CC BY
6
тена (+0,383), митохондрий (+0,451) и ядер (+0,170) ткани легких, пораженных бериллиозом. Появление именно этих антител в высоких титрах определяло величину многомерного вектора, а следовательно, и включение обладающего ими человека в группу лиц с резко измененной реактивностью. Наличие одного из данных антител не столь существенно. Так, анти-гаптенные антитела выявлялись у рабочих предприятия № 1 даже реже, чем у рабочих предприятия № 3.
Если обучающие выборки достаточно представительны, то дискриминантную фукцию Фишера можно использовать для идентификации векторов новых наблюдений. Так, мы постепенно увеличивая число наблюдений в каждой из сравниваемых групп (больные бериллиозом с активным процессом и здоровые рабочие), добились достаточно стабильных значений коэффициентов lt. Это позволило по окончании повторного обследования рабочих изучаемых предприятий использовать формулу Фишера для вычисления проекций многомерных векторов антител каждого человека и оценить уровень реактивности обследованных относительно границы раздела выборок, не прибегая к помощи вычислительной машины.
Таким образом, методы многомерной статистики помогли оценить достоверность различия генеральных средних величин группы показателей реактивности организма, индивидуально оценить состояние реактивности каждого обследуемого и определить наиболее существенные для этой оценки показатели реактивности.
ЛИТЕРАТУРА. Андерсон Т. Введение в многомерный статистический анализ. М., 1963, с. 141—171. — Pao С. Р. Линейные статистические методы ■ их применение. М., 1968, с. 508—522.
Поступила 23/11 1977 г.
УДК 614.72-074:543.51
М. Т. Дмитриев, Е. Г. Растянников, В. Р. Ело ян
АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ И РАСЧЕТА МАСС-СПЕКТРОГРАММ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТОКСИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Масс-спектрометрия — один из наиболее совершенных и универсальных видов современного физико-химического анализа. К основным его достоинствам относятся высокие специфичность и чувствительность, возможность идентификации неизвестных соединений и автоматической регистрации получаемых данных, что делает весьма перспективным применение этого метода для гигиенических исследований (М. Т. Дмитриев и Н. А. Кит-росский). Метод основан на использовании зависимости между составом смеси и свойствами входящих в него ингредиентов и характеристиками получаемого спектра. Массовый спектр вещества (масс-спектрограмма) представляет собой набор ионов с определенными массами, образующихся при каком-либо физико-химическом воздействии на вещество в источнике ионов (например, бомбардировка электронами с заданной энергией), и
г| В и
I в
«I &МШ т
в г
Распределение обследуемых по группам (в %) в зависимости от значений проекций многомерного вектора 1о^2 титров 6 видов антител, появление которых непосредственно связано с пенетрацией бериллия в клетки. / — распределение 44 больных бериллиозом; 2 — 49 рабочих предприятия № 1; 3 — 35 рабочих предприятия № 2: 4 — — 37 рабочих предприятия М 3: а — группа значений проекций меньше 1,0; О —от 1.0 до 2.373: « —от 2,375 до 3.5; г — более 3,5; стрелка — граница раздела проекций выборок (2, 374).
з Гигиена и санитария Ni 12
65
500 О
500 О
500
О
500
500 О
500 О
Iй' Лг Ь3 А« Ьп
- я?/ т2 /773 гт)д тп
■ ог
СОг 1 Й 1
1 НгО
. 1 ЫОг 1
может быть представлен графически (рис. 1) или совокупностью пар чисел, каждая из которых является координатами пиков на масс-спектро-грамме. Число таких пар чисел равно числу масс-спектрометрических пиков на ней. Масс-спектрограмма смеси — суперпозиция масс-спектров отдельных веществ, она также может быть представлена совокупностью пар чисел (см. рис. 1):
т1 Лх
171 ч
т3 Ля
т 4. Л, .
т Л
71) »
(1)
10
го
30
40
50
Рис. 1. Типичные масс-спектрограммы.
На оси абсцисс — кассовое число; на оси ординат — интенсивность пиков, в отн. ед.; а — воздушной смеси (обобщенный пример); б — азота; « — кислорода; г — углекислого газа; д — паров веды; е — двуокиси азота.
где т1 ... тп — массовые числа; Их ... Л„ — высоты пиков.
Хотя масс-спектр является строго индивидуальной характеристикой вещества, а масс-спектрограмма сложной смеси целиком определяется свойствами и концентрациями входящих в нее веществ, расшифровка суммарной масс-спектрограммы — весьма громоздкая и достаточно сложная задача (М. Т. Дмитриев и Ю. В. Шевколович). Существенный прогресс в этом направлении достигается с помощью применения электронно-вычислительных машин (ЭВМ), а это в свою очередь делает актуальной задачу алгоритмизации обработки и расчета масс-спектрограмм, в частности воздушной среды. Применение ЭВМ позволяет сделать расшифровку масс-спектрограммы экспрессной операцией и исключить ошибки, возможные при их ручной обработке.
Исходными данными для машинного расчета концентраций служит масс-спектрограмма, выраженная в цифровом виде (1). Такую масс-спект-рограмму вводят программой в память машины, после чего начинается поиск соответствующих веществ в справочнике (каталоге) ЭВМ, содержащем их масс-спектры. Карточки веществ заполняют данными, полученными при вспомогательных масс-спектрометрических измерениях или уже имеющимися в соответствующих справочных изданиях (например, Согпи и Мавво^. Форма масс-спектрометрической карточки веществ, приемлемая для ввода в память машины, приведена на рис. 2. Первичный поиск веществ осуществляют, начиная с минимальных массовых чисел, по принципу непременного наличия, т. е. регистрируют лишь те вещества, все масс-спектрометрические линии которых присутствуют в масс-спектрограмме (1). Отобранные вещества могут участвовать в образовании суммарной масс-спектрограммы, однако возможно также и физически полное их отсутствие.
Выявленные таким образом масс-спектры веществ являются основой дальнейшего выполнения программы для автоматического составления системы линейных алгебраических уравнений, описывающих состав данной воздушной смеси:
М—1 т\ „1 т 2 т1 т3 < <
Я1 м Л< <
28—4 14 28 29
1,00 52 1000 7
17—2 14 15 16 17 18
0,50 22 75 800 1000 4
64—1 16 29 32 34 48 49 50 64 65 66
0,72 52 8 104 4 493 4 23 1000 9 49
78—1 38 39 50 51 52 74 76 77 78 79
2,44 61 141 179 205 196 48 62 140 1000 65
Рис. 2. Карточки веществ, приемлемые для ввода в память ЭВМ. а — для ¡-го вещества; б—Ы2; Ь — ЫН3; / — Б04; Л — СвНв;
М — молекулярный вес вещества; / — шифрованный номер вещества; — эффективность ионизации, общее число массспектрометрических пиков вещества равно р; максимальное из значений Л\..-Лр условно принято за 1000; одно из значений т\...т1р равно М.
где ... Н° — абсолютные высоты масс-спектрометрических пиков; 1 ... п — число масс-спектрометрических пиков; 1 ... I — число выявленных масс-спектров веществ; СЧ ... С? — абсолютные концентрации веществ; ... А — соответствующие абсолютные эффективности ионизации веществ (например, в единицах иона на 1 Э-см) по основному наиболее интенсивному иону (для которого условно Л'р=1000); 6 — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбранных единиц измерения концентраций и высот пиков суммарной масс-спектрограммы ... давления анализируемой смеси в ионном источнике и силы тока электронов.
Как видно из выражения (2), число уравнений строго равно числу масс-спектрометрических пиков в суммарной масс-спектрограмме п, в то же время число неизвестных концентраций равно /, а общее число неизвестных в системе с учетом коэффициента к, который не вполне удобен для надежного определения, равно /+1. Поскольку каждое из веществ имеет несколько линий, то число уравнений всегда больше числа неизвестных (обычно л=0,6-^-0,8 Г), т. е. решение системы приводит к строго однозначным значениям концентраций.
Для масс-спектрограммы воздушной среды строго характерен пик молекулярного азота, основного постоянного газа атмосферы. Показателями концентраций веществ с тем же или близким молекулярным весом — окиси углерода, этилена, этана, формальдегида, метиламина и др. (Дж. Бей-нон), содержащихся в воздухе, по сравнению со значениями концентрации
3*
67
азота практически можно полностью пренебречь. Кроме того, можно пренебречь и вкладом этих веществ в общую высоту пика с массой 28. Поэтому одно из уравнений (2) существенно упрощается:
К=кЪ£аа> О)
где <т£8 — эффективность ионизации молекулярного азота до иона Г^;
— абсолютная концентрация азота в анализируемой пробе.
Разделив оставшиеся уравнения системы (2) на уровнение (3), получим ту же систему без одного уравнения для но в упрощенном виде:
И1=Чхк\С1+ЧгК\Сг+ ...+ <71Н\С1 д^2Сй+ ... +я1Н2С1
К=чЛ\С1+ЧгК>пСг+ , (4)
где Лх ... Лп — относительные высоты пиков на суммарной масс-спектро-грамме (по отношению к пику азота 28); ... С( — относительные концентрации веществ (по отношению к азоту); <71 ... q^ — относительные эффективности ионизации (по отношению к азоту до иона
Относительную эффективность ионизации веществ по азоту подсчитывают, исходя из эффективности ионизации и количества атомов, входящих в вещество, или на основании литературных данных, учитывая, что для азота по нону она составляет при 70 эВ 6,31 ион/Э-см (М. Т. Дмитриев и С. Я. Пшежецкий). Кроме того, для расчета можно использовать имеющиеся в опубликованных каталогах величины В (отношение основного пика вещества к основному пику бутана с массой 43) и Я (отношение основного пика вещества к основному пику гексагекана с массой 57 при том же давлении паров вещества в источнике) или Т (отношение основного пика к основному пику толуола с массой 92 при том же его количестве в источнике). Так, величина В для азота 0,64 и, следовательно, для бутана 9= 1,56, для бензола 5=1,44, <7=2,44, для сернистого газа В=0,46, <7=0,72.
Систему линейных алгебраических уравнений (4) решают с помощью методов линейного программирования, основанных на обращении матрицы коэффициентов системы уравнений. Для этого реализуют 3 основные вычислительные программы. Помимо них, используют также ряд вспомогательных программ, осуществляющих формирование и корректировку каталога карточек масс-спектров в зависимости от природы загрязняющих веществ. Одной из таких программ является и окончательное представление данных анализов в общепринятом виде (в миллиграммах в 1 м3) путем осуществления простейшей арифметической операции с учетом коэффициента концентрирования. Концентрирование проб при масс-спектрометрнче-ском анализе возможно в 2 этапа (М. Т. Дмитриев и соавт.). Сначала проба объемом несколько литров вымораживается до объема ловушки, который затем откачивается до остаточного давления напуска. Благодаря этому коэффициенты концентрирования достигают 10*-т-107. Расчет проводят по формуле:
С? = 34.7^, (5)
где С,0 — концентрация вещества в исходной пробе, в мг/м3; Мг — его молекулярный вес; — коэффициент концентрирования.
Наряду с полным решением системы (4) достаточно эффективны также и другие методы, в частности использование характеристических пиков ионов (А. А. Полякова и Р. А. Хмельницкий). Практически приемлемы и методы приближенной идентификации и расчета масс-спектрограмм, в
частности метод последовательного вычитания масс-спектров от небольших масс. Примеры применения этого метода при анализе сложных смесей, возникающих при загрязнении воздуха продуктами жизнедеятельности человека, отработавшими газами автомобилей, продуктами горения природного газа или в производстве тетрациклина, приведены ранее (Ю. В. Новиков и соавт.). Э. С. Лахно и соавт. применили масс-спектрометрию для определения химического состава летучих выделений растительности. Вместе с тем проведенные ранее исследования показывают, что применение автоматики и вычислительной техники для эффективного масс-спектромет-рического анализа воздушной среды, включая и хромато-масс-спектромет-рию, обеспечивают экспрессность, точность и надежность получаемых результатов.
ЛИТЕРАТУРА. Бейнон Дж. Масс-спектрометрия и ее применение в органической химии. М., 1964. — Д м и т р и е в М. Т., Китросский Н. А. — «Гиг. и сан.», 1966, № 7, с. 54. — Дмитриев М. Т., Пшежецкий С. Я.—В кн.: Действие ионизирующих излучений на неорганические и органические системы. М., 1958, с. 145. —Д и и т р и е в M. Т., Р а с т я н н и к о в Е. Г., Губернский Ю. Д. — В кн.: Гигиена жилых и лечебно-профилактических зданий. М., 1976, с. 60.—Дмитриев М. Т., Шевколович Ю. В. Применение масс-спектрометоического анализа к определению загрязнения воздуха и воды, М., 1967.—Л а х н о Э. С., К. о з л о в а Н. В., Выхрестюк Т. А. — «Гиг. и сан.», 1976, № 7, с. 72. — H о в и к о в Ю. В., Дмитриев М. Т., Хрусталева В. А. — Там же, 1973, № 6, с. 70. — П о -лякова А. А., Хмельницкий Р. А. Масс-спектрометрия в органической химии. Л., 1972.— Cornu A., Massot R. Compilation of Mass Spectral Data. New York, 1975.
Поступала 4/1 1977 p.
УДК 015.9.076.7
Канд. биол. наук Е. М. Юровская
ДЕГИДРОГЕНАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ БАКТЕРИЙ КАК ТЕСТ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Киевский научно-исследовательский институт общей и коммунальной гигиены
им. А. Н. Марзеева
С точки зрения гигиены представляет интерес выяснение характера воздействия химического загрязнения на ту часть микробиального ценоза, которая является показателем ее санитарного состояния. Для этой цели широко используют метод, известный под названием «проба на развитие» (М. М. Калабина). Недостатками его являются длительность проведения наблюдений (10 сут) и способность многих веществ за указанный срок значительно изменять первоначальную концентрацию вследствие гидролитического распада или микробной деструкции. В последние годы уделяется внимание исследованию активности ферментов бактериальных клеток как теста для определения токсического действия химических веществ(В. М. Зотов; Ц. И. Роговская).
Задачей нашей работы было изучение дегидрогеназной активности эшерихий для оценки токсичности для них хлорофоса-пестицида, широко используемого в сельском хозяйстве и быту. В основу определения дегид-. рогеназной активности тест-бактерий положена методика, предложенная Кип и АЬоос! (А. Ф. Мороз). Это потребовало дополнительных исследований для отработки параметров опыта применительно к изученным тест-бактериям. При этом оказалось необходимым установить: 1) время и скорость центрифугирования, позволяющие проводить полное отделение бактериальной биомассы, 2) оптимальный объем бактериального инокулянта, образующего формазан в наиболее короткие сроки наблюдения, 3) концентрацию трифенилтетразолий хлорида, не токсичную для тест-бактерий и в то же
