхорганизмов, которые должны культивироваться и поддерживаться в рабочемсостоянии в определенных условиях; длительное время анализа (в некоторыхслучаях до 96 часов).

Также серьёзной проблемой представляется отсутствиеуниверсальных биотестов, характеризующихся надёжностью и широкимдиапазоном применимости. Это связано, во-первых, с видовойизбирательностью действия токсикантов, и, во-вторых, с непрерывнымростом количества загрязняющих окружающую среду веществ.Инструментальное определение токсичности без использования живыхорганизмов явилось бы крайне востребованной альтернативой традиционнымметодам биотестирования.В качестве такой альтернативы могут быть рассмотренымультисенсорные системы.

Такие системы представляют собой массивхимическихсенсоров,обладающихразличнойперекрестнойчувствительностью, т.е. чувствительностью одновременно к несколькимкомпонентам исследуемого раствора. Отклик массива в исследуемыхобразцах обрабатывается с помощью методов хемометрики, что позволяетполучать качественную и количественную информацию.

Наибольшеераспространение получили потенциометрические мультисенсорные системы,которые позволяют надежно определять ряд интегральных характеристикобразцов, таких, например, как вкусовые параметры. В работах такого родареферентными методами, относительно которых проводится многомерная3градуировка массива сенсоров, являются оценки людей-дегустаторов, а вслучае лекарственных препаратов – биологические реакции крыс.

Логичнойпредставляется попытка расширить круг биологических объектов, реакциикоторых моделируются мультисенсорными системами, на ряд тест-объектов,применяемых в биотестировании. Достоинством такого подхода к оценкетоксичности может стать экспрессность анализа, так как длительностьпотенциометрических измерений составляет всего 3-5 минут, что можетпозволить в дальнейшем разработать on-line систему комплексной оценкисостояния гидросферы.

Кроме того, важным преимуществом подобнойсистемы стало бы отсутствие сложностей, связанных с использованиемживых организмов, которые в этом случае применяются только дляградуировки массива сенсоров.Цельработы:исследованиевозможностипримененияпотенциометрических мультисенсорных систем для оценки токсичностиводных сред в шкалах биотестирования.В ходе работы решались следующие задачи:1. Оценка чувствительности потенциометрических сенсоров к рядураспространенных индивидуальных токсикантов, по отношению ккоторым отклик используемых в работе мультисенсорных массивовранее не изучался, а именно соединений, относящихся к классуфенолов: фенолу, о-нитрофенолу и п-крезолу, а также поверхностноактивных веществ: додецилсульфату натрия и цетилтриметиламмонийбромиду.2.

Изучение возможности оценки токсичности водных растворовиндивидуальных токсикантов с помощью мультисенсорной системы вшкалах метода биотестирования, основанного на реакции Vibriofischeri.3. Изучение возможности оценкитоксичности реальных образцов,полученных при заборе проб из различных водоёмов, в шкалахнескольких различных методов биотестирования, использующихDaphnia magna, Paramecium caudatum, Chlorella vulgaris и Vibriofischeriв качестве тест-объектов.Научная новизнаПоказано, что использование мультисенсорных систем с последующейобработкой результатов измерений методами хемометрики позволяетопределять токсичность природных поверхностных вод, сточных вод, атакже водных растворов индивидуальных токсикантов.Выявлено наличие корреляций между откликами потенциометрическоймультисенсорной системы и четырьмя методами биотестирования,оценивающими токсичность водных образцов путем измерения смертностирачков Daphnia magna, оптической плотности культуры водорослейChlorella vulgaris, хемотаксиса инфузорий Paramecium caudatum, а такжелюминесценции бактерий Vibrio fischeri.4Практическая значимость работыПредложен способ оценки токсичности водных образцов с помощьюпотенциометрической мультисенсорной системы в шкалах откликаразличных живых тест-объектов – от простейших одноклеточных, таких какбактерии (Vibrio fischeri), до многоклеточных организмов, например,ракообразных (Daphnia magna).Результатыработыоткрываютвозможностьприменениямультисенсорных систем для определения токсичности природных исбросных вод сложного состава.

В этом случае живые организмыиспользуются только для градуировки массива сенсоров. Предлагаемыйподход позволяет значительно снизить время оценки качества воды, с 48-96часов, необходимых для проведения методов биотестирования, до 3-5 минут,и получить значения токсичности с погрешностью не более 25%.Положения, выносимые на защиту1. Результатыоценкичувствительностипотенциометрическихмультисенсорных систем к фенолу, о-нитрофенолу, п-крезолу,додецилсульфату натрия и цетилтриметиламмоний бромиду.2.

Доказательство возможности оценки интегральной токсичностииндивидуальных водных растворов токсикантов с помощьюмультисенсорной системы в шкалах методов биотестирования.3. Обоснование возможности оценки интегральной токсичностиприродных и промышленных вод с помощью мультисенсорнойсистемы в шкалах методов биотестирования.4.

Результаты применения методов многомерной обработки данных (kближайших соседей, случайных лесов и проекций на латентныеструктуры) для нахождения корреляции между реакцией живых тестобъектовнатоксичностьводныхсредиоткликампотенциометрической мультисенсорной системы.Публикации и апробация работы:Материалы диссертации опубликованы в 3-х статьях и 5 тезисахдокладов. Результаты исследований докладывались на конференциях: theSixth International Conferenceon Sensing Technology ICST (2012, Калькутта,Индия), VIII Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов истудентов с международным участием «Менделеев-2014» (2014, СПб); IXВсероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды«ЭКОАНАЛИТИКА-2014» (2014, Светлогорск), the 11th Asian Conference onChemical Sensors ACCS2015 (2015, Пенанг, Малайзия), X Всероссийскойконференции по анализу объектов окружающей среды «ЭКОАНАЛИТИКА2016» (2016, Углич).Структура и объём работы:Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы,экспериментальной части, 3-х глав с обсуждением полученных результатов,списка цитируемой литературы (134 наименования) и приложения.

Работаизложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц и 27рисунков.5ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении дано обоснование актуальности темы и сформулированацель исследования. Обсуждаются научная новизна работы, а такжепрактическая значимость исследования, посвященного определениютоксичности водных сред в терминах методов биотестирования с помощьюпотенциометрической мультисенсорной системы.1-ая глава(Обзор литературных данных) посвящена методамопределения интегральной токсичности, основанным на реакциях живыхтест-объектов, а также химическим сенсорам и мультисенсорным системам,применяемым при анализе водных образцов различного состава ипроисхождения.Специальныеразделыпосвященывозможнымзагрязнителям водной среды, их источникам, а также хемометрическимподходам при обработке результатов анализа.Во 2-ой главе представлены сведения об исследуемых образцах,реагентах, аппаратуре и методах обработки данных (метод главныхкомпонент, проекция на латентные структуры, метод случайного выбора kближайших соседей и метод случайных лесов), а также подробнаяинформация о методиках биотестирования, основанных на реакциях Daphniamagna, Paramecium caudatum, Chlorella vulgaris и Vibrio fischeri, которыеиспользовались в данной работе.Изучение чувствительности индивидуальных сенсоров к соединениямкласса фенолов и поверхностно-активных веществ, а также формированиемассива сенсоров для оценки интегральной токсичности водных образцовописывается в 3-й главе.4-аяглавапосвященаоценкевозможностиприменениямультисенсорной системы для классификации водных растворовиндивидуальных токсикантов, а также реальных водных образцов, согласноих токсичности.В 5-ой главе изучена возможность оценки интегральной токсичностииндивидуальныхводныхрастворовтоксикантовспомощьюмультисенсорной системы в шкалах метода биотестирования, основанного нареакции морских бактерий Vibrio fischeri.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации