RU2123693C1 - Способ биотестирования токсичности водной среды - Google Patents
Способ биотестирования токсичности водной среды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2123693C1 RU2123693C1 RU97120275A RU97120275A RU2123693C1 RU 2123693 C1 RU2123693 C1 RU 2123693C1 RU 97120275 A RU97120275 A RU 97120275A RU 97120275 A RU97120275 A RU 97120275A RU 2123693 C1 RU2123693 C1 RU 2123693C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- test object
- aqueous medium
- vibration frequency
- toxicity
- changes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Способ применим для биологического контроля токсичности водных сред. В способе биотестирования токсичности водной среды путем сравнения изменений параметра вибрации контролируемой области биологического тест-объекта в процессе оптического облучения при помещении объекта в контрольную и анализируемую водные среды перед помещением в водную среду предотвращают движение тест-объекта как целого, оценивают период движения контролируемой области тест-объекта и определяют диапазон изменения основной частоты вибрации контролируемой области, формируют прямое и отраженное от исследуемой области объекта отражение, суммируют их и воздействуют им на источник излучения, регистрируют периодические изменения интенсивности излучения источника, выделяют из спектра зарегистрированного сигнала гармонику с максимальной амплитудой в заданном диапазоне изменений частоты вибрации, после чего определяют точное значение основной частоты вибрации, выделяют из спектра гармоники с максимальной амплитудой вблизи частот, кратных основной частоте вибрации, и по их набору судят о контрольных значениях формы движений контролируемой области тест-объекта, сравнивают со значениями формы движений в токсичной водной среде и по отклонению формы вибрации от контрольных значений судят о степени токсичности водной среды. Достигается повышение достоверности (информативности) за счет большего числа исследуемых параметров. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области биологии и экологии, может быть использовано для биологического контроля токсичности водных сред.
Известен способ биотестирования токсичности сточных вод путем регистрации у рыб электрокардиограммы и измерения RR-интервалов (см. а.с. N 1573376, кл. G 01 N 33/18). Недостатком способа является длительность проведения анализа.
Известен способ оценки токсичности различных веществ сточных и природных вод по изменению формы клетки водоросли (см. а.с. СССР N 866470, кл. G 01 N 33/18). Недостатком является ограниченный диапазон контролируемых концентраций токсиканта, достаточно длительный процесс проведения анализа (более 15 мин) и его субъективность.
Известен способ биологической оценки токсичности воды по изменению двигательной активности дафний в эталонной (нетоксичной) и контрольной (токсичной) средах (см. а.с. СССР N 1413525, кл. G 01 N 33/18). Однако данный способ не дает достоверных данных о степени токсичности водной среды вследствие неоднозначности поведения дафний в зависимости от вида веществ и их концентрации, поскольку их двигательная активность может как увеличиваться, так и уменьшаться.
Известен способ для биологического контроля токсичности сточных вод, основанный на изменении светового потока вследствие сокращения грудных ножек или сердца у дафний, которые вызывают изменение электрических характеристик фотодатчика (см. Колупаев Б. И., Андреев А.А., Самойленко Ю.К. Оптический метод регистрации сердечного ритма у дафний. - Гидробиологический журнал, т. XIII, вып. 3, 1977, с. 119 - 120). Однако способ недостаточно информативен.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является метод биотестирования по изменению дыхания и сердечной деятельности у дафний под влиянием токсических веществ. Через тело дафнии пропускают световой поток, который изменяется в результате сокращения сердца или движения грудных ножек. Регистрируют частоту дыхания и сердечных сокращения. Уменьшение или увеличение светового потока вызывает изменение силы тока на фотоприемнике, изменение электрических характеристик фотоприемника усиливается и регистрируется на электрокардиографе. За показатель токсичности принимается достоверное отклонение (P<0,05) ритма дыхания или сердцебиений от контроля (см. Колупаев Б.И. Методы биотестирования по изменению дыхания и сердечной деятельности у дафний. - Методы биотестирования вод, с. 103 - 104). Однако способ не достаточно достоверен.
Задача настоящего способа заключается в повышении достоверности (информативности) за счет большего числа исследуемых параметров.
Поставленная задача достигается тем, что в способе биотестирования токсичности водной среды путем сравнения изменений параметра вибрации контролируемой области биологического тест-объекта в процессе оптического облучения при помещении объекта в контрольную и анализируемую водные среды перед помещением в водную среду предотвращают движение тест-объекта как целого, оценивают период движения контролируемой области тест-объекта и определяют диапазон изменения основной частоты вибрации контролируемой области, формируют прямое и отраженное от исследуемой области объекта отражение, суммируют их и воздействуют им на источник излучения, регистрируют периодические изменения интенсивности излучения источника, выделяют из спектра зарегистрированного сигнала гармонику с максимальной амплитудой в заданном диапазоне изменений частоты вибраций, после чего определяют точное значение основной частоты вибраций, выделяют из спектра гармоники с максимальной амплитудой вблизи частот, кратных основной частоте вибраций, и по их набору судят о контрольных значениях формы движений контролируемой области тест-объекта, сравнивают со значениями формы движений в токсичной водной среде и по отклонению формы вибраций от контрольных значений судят о степени токсичности водной среды.
Предлагаемый способ поясняется чертежами:
фиг. 1 - схема экспериментальной установки, где 1 - прибор ночного видения, 2 - источник питания, 3 - канал для биообъекта, 4 - биообъект, 5 - прозрачный столик, 6 - линза, 7 - полупроводниковый лазер, 8 - источник тока, 9 - фотодетектор, 10 - усилитель, 11 - аналого-цифровой преобразователь, 12 - компьютер;
фиг. 2 - результаты измерений и обработки сигнала при отсутствии токсикантов в водной среде:
a - зависимость мгновенных значений нормированного продетектированного сигнала U от времени t; б - спектр продетектированного сигнала, нормированный на амплитуду гармоники Sn с максимальным значением. Частота сердцебиения составляет 410 уд/мин; в - зависимость мгновенных значений величины смещения сердца дафнии A от времени t;
фиг. 3 - результаты измерений и обработки сигнала при наличии фенола в водной среде (концентрация 5 мг/л):
a - зависимость мгновенных значений нормированного продетектированного сигнала U от времени t; б - спектр продетектированного сигнала, нормированный на амплитуду гармоники Sn с максимальным значением. Частота сердцебиения составляет 328 уд/мин; в - зависимость мгновенных значений величины смещения сердца дафнии A от времени t;
фиг. 4 - зависимость амплитуды биений A сердца дафнии от концентрации фенола N в водной среде.
фиг. 1 - схема экспериментальной установки, где 1 - прибор ночного видения, 2 - источник питания, 3 - канал для биообъекта, 4 - биообъект, 5 - прозрачный столик, 6 - линза, 7 - полупроводниковый лазер, 8 - источник тока, 9 - фотодетектор, 10 - усилитель, 11 - аналого-цифровой преобразователь, 12 - компьютер;
фиг. 2 - результаты измерений и обработки сигнала при отсутствии токсикантов в водной среде:
a - зависимость мгновенных значений нормированного продетектированного сигнала U от времени t; б - спектр продетектированного сигнала, нормированный на амплитуду гармоники Sn с максимальным значением. Частота сердцебиения составляет 410 уд/мин; в - зависимость мгновенных значений величины смещения сердца дафнии A от времени t;
фиг. 3 - результаты измерений и обработки сигнала при наличии фенола в водной среде (концентрация 5 мг/л):
a - зависимость мгновенных значений нормированного продетектированного сигнала U от времени t; б - спектр продетектированного сигнала, нормированный на амплитуду гармоники Sn с максимальным значением. Частота сердцебиения составляет 328 уд/мин; в - зависимость мгновенных значений величины смещения сердца дафнии A от времени t;
фиг. 4 - зависимость амплитуды биений A сердца дафнии от концентрации фенола N в водной среде.
Способ заключается в следующем:
тест-объект 3 помещают в водную среду и обездвиживают его путем помещения на прозрачную пластину 5 в камеру 4. Оценивают период движения контролируемой области тест-объекта, например, путем визуального подсчета числа периодов движения контролируемой области в единицу времени, и определяют диапазон изменения основной частоты вибраций. Направляют на контролируемую область тест-объекта 3 оптическое излучение от источника 7. Питание источника излучения 7 осуществляют от источника питания 8. С помощью линзы 6 добиваются точной фокусировки излучения. Суммируют прямое и отраженное от контролируемой области излучения и воздействуют им на источник излучения 7. Периодическое изменение интенсивности излучения источника (фиг. 2a) регистрируют фотоприемником 9, продетектированный сигнал с которого через усилитель 10 и аналого-цифровой преобразователь 11 подают в компьютер 12. Проводят обработку зарегистрированного сигнала так, что получают спектр зарегистрированного сигнала (фиг. 2б), выделяют из спектра сигнала гармонику с максимальной амплитудой в заданном диапазоне изменений частоты вибраций, по которой определяют контрольное значение основной частоты вибраций, выделяют из спектра гармоники с максимальной амплитудой вблизи частот, кратных основной частоте вибраций, и по их набору судят о контрольных значениях формы движений контролируемой области тест-объекта, помещают тест-объект в токсичную водную среду и определяют отклонение формы вибраций от контрольных значений, по величине отклонения судят о степени токсичности водной среды.
тест-объект 3 помещают в водную среду и обездвиживают его путем помещения на прозрачную пластину 5 в камеру 4. Оценивают период движения контролируемой области тест-объекта, например, путем визуального подсчета числа периодов движения контролируемой области в единицу времени, и определяют диапазон изменения основной частоты вибраций. Направляют на контролируемую область тест-объекта 3 оптическое излучение от источника 7. Питание источника излучения 7 осуществляют от источника питания 8. С помощью линзы 6 добиваются точной фокусировки излучения. Суммируют прямое и отраженное от контролируемой области излучения и воздействуют им на источник излучения 7. Периодическое изменение интенсивности излучения источника (фиг. 2a) регистрируют фотоприемником 9, продетектированный сигнал с которого через усилитель 10 и аналого-цифровой преобразователь 11 подают в компьютер 12. Проводят обработку зарегистрированного сигнала так, что получают спектр зарегистрированного сигнала (фиг. 2б), выделяют из спектра сигнала гармонику с максимальной амплитудой в заданном диапазоне изменений частоты вибраций, по которой определяют контрольное значение основной частоты вибраций, выделяют из спектра гармоники с максимальной амплитудой вблизи частот, кратных основной частоте вибраций, и по их набору судят о контрольных значениях формы движений контролируемой области тест-объекта, помещают тест-объект в токсичную водную среду и определяют отклонение формы вибраций от контрольных значений, по величине отклонения судят о степени токсичности водной среды.
Пример практической реализации способа.
В качестве тест-объекта использовались пресноводные рачки дафнии (Daphnia magna Straus), культивируемые в стандартных лабораторных условиях. В экспериментах использовали особей двухсуточного возраста, размерами ≈ 1,0 мм.
В качестве токсического фактора использовали водный раствор фенола с концентрациями от 1,2 до 10 мг/л. Для контрольных измерений применялась вода, на которой дафнии культивировались.
Одиночную дафнию из аквариумной культуры помещали в прозрачную камеру, ограничивающую движения рачка как целого. С помощью оптического микроскопа "Биолам" фиксировали частоту биений сердца дафнии в контрольной среде, которая обычно варьируется в диапазоне 400 - 500 уд/мин (ударов в минуту).
В качестве источника излучения использовали полупроводниковый лазер ИЛПН-206 с длиной волны 1,3 мм. Сигнал со встроенного фотоприемника усиливали усилителем У4-28 и подавали на вход аналого-цифрового преобразователя ЭВМ.
На фиг. 2а, 3а приведены зависимости мгновенных значений величины продетектированного сигнала от времени при отсутствии токсикантов и наличии фенола в водной среде. На фиг. 2б, 3б представлены результаты расчета спектра продетектированного сигнала. Частота сердцебиения дафнии определяется основной частотой гармоники вычисленного спектра, а амплитуда колебаний - по набору спектральных гармоник [Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Вагарин В.А., Васильев М.Р. Оптические гомодинные методы измерений // Зарубежная радиоэлектроника. 1995. N 6, с. 43 - 48]. На фиг. 2в, 3в приведены рассчитанные по результатам измерений зависимости мгновенных значений величины смещения сердца дафнии от времени при отсутствии и наличии фенола в водной среде. Как следует из фиг. 3, амплитуда биений сердца дафнии уменьшилась от значения 0,4 мкм в отсутствии токсикантов в водной среде до значения 0,2 мкм при наличии фенола в водной среде.
Амплитуда биений сердца дафнии регистрировалась после пятиминутной адаптации. На фиг. 4 приведена зарегистрированная в опытах зависимость амплитуды биений сердца дафнии от концентрации фенола в водной среде. Полученная зависимость была использована в качестве калибровочной кривой при проведении контроля степени токсичности водной среды.
Claims (1)
- Способ биотестирования токсичности водной среды путем сравнения изменений параметра вибрации контролируемой области биологического тест-объекта в процессе оптического облучения при помещении объекта в контрольную и анализируемую водные среды, отличающийся тем, что перед помещением в водную среду предотвращают движение тест-объекта как целого, оценивают период движения контролируемой области тест-объекта и определяют диапазон изменения основной частоты вибрации контролируемой области, формируют прямое и отраженное от исследуемой области объекта отражение, суммируют их и воздействуют им на источник излучения, регистрируют периодические изменения интенсивности излучения источника, выделяют из спектра зарегистрированного сигнала гармонику с максимальной амплитудой в заданном диапазоне изменений частоты вибраций, после чего определяют точное значение основной частоты вибраций, выделяют из спектра гармоники с максимальной амплитудой вблизи частот, кратных основной частоте вибраций, и по их набору судят о контрольных значениях формы движений контролируемой области тест-объекта, сравнивают со значением формы движений в токсичной водной среде и по отклонению формы вибраций от контрольных значений судят о степени токсичности водной среды.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97120275A RU2123693C1 (ru) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Способ биотестирования токсичности водной среды |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97120275A RU2123693C1 (ru) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Способ биотестирования токсичности водной среды |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2123693C1 true RU2123693C1 (ru) | 1998-12-20 |
RU97120275A RU97120275A (ru) | 1999-02-27 |
Family
ID=20199737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97120275A RU2123693C1 (ru) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Способ биотестирования токсичности водной среды |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2123693C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA014762B1 (ru) * | 2006-01-26 | 2011-02-28 | Биота Гард Ас | Способ определения влияния выбросов на морскую среду |
WO2013081496A1 (ru) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Kirsanov Dmitry Olegovich | Устройство и способ определения токсичности жидких сред |
-
1997
- 1997-12-08 RU RU97120275A patent/RU2123693C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Колупаев Б.И. Методы биотестирования вод. - Черноголовка, 1988, с. 103 - 104. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA014762B1 (ru) * | 2006-01-26 | 2011-02-28 | Биота Гард Ас | Способ определения влияния выбросов на морскую среду |
WO2013081496A1 (ru) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Kirsanov Dmitry Olegovich | Устройство и способ определения токсичности жидких сред |
RU2514115C2 (ru) * | 2011-12-01 | 2014-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные системы" | Устройство и способ для определения токсичности жидких сред |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2386842C (en) | Method and apparatus for determining the effect of a drug on respiration rate of cells | |
JP4717949B2 (ja) | 成分濃度の測定方法 | |
US10765352B2 (en) | Multi-sensor non-invasive blood glucose monitoring instrument based on impedance spectroscopy-optical method | |
KR20060061838A (ko) | 포도당 레벨 모니터링 방법 | |
CA2123153A1 (en) | Method for non-invasive measurement of concentration of analytes in blood using continuous spectrum radiation | |
CA2221864A1 (en) | Active pulse blood constituent monitoring | |
JPH0558735B2 (ru) | ||
JP2000506410A (ja) | 移植可能なバイオセンシングトランスポンダ | |
US7107087B2 (en) | Method and apparatus for measuring a concentration of a component in a subject | |
US8285358B2 (en) | Detection and diagnostic system and method | |
DK153657B (da) | Anvendelse af en polarimetrisk fremgangsmaade til kvantitativ bestemmelse af blodglukose | |
RU2123693C1 (ru) | Способ биотестирования токсичности водной среды | |
Winson | The θ mode of hippocampal function | |
JP2019201760A (ja) | 血管検知装置及びその方法 | |
ATE143576T1 (de) | Nichtinvasiver medizinischer sensor | |
EP3339856B1 (en) | Method for ethological monitoring of crayfish and system for this method | |
RU2155335C1 (ru) | Способ определения влияния вредного воздействия на биообъекты | |
Lyubimtsev et al. | Measuring systems designed for working with living organisms as biosensors. Features of their metrological maintenance | |
CN108029599B (zh) | 一种蟹类疾病判别方法及诊断装置 | |
JP5399726B2 (ja) | 生体組織の脂質構造の計測方法及び表皮の脂質構造の評価装置 | |
Bowmaster et al. | Excitation and detection of action potential-induced fluorescence changes through a single monomode optical fiber | |
US20070287890A1 (en) | Detection and diagnostic system and method | |
CN109984744A (zh) | 一种基于量子共振的人体数据采集和分析方法 | |
RU2627457C1 (ru) | Устройство для контроля физиологического состояния гидробионтов | |
US20240130619A1 (en) | Non-invasive bilirubin detection using induced photoreaction |