Система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА КАНЦЕРОГЕННЫХ И/ИЛИ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Маковская Наталья Александровна Жигунова Лариса Николаевна Павлович Елена Леонидовна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде, включающая в себя подсистему средств для подготовки к исследованию как минимум одной части пробы, взятой из объекта окружающей среды, содержащей канцерогенные и/или токсичные вещества и их предшественники, и включающая в себя экстрагирующее средство для обработки упомянутой пробы с целью исследования предшественников канцерогенных и/или токсичных веществ, а также включающая в себя подсистему средств измерений показателей, по которым возможно определение содержания канцерогенных и/или токсичных веществ как минимум в одной из подготовленных к исследованию частей пробы, и включающая в себя подсистему обработки и визуализации этих измерений для пользователей, отличающаяся тем, что упомянутая подсистема обработки и визуализации снабжена соединенным с упомянутой подсистемой средств измерений программным блоком автоматического сбора с нее данных, который линией связи через как минимум 84622012.08.30 один электронный защитный ключ доступа соединен с последовательно соединенными между собой программным блоком, содержащим алгоритм анализа, и программным блоком, задающим конфиденциальный для упомянутых пользователей алгоритм обработки собранных данных с упомянутой подсистемы измерений. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое экстрагирующее средство включено в подсистему средств для подготовки к исследованию как минимум одной части пробы, взятой из объекта окружающей среды. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое экстрагирующее средство выполнено в виде набора химических реактивов. 4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что применен набор химических реактивов,трансформирующий , , , -нитрозосоединения как минимум из одной части пробы с сохранением в ней их предшественников.(56) 1. Патент 1999,01 33/48, 1997. 2. Патент 85636,01 33/48, 33/02, 23/00, 2007. 3. Патент 2150692,01 23/00, 2000 (прототип). Полезная модель относится к области аналитической химии и может быть применена при мониторинге экологической безопасности, в частности для определения и измерения в автоматическом режиме количества токсичных веществ, включая нитриты, нитраты, , -нитрозосоединенияи радиоактивные загрязнения, а также гистамина во всех объектах окружающей среды воде, воздухе, продуктах питания, продовольственном сырье, медикаментах, жидкостях, тканях человека и т.д. В практическом плане применение устройства позволяет предложить тест-метод (систему) для определения групп онкологического риска. Известна система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде, содержащая средство пробоподготовки, средство определения радиоактивности пробы, экстрактор, средство определения оптической плотности пробы и блок обработки информации, в который вводятся для расчета данные, полученные от всех средств измерений 1. Такой набор средств не позволяет с достаточной точностью рассчитать концентрацию канцерогенных и токсичных веществ, например диметилнитрозоамина (ДМНА), в пробе,т.к. допускается внесение погрешности оператором. 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. Известна более точная в сравнении с аналогом 1 система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде 2. Она содержит аналитические весы, гомогенизатор, устройство консервирования пробы, нитритоэкстрактор,спектрофотометр, радиометр и ЭВМ. Однако и такая система недостаточна точна, т.к. допускает ошибку оператора при ручном вводе измеренных на приборах параметров пробы. Более точна при измерениях и универсальна в использовании система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде 3, принятая за прототип полезной модели. Она включает в себя подсистему средств для подготовки к исследованию как минимум одной части пробы, взятой из объекта окружающей среды, а также включает в себя подсистему средств измерений показателей, по которым возможно определение содержания канцерогенных и/или токсичных веществ как минимум в одной из подготовленных к 2 84622012.08.30 исследованию частей пробы, и включает в себя подсистему обработки и визуализации этих измерений для пользователей. Причем в упомянутую подсистему средств измерений введено соединенное со средством определения оптической плотности пробы экстрагирующее средство, выполненное в виде прибора, для получения как минимум одной части такой пробы, содержащей канцерогенные и/или токсичные вещества и их предшественники. Упомянутая измерительная подсистема средств прототипа 3 содержит также -спектрометр для определения суммарной дозы - и -излучений и прибор для измерения кислотности пробы. Кроме того, в систему возможно подключение средства центрифугирования и средства фильтрации, которыми снабжается средство пробоподготовки. Однако существенным недостатком системы по прототипу 3 является низкое быстродействие проведения измерений ввиду того, что ввод исходных данных в подсистему обработки и визуализации измерений с измерительных средств производится вручную. При этом контроль качества обсчета исходных данных, снимаемых с упомянутых средств и выводимых на информационное средство через блок обработки информации, осуществляется во время ручного ввода этих исходных данных с визуальным контролем правильности математической и статистической обработки, что еще более удлиняет процесс измерения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в пробе. Упомянутый ручной ввод исходных данных и их контроль не позволяют автоматизировать рабочий процесс системы и включить ее в единую компьютерную сеть вместе с другими измерительными системами. Кроме того, введение в упомянутую подсистему средств измерений экстрагирующего средства, выполненного в виде прибора, удлиняет процесс извлечения из части пробы ,О, , -нитрозосоединений, нитритов, нитратов, радиоактивных загрязнений, а также гистаминов и др. вредных веществ. Еще одним существенным недостатком системы по аналогам 1, 2, прототипу 3 является ее незащищенность от несанкционированного доступа. Поэтому задачей полезной модели является достижение технического результата по созданию автоматизированной системы для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде с помощью сбора и обработки измеренных на приборах данных, обладающей повышенным быстродействием, а также повышенной защищенностью от несанкционированного вмешательства в процесс измерения и обработки данных такой системой. Поставленная задача решается тем, что система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде, включающая в себя подсистему средств для подготовки к исследованию как минимум одной части пробы, взятой из объекта окружающей среды, содержащей канцерогенные и/или токсичные вещества и их предшественники, и включающая в себя экстрагирующее средство для обработки упомянутой пробы с целью исследования предшественников канцерогенных и/или токсичных веществ, а также включающая в себя подсистему средств измерений показателей, по которым возможно определение содержания канцерогенных и/или токсичных веществ как минимум в одной из подготовленных к исследованию частей пробы, и включающая в себя подсистему обработки и визуализации этих измерений для пользователей, имеет отличительные признаки упомянутая подсистема обработки и визуализации снабжена соединенным с упомянутой подсистемой средств измерений программным блоком автоматического сбора с нее данных, который линией связи через как минимум один электронный защитный ключ доступа соединен с последовательно соединенными между собой программным блоком, содержащим алгоритм анализа, и программным блоком, задающим конфиденциальный для упомянутых пользователей алгоритм обработки собранных данных с упомянутой подсистемы измерений. Такое введение программного блока автоматического сбора данных направлено на существенное уменьшение доли рутинного труда и в конечном итоге позволит создать ав 3 84622012.08.30 томатизированную систему с улучшенным быстродействием для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде. Наличие программного блока, содержащего алгоритм анализа собранных данных с упомянутой подсистемы измерений, как и наличие программного блока, задающего алгоритм обработки собранных данных, позволит быстро перенастраивать подсистему обработки и визуализации для любых объектов окружающей среды, что повышает как оперативность, так и универсальность применения системы для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде. Конфиденциальность для пользователей алгоритма обработки собранных данных, как и наличие как минимум одного электронного защитного ключа доступа в линии связи между упомянутыми программными блоками, направлены на повышение защищенности от несанкционированного вмешательства в процесс измерения и обработки данных системой по полезной модели. Вариантами выполнения системы по полезной модели является наличие в ней следующих дополнительных отличительных признаков упомянутое экстрагирующее средство включено в подсистему средств для подготовки к исследованию как минимум одной части пробы, взятой из объекта окружающей среды упомянутое экстрагирующее средство выполнено в виде набора химических реактивов применен набор химических реактивов, трансформирующих , , , -нитрозосоединения как минимум из одной части пробы с сохранением в ней их предшественников. Сущность полезной модели поясняется ее функциональной схемой (фиг. 1) и вариантом ее блок-схемы при измерении удаленных объектов исследования (фиг. 2). Система для определения количества канцерогенных и/или токсичных веществ в окружающей среде включает в себя (фиг. 1) подсистемы (1), (2) и (3). В подсистему (1) входят средства (4, 5) для подготовки к исследованию как минимум одной части (6-8) пробы (9), взятой из объекта окружающей среды, содержащей канцерогенные и/или токсичные вещества и их предшественники. В качестве средства (4) могут применяться аналитические весы, а в качестве средства(5) - гомогенизатор, предназначенный для размельчения пробы (9), например, на три части(6-8). В подсистему (1) входит также экстрагирующее средство (10) для обработки одной из подготовленных частей, например (8), упомянутой пробы (9) с целью исследования предшественников канцерогенных и/или токсичных веществ путем получения специальной части (11) такой пробы. Причем экстрагирующее средство (10) выполнено в виде набора химических реактивов, осаждающих компоненты (12-15) канцерогенных и/или токсичных веществ в отстойник (16). Например, это могут быть компонент (12) диметилнитрозоамина, компонент (13) из группы амидов, компонент (14) из группы и любой компонент (15) токсических веществ (анилина сероводорода, аммиака, асбеста, летучих смол и др.). В качестве экстрагирующего средства (10) применяются для этой цели различные химические реактивы. Например, возможно применение набора химических реактивов,трансформирующих , , , -нитрозосоединения как минимум из одной части пробы(9), например части (8), с получением из нее специальной части (11) с сохранением в ней предшественников , , ,-нитрозосоединений. Например, для проб из крови человека для этого применяются буфер-осадители в виде консерванта типаи на основе 4. Для проб мочи человека - в виде консерванта типа(,и т.д.) и на основе 4 (, , ,и т.п.). Аналогичный набор химических реактивов может применяться для измерения канцерогенных и/или токсичных веществ и предшественников таких веществ в пробах воды,воздуха, продуктов питания. 84622012.08.30 Подсистема (2) средств (17-19) служит для измерения показателей, по которым возможно определение содержания канцерогенных и/или токсичных веществ (12-15) как минимум в одной из подготовленных к исследованию частей (6-8, 11) пробы (9). В качестве средств (17-19) применяются специальные измерительные приборы. Например, устройство (17) для определения радиационной активности части (6), выполненное, например, в виде - и -спектрометра устройство (18) для определения кислотности части (6) и устройство (19) для определения оптической плотности специальной части (11) пробы (9),выполненное, например, в виде спектрофотометра. Подсистема (3) служит для обработки и визуализации измерений от подсистемы (2) и предназначена для пользователей, например для специалистов в области токсикологии и онкологии или для специалистов в области охраны окружающей среды и т.д. Подсистема (3) снабжена соединенным с упомянутой подсистемой (2) средств измерений программным блоком (20) автоматического сбора с нее данных, который линией связи (21) через как минимум один электронный защитный ключ доступа (22, 23) соединен с последовательно соединенными между собой программным блоком (24), содержащим алгоритм анализа, и программным блоком (25), задающим конфиденциальный для упомянутых пользователей алгоритм обработки собранных данных с упомянутой подсистемы (2) измерений. Программные блоки (24 и 25) соединены с визуализатором данных(26), например монитором компьютера, системный блок которого включат в себя также данные программные блоки и программный блок (20) автоматического сбора данных, который через, например, электронный преобразователь-контроллер соединен с устройствами (17-19) подсистемы (2) измерений. Данные средства компьютера, как и вставляемые в него электронные ключи (22 и 23) доступа, могут быть реализованы широко известными методами электронной сборки и программирования, и поэтому не описываются. Система по полезной модели работает следующим образом. В подсистеме (1) пробу (9) взвешивают на аналитических весах (4), подают ее на гомогенизатор (5) для измельчения и измельченную пробу делят на части (6-8). Часть (6) пробы подают на спектрометр (17) для определения в ней суммарной дозы - и излучений. Часть (7) пробы направляют в устройство (18) для определения в ней суммарной дозы -среды. Часть (8) пробы направляют в экстрагирующее средство (10), в котором с помощью химических реактивов осаждают компоненты (12-15) канцерогенных и/или токсичных веществ в отстойник (16). И получают специальную часть (11) пробы (9) с ярко выраженным наличием предшественников этих веществ. После этого специальную часть (11) помещают в средство (19) определения оптической плотности пробы (9) для определения в ней концентрации упомянутых предшественников. Затем используют подсистему (3) для обработки и визуализации измерений от подсистемы (2), например компьютер, в гнезда системного бока которого предварительно вставлены электронные защитные ключи доступа (22, 23). Автоматически через контроллер (не показан) собранные данные с измерительных устройств (17-19) о суммарных дозах - и -излучений пробы, -среды и концентрации предшественников в пробе (9) вводят в подсистему (3) для обработки и визуализации измерений от подсистемы (2). Автоматический сбор таких данных производится программным блоком (20). Они поступают через электронный ключ доступа (23) в программный блок (24), где автоматически происходит анализ наличия и определения количества содержания в пробе (9) канцерогенных и/или токсичных веществ и их предшественников. После этого обработанные данные из программного блока (24) через электронный ключ доступа (25) поступают в удобной цифровой форме для автоматического электронного расчета в программный блок (24). Там по специальному заложенному алгоритму математических расчетов, который является конфиденциальным для пользователей компьютером, например, с помощью приемов булевой алгебры результаты исследований 84622012.08.30 обрабатываются и в удобном для визуального восприятия пользователей виде информации поступают на монитор (26) компьютера подсистемы (3). Например, исследовались образцы жидкостей организма человека, в частности моча. Для анализа активности пробы мочи достаточно 100 мл и 0,5 мл мочи - для определения канцерогенов и/или их предшественников. Результаты исследования, выведенные на монитор (26), следующие кислотность пробы- 7,1 суммарная доза излученияБк/кг - 20,0 содержание - -2 амин,мг/кг 10-6 - 7,7 содержание - , мг/кг 10-8 - 5,5. При этом полное время получения таких данных по цепочке прохождения элементов системы (1-26) составило 16 минут, что почти в два раза быстрее, чем при получении таких данных системой по прототипу 3. В случае проведения исследования разных веществ, находящихся на значительном удалении друг от друга, обработка информации об их анализе подсистемой (3) может осуществляться с помощью модема или сетевой системы удаленного доступа (не показаны). Например, в пункте(фиг. 2) производится анализ крови человека, в- мясных консервов, в- берутся пробы воздуха. На каждом пункте находятся элементы подсистем (1 и 2) (не показано). Для предотвращения несанкционированного проникновения в подсистему (3), в том числе пользователями системы, электронные ключи доступа (23 и 25) изымаются после окончания исследований. Для повышения защиты конфиденциальной информации в блоке (24) рекомендуется чаще менять пароли для электронного ключа доступа (25) Результаты проведенных исследований с помощью системы по полезной модели показали, что такая система обладает широкой областью применения, обеспечивает возможность измерения канцерогенных и/или токсичных веществ во всех объектах окружающей среды, включая и живые организмы. Кроме этого, система обеспечивает автоматическое получение высокой точности измерения этих веществ в минимальных объемах проб и обеспечивает повышенную защиту от несанкционированных вмешательств к заложенному алгоритму расчетов в своей подсистеме обработки и визуализации измерений. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6