CC BY
5
Выводы
1. Во всех отобранных пробах воздуха электролизного цеха алюминиевого завода содержание 3,4-бензпирена колеблется: на рабочих местах от 0,0137 до 0,0221 мкг/л, при выемке штырей соответственно от 0,0361 до 0,2250 мкг/л и в дымке, выделяющейся из-под штырей, от 0,0519 до 1,3200 мкг/л.
2. Достигнуто упрощение метода количественного определения 3,4-бензпирена.
ЛИТЕРАТУРА
Дикун П. П. Вопр. онкол., 1955, № 5, с. 24.— Дикун П. П. Там же, 1961, №7, с. 42.— Самсонов Г. В. Хроматография. Л., 1955.-—Mal у Е., Moder Е., Pracov. Lek., 1961, т. 13, с. 242. — Р i t z s с h A., Pharmazie, 1957, Bd." 12, S. 24.
Поступила 13/11 1965 r.
УДК 612.014.4-087.+612.014.421
К ВОПРОСУ О РАЗРАБОТКЕ ПРОСТОГО МНОГОКАНАЛЬНОГО ИНТЕГРАТОРА С ОДНОИМПУЛЬСНЫМ ОТСЧЕТОМ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА МЕДЛЕННО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Б. Н. Балашев
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. И. Сысина АМН СССР, Москва
Практика гигиенических исследований с целью определения степени воздействия на организм факторов внешней среды требует возможно более полного охвата функциональных показателей испытуемых. Эти показатели в виде различных электрограмм регистрируются полифизиографами на бумажной ленте. Полифизиографы частью своих каналов приспособлены к регистрации относительно быстрых биопроцессов— электрической активности головного мозга (каналы ЭЭГ). Другая часть каналов регистрирует биопроцессы более медленной периодичности: дыхание, сердечную деятельность и др. С помощью полифизиографии в руки экспериментатора поступает довольно объемная биоинформация, обработка которой требует квалификации, времени и большого напряжения. Кроме того, визуально-графическая оценка электрограмм слишком субъективна, чтобы быть достаточно точной (А. Д. Семененко, Б. Н. Балашев и др.).
В последние годы визуальный анализ биоинформации стал заменяться автоматическим, т. е. осуществляться различными приборами, способными отмечать изменение интенсивности и периодичности регистрируемых биопроцессов непосредственно в ходе эксперимента (В. А. Кожевников, Р. М. Мещерский). Однако до сих пор автоматизация анализа биоинформации в основном охватывает лишь электроэнцефалографию. Электрограммы более медленных биопроцессов по-прежнему оцениваются визуально. Автоматизация их анализа ждет своего решения.
Следует указать, что разделение биопроцессов на быстрые и медленные в физиологическом смысле, видимо, не столь существенно, так как все они протекают в довольно близких частотных пределах и их рабочие полосы взаимно перекрываются на значительных участках.
Так, рабочая полоса периодичности дыхания (пневмотахограммы— Пптг) лежит на краю полосы периодичности потенциалов мозга (электроэнцефалограммы— ПЭЭГ), выходя из нее всего лишь на 0,8 гц. Но с точки зрения техники, осуществляющей регистрацию этих процессов, разделение их на быстрые и медленные просто необходимо.
Известно, что величина отводимых от организма биосигналов очень мала — в пределах от десятков микровольт до нескольких милливольт. Для раскачки перописца нужно усиление с помощью специальных усилителей низкой частоты (УНЧ). Но частотные характеристики УНЧ — графики, показывающие зависимость коэффициента усиления К усилителя от частоты усиливаемых колебаний (рис. 1), не являются плоскими (прямыми линиями, параллельными оси частот а имеют на краях рабочей полосы частот «завалы» (участки с резко падающим К). Эта особенность частотных характеристик УНЧ не дает возможности равномерно усиливать биоэлектрические сигналы с полосой частот, близкой к Р, равной нулю, и ограничивает область их применения более высокими частотами.
Для усиления низкочастотных колебаний, которые занимают полосу, вплотную примыкающую к /\ равную нулю, применяют так называемые усилители постоянного тока (УПТ). Последние способны усиливать с постоянным К все инфраниз-кие частоты, вплоть до сигналов постоянного тока. Такое свойство УПТ обеспечивается непосредственной связью их каскадов, при которой переходные емкости, обусловливающие завал частотной характеристики УНЧ, отсутствуют. Именно поэтому для усиления сигналов медленных биопроцессов применяются УПТ, а не УНЧ, хотя режим работы последних устойчивее и схема проще. С учетом свойств УПТ мы рассмотрели возможность количественного (амплитудного) анализа медленно изменяющихся биопроцессов и разработали прибор — простой многоканальный интегратор медленных биопроцессов [ПМИ (м)] (Б. Н. Балашев).
В отличие от большинства современных интеграторов ПМИ(м) прост и портативен, способен охватить все каналы полифизиографа и имеет более удобную одноимпульсную форму отсчета результатов анализа. Точность отсчета не выходит за пределы 5% погрешности, принятой для промышленных аналогичных приборов. Наконец, результаты анализа записывают на самих графиках анализируемых электрограмм, что не требует специальных, регистрирующих результаты анализа канала и пера.
Принципиальная схема одного канала ПМИ(м) изображена на рис. 2. Часть ее, выделенная штриховой линией, является УПТ одного канала полифизиографа с выходным каскадом на транзисторах Т! и Т2. Другая часть схемы — собственно ПМИ (м) с автоматом отсчета.
Принцип действия ПМИ(м) одного канала следующий. Параллельно сигнальной обмотке перописца к выходу оконечного каскада УПТ подключено переменное сопротивление Из. Для меньшего шунтирования сигнальной обмотки пера его величина подбирается из расчета Нз=100 И обм. При отсутствии сигнала на входе канала УПТ движок потенциометра можно поставить в такое положение, что его потенциал относительно «земли» будет равен нулю. Следует отметить, что потенциометром Из осуществляется предварительная, грубая балансировка входа ПМИ(м). Точная балансировка производится
А'тах -/1 доп.
1-------Ч:
— П/2 -
-п/г-
*ср
Г"
'ср
Рис. 1. Типовая частотная характеристика усилителя низкой частоты. Ктах — максимальный коэффициент усиления; Кдоп. — допустимый уровень снижения коэффициента усиления; Го— средняя частота полосы; р Ср — нижняя частота среза; /■' Ср — верхняя частота среза; П — рабочая полоса
регулятором вывода пера на изолинию. При таком сбалансированном положении входа ПМИ(м) на диагонали аЬ выпрямительного моста Дь Дг, Дз и Д4 наличие биосигнала вызовет переменное напряжение, изменяющееся по его закону.
Снимаемое с диагонали ей этого моста выпрямленное напряжение биосигнала поступает на так называемую интегрирующую цепь Эта цепь имеет большую постоянную времени (т = 50 сек.), благодаря чему заряд емкости С] через сопротивление происходит почти по линейному закону (погрешность при длительности эпохи 5 сек. равна 5%)- Цепь осуществляет действие, известное в высшей матема-
тике как взятие определенного интеграла от ограниченной во времени функции, чем и объясняется ее название. Такой способ интегрирования
Рис. 2. Принципиальная схема простого многоканального интегратора для количественного анализа медленных биопроцессов.
А — усилительный канал полифизиографа (УПТ); Б — канал интегратора; В — автомат отсчета.
позволяет автоматически по уровню напряжения на емкости С] определить приложенное к цепи Ё4С1 среднее напряжение выпрямленного биосигнала за ограниченное время эпохи.
Через наперед установленное время эпохи срабатывает автомат отсчета и закорачивает вход канала УПТ. Благодаря этому регистрация биосигнала прекращается и перо выходит на изолинию. Затем емкость С] разряжается на первичную обмотку трансформатора Тр1. Возникший при разряде емкости С1 остроконечный импульс поступает на вход оконечного усилителя этого канала УПТ и фиксируется на ленте электрограммы. Его амплитуда прямо пропорциональна среднему напряжению выпрямленного биосигнала за эпоху. Далее автомат отсчета раскорачивает вход канала УПТ и регистрация электрограммы продолжается до его следующего срабатывания, т. е. до конца очередной эпохи.
Описанная выше работа одного канала ПМИ(м) происходит одновременно во всех его каналах, в результате чего на ленте электрограммы записываются кривые регистрируемых функциональных зависимостей, на которых же в момент отсчета фиксируются импульсы их амплитудного (количественного ) анализа (рис. 3).
Автомат отсчета, управляющий работой всех каналов ПМИ(м), имеет схему, состоящую из блока питания, электронного реле времени
и системы электромагнитных реле (см. рис. 2). Блок питания состоит из силового трансформатора Тр2, выпрямительного моста Д5, Дб, Д? и Д8, Г-образного фильтра РбС3 и стабилизатора напряжения на стабилитронах Л] и Л2. Он работает без характерных особенностей, обеспечивая стабильное постоянное напряжение для питания реле времени.
Реле времени (1^7, Ив, С4, Р1 и Л3) задает периодичность срабатывания автомата отсчета, которая устанавливается потенциометром Яв-Основой его схемы является обычный генератор импульсов на неоновой лампе. Стабильное напряжение через большие сопротивления Иг и И8 заряжает емкость С4. Через время, определяемое величиной т = = (Р7 + Р8)С4, напряжение на обкладках емкости С4 достигает величины напряжения зажигания стабилйтрона Л3, и он зажигается. Образуется низкоомная цепь разряда емкости С4 через обмотку реле Р1 и стабилитрон Л3. Под током разряда емкости С4 реле Р1 срабатывает и ставит под напряжение через ограничительное сопротивление Ид систему реле
ЛЫМЛЛ|Л/\|Л
г
г
\rrrn
гг
ГГГГГГГГупЧЧ!
4/
чую
1
V;
V
V
г^Г"
N
пг^
гчгч
гл
гг
Г
гг
Г"
Мт
Рис. 3. Осцилограмма различных медленных биологических процессов с импульсами отсчета интегратора при времени эпохи анализа, равном
5 сек.
/ и 2 — пульсограммы с пальцев левой и правой рук; 3 и 4 — реовазограммы головы и правой руки; 5 и 6 — дыхание левого и правого легких.
Рг—Р 1 [Р| группа реле, назначение которой подобно Р2 не показанных на схеме остальных каналов ПМИ(м)].
Контакты реле Р2—Р| закорачивают входы каналов УПТ, останавливая запись электрограммы на время отсчета. Емкость С5 определяет время закоротки входов каналов УПТ. Один из реле Р| через ограничительное сопротивление Рю включает реле Р3, а через него — систему реле Р4 — Р 1 [Р*| —группа реле, назначение которой подобно Р4 не показанных на схеме остальных каналов ПМИ (м)]. Реле Р3 благодаря сопротивлению Ию и емкости С6 обеспечивает небольшую временную задержку в срабатывании системы реле Р4—Рь Эти реле при срабатывании своими замыкающимися контактами разряжают накопительные емкости интегрирующих элементов всех каналов ПМИ(м) на их отсчет -ные цепи. Из-за некоторой задержки в их срабатывании перья полифизиографа полностью выходят на изолинии, что нужно для точного определения величины амплитуды импульсов отсчета. После записи импульсов отсчета реле Р2—Р| закоротки входов каналов УПТ отпускает и вновь начинается запись электрограммы до очередного срабатывания реле времени.
Таким образом, в продолжение всего эксперимента регистрируются функциональные показатели испытуемого и автоматически проводится их количественный анализ. Для записи импульсов отсчета регистрация электрограмм периодически прерывается. Длительность регистрационной паузы равна 0,1 сек., вследствие чего не наблюдается значительной
утраты биоинформации. Однако экономичность использования каналов полифизиографа оказывается предельно высокой: регистрация биоинформации и результатов анализа осуществляется одним каналом, а не двумя, как это принято в промышленных анализаторах.
Практическое использование ПМИ(м) при проведении эксперимента начинают с прогрева полифизиографа и ПМИ(м), затем калибруют каналы УПТ с помощью имеющихся в их блоках собственных органов калибровки. При этом на ленте пишутся калибровочные импульсы, амплитуда которых пропорциональна величине сигнала калибровки и устанавливается регуляторами усиления каналов УПТ. Далее перья каждого канала УПТ поочередно отводят от изолинии на величину импульса
/ 2 3 4 Я
Рис. 4. Способ калибровки канала ПМИ (м).
1—3— импульсы калибровки канала УПТ полифизиографа; 4—8 — импульсы отсчета канала ПМИ(м); 5 — калибровка ПМИ(м):1 мм соответствует 10 мв среднего напряжения за эпоху; 6. 7 и 8 — реовазограм-ма с импульсами отсчета результатов ее анализа.
калибровки и определяют амплитуду импульсов отсчета ПМИ(м) с помощью потенциометров Величина импульса отсчета должна быть такой, чтобы при максимальном сигнале перо во время отсчета не испытывало ограничения (рис. 4).
После калибровки измеряют импульсы отсчета и определяют значение среднего напряжения (или другой физической величины), приходящегося на 1 мм каждого импульса отсчета. По окончании калибровки на входы каналов полифизиографа подают биосигналы и начинают их регистрацию и анализ.
Выводы
1. Простой многоканальный интегратор позволяет производить автоматически количественный анализ медленно изменяющихся биопроцессов в полосе частот от 0 до 100 гц.
2. Принцип работы интегратора состоит в медленном заряде и быстром заряде емкости интегрирующей цепи с большой постоянной времени (Т=Н4С1 = 50 сек.).
3. Интегратор медленных биопроцессов подключается к регистратору через элементы (симметрирующий потенциометр и трансформатор), не вызывающие частотных искажений и нарушений балансировки схемы при отсчете.
4. Апробация интегратора проведена при регистрации и анализе пневмотахограммы, реовазограммы и пульсограммы на полифизиографе «Галилео». Датчиками для преобразования физиологических процессов в электрические переменные величины служили пневмотахограф, двухканальный реограф, фотоплетизмограф и резина с графитовым наполнителем под током.
5. Прибор имеет простую и компактную схему, точен и надежен в работе. Его изготовление не может вызвать затруднений.
ЛИТЕРАТУРА
Балашев Б. Н. Гиг. и сан., 1965, № 9, с. 54. — К о ж е в н и к о в В. А. Мещерский Р. М. Современные методы анализа электроэнцефалограммы. М., 1963, с. 84. — С е м е н е н к о А. Д., Балашев Б. Н. и др. Тезисы докл. Всесоюзн. научной конференции по вопросам гигиены воды и санитарной охраны водоемов. М., 1963, с. 33.
Поступила 1/П1 1965 г.
