Разработка метода и средств контроля пространственно-временного распределения оптических характеристик взвеси инфузорий для биотестирования водных сред

• Автор: Завгородний, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К РАЗРАБОТКЕ БИОТЕСТОВОГО МЕТОДА И АППАРАТУРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОПУЛЯЦИОННЫХ ТЕСТ-РЕАКЦИЙ ИНФУЗОРИИ
1.1. Применение биотестирования на инфузориях
1.1.1. Актуальность биологического контроля
1.1.2. Биотестирование: основные термины
1.1.3. Области применения биотестирования на инфузориях
1.2. Методические аспекты построения биотестовой системы для контроля тест-реакций инфузорий
1.2.1. Общие принципы построения биотестовой аппаратуры
1.2.2. Преимущества Р.саибаШт в качестве тест-объекта
1.2.3. Отологические тест-реакции
1.2.4. Подготовка проб
1.3. Технологические аспекты построения системы для контроля тест-реакций инфузорий
1.3.1. Организация тест-реакции хемотаксиса
1.3.2. Организация тест-реакции гальванотаксиса
1.3.3. Проблема регистрации тест-реакции летальности
1.4. Проблемы аппаратурного контроля тест-реакций
1.4.1. Математическая модель измерительного преобразователя для взвеси инфузорий
1.4.2. Аппаратура для контроля хемотаксиса
1.4.3. Модель измерительного преобразователя для контроля тест-реакции гальванотаксиса
1.4.4. Аппаратура для контроля гальванотаксиса

1.5. Телевизионные методы исследования
1.5.1. Основные группы
1.5.2. ПЗС-линейки как приемники излучения
1.6. Выводы
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИЗМЕРИТЕЛЯ
РАСПРЕДЕЛЁННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ПОДВИЖНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ
2.1. Этапы построения и исследования модели
2.2. Построение математической модели измерительного
преобразователя
2.2.1. Измерительный преобразователь
2.2.2. Интенсивность возникновения проекций клеток
2.2.3. Математическое моделирование интенсивности появления теней на поверхности линейки ФП
2.2.4. Учёт влияния времени пребывания проекции инфузории на линии фотоприёмников
2.2.5. Учёт наложения проекций
2.2.6. Математическое моделирование влияния эффективной длины клетки на среднее число зарегистрированных проекций
2.3. Определение зависимости характеристик электрического сигнала с
учётом помех
2.3.1. Выделение полезного сигнала
2.3.2. Описание полезного сигнала
2.3.3. Детектирование проекций клеток на линейке ФП
2.3.4. Определение среднего времени пересечения клетки и ЛФП
2.3.5. Определение статистик двумерного случайного процесса
2.4. Выводы по главе

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПОДВИЖНЫХ ИНФУЗОРИЙ
3.1. Этапы проектирования
3.2. Метод проектирования первичного измерительного преобразователя
3.2.1. Разработка оптической схемы
3.2.2. Расчёт электрических параметров
3.2.3. Формула расчёта относительной погрешности
3.2.4. Обеспечение спектрального согласования
3.2.5. Расчёт шумовых характеристик
3.3. Структурная схема аппаратной части измерительного преобразователя
3.3.1. Структурная схема
3.3.2. Анализ шумов формирователя-накопителя массива данных
3.3.3. БФГТС
3.3.4. Интерфейс
3.3.5. Проблемы поверки
3.4. Программная часть измерительного преобразователя
3.4.1. Общая структура программного модуля ИП
3.4.2. Блок детектирования полезного сигнала
3.4.3. Блок вычисления параметров концентрации
3.4.4. Форма импульса полезного сигнала
3.4.5. Блок графического отображения структуры популяции
3.4.6. Блок вычисления параметров динамики
3.5. Выводы по главе
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АППРОБАЦИЯ ПРЕДЛОЖЕННЫХ СРЕДСТВ И МЕТОДА
4.1. Обобщенная схема БТС

Математическое ожидание пуассоновского случайного процесса
(СП) с импульсом, описываемым функцией рассчитывается по
формулам Кемпбелла:
уу1 Лип и$ , (1.6)
где С] - значение интеграла функции /(/) за время 0...Т:
Импульсы будут возникать в результате вхождения в область фотоприемника частиц или их выхода из этой области.
Модуль изменений потока излучения относительно исходного, падающего на фотоприемник, пропорционален интенсивности случайного потока импульсов и величине средней амплитуды импульса ит
С учетом уменьшения амплитуды единичного сигнала за счет ослабления взвесью интенсивности излучения падающего на частицу при больших концентрациях объектов будет возникать нелинейность:
I иии I = Кип С ехр(-аипС) (1.7)
где Кт , анп - коэффициенты, зависящий от конструкции ИП и вида организма.
1.4.2. Аппаратура для контроля хемотаксиса
На основе реакции хемотаксиса в вертикальной кювете и математической модели, разработанной для измерения концентрации подвижных инфузорий оптическим методом (п. 1.3.1.) на базе одного фотоприёмника, был создан приборный метод определения токсичности водных сред. Он основан на локальном измерении подвижных микроорганизмов в верхней зоне фотометрической кюветы, в которой создан градиент тестируемой пробы с помощью жидкостей различной вязкости.
Калибровочная характеристика измерителя концентрации инфузорий показана на рисунке 1.6.
Значения информативного параметра концентрации даны в условных единицах (у.е). Зависимость полезного сигнала при малых концентрациях