RU2123693C1 - Способ биотестирования токсичности водной среды - Google Patents

Способ биотестирования токсичности водной среды Download PDF

Info

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
Application number
RU97120275A
Other languages
English (en)
Other versions
RU97120275A (ru
Inventor
Д.А. Усанов
А.В. Скрипаль
А.Ю. Вагарин
В.В. Потапов
Т.Т. Шмакова
С.С. Мосияш
Original Assignee
Закрытое акционерное общество Саратовский научно-технологический парк "Волга"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество Саратовский научно-технологический парк "Волга" filed Critical Закрытое акционерное общество Саратовский научно-технологический парк "Волга"
Priority to RU97120275A priority Critical patent/RU2123693C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2123693C1 publication Critical patent/RU2123693C1/ru
Publication of RU97120275A publication Critical patent/RU97120275A/ru

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.
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.
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)

  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.
RU97120275A 1997-12-08 1997-12-08 Способ биотестирования токсичности водной среды RU2123693C1 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Колупаев Б.И. Методы биотестирования вод. - Черноголовка, 1988, с. 103 - 104. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
WO2019225612A1 (ja) 血管検知装置及びその方法
Winson The θ mode of hippocampal function
DE69122506D1 (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
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
CN105378456A (zh) 用于评价化学心脏毒性的免标记方法