CC BY
4
и ПДКсо — установленные допустимые концентрации для N0t и СО для производственного помещения.
Итак, описанные выше методы оценки суммарного действия химических веществ с помощью уравнений (4, 5), принятые в гигиенической практике, достаточно убедительно отражают лишь уровень превышения допустимых концентраций, не определяя степени вредности суммы обнаруженных в воздухе химических веществ. С этой целью нами предлагается следующее критериальное соотношение:
^ <-oni L Lodi Jtnln
где Сг — обнаруженные концентрации химических веществ; Соп,- — опасные концентрации химических веществ, вызывающие сдвиги в показателях жизнедеятельности организма за определенный срок. Время для определения С0щ берут для всех ингредиентов одинаковое — 2, 4, 6, 8 ч и т. п., величины СоПГ устанавливают на основании эксперимента или литературных данных о влиянии токсических веществ на различные физиологические функции организма. ^---характеризует долю опасности, вкладываемую каждым ингредиентом; комплексный учет уровня и времени воздействия вредных веществ на организм позволяет суммировать подобные
1 — наименьшая величина отношений для различных . coni Jmln
веществ, представленных в левой части критериального соотношения (6).
Предлагаемая формула позволяет наиболее объективно оценить степень опасности пребывания человека в производственной атмосфере при наличии в ней вредных веществ.
Таким образом, анализ существующих расчетных методов суммарной оценки загрязнений воздушной среды дает возможность заключить, что суммарный показатель загрязнения воздуха, вычисленный по существующим формулам, не всегда отвечает гигиеническим требованиям. Для оценки загрязненности атмосферного воздуха населенных мест предложена новая формула, инвариантная к количеству измеренных невзаимодействующих загрязнителей, учитывающая различную степень их токсичности, возможность взаимодействия, а также метеорологические условия. Для оценки степени загрязнения воздушной среды производственных помещений предложено критериальное соотношение.
ЛИТЕРАТУРА. Аверьянов А. Р. Гиг. и сан., 1957, № 8, с. 64. — Кустов В. В., Тиунов Л. А. Там же, 1960, № 7, с. 92. — В a b с о с k L. R., J. Air Pollut. Control Ass., 1970, v. 20, p. 653.
Поступила 28/Xt 1973 года
отношения.
УДК 614.37:678.61-092.9
Канд. мед. наук В. О. Шефтель
ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В САНИТАРНОЙ ХИМИИ ПОЛИМЕРОВ
Всесоюзный научно-исследовательский институт гигиены и токсикологии пестицидов, полимерных и пластических масс, Киев
Нам хотелось бы обратить внимание читателя на некоторые методы планирования и анализа экспериментов — направление, которое с 1960 года быстро развивается после появления известной работы Box и Wilson в нашей стране. В основном это заслуга проф. В. В. Налимова и его учеников.
Мы приведем примеры решения задач санитарной химии полимеров, где планирование эксперимента, по нашему убеждению, может найти исключительно удачное приложение. Не входя в подробности техники операций, которые достаточно подробно описаны (Ю. П. Адлер и соавт., Э. Э. Рафалес-Ламарка и В. Г. Николаев), мы хотели бы подчеркнуть, что на первых порах вычислительная работа может быть сведена к простым арифметическим действиям и табличному выбору коэффициентов.
Идейная сторона вопроса заключается в следующем. Большинство экспериментов, осуществляемых в лабораторных гигиенических исследованиях, посвященных изучению влияния какого-либо фактора, ставятся таким образом, что изучаемый фактор (например, температуру) изменяют в некотором интервале, в то время как остальные условия поддерживают на выбранном стабильном уровне. Так, например, получают кривую газовыделения из полимерного материала в зависимости от температуры. Определяя интенсивность выделения летучих веществ из линолеума при 20, 30, 40° и т. д. находят критическую точку, когда газовыделение достигает допустимого уровня и экспериментатор может сделать заключение о том, при какой температуре применение полимерного материала в жилом помещении безопасно с гигиенической точки зрения. Однако есть и другие факторы, сильно влияющие на газовыделения (время, прошедшее с момента изготовления материала, насыщенность помещения материалом, воздухообмен в помещении и т. д. и т. п.). Ставить однофакторные эксперименты с каждым интересующим нас фактором явно невыгодно, а число сочетаний этих факторов на различных уровнях велико.
Чтобы выяснить влияние каждого из факторов, обычно задают не менее 4—5 различных значений или вариантов, исходя из того, что точность эмпирических зависимостей, найденных всего по 2—3 точкам, невелика. Использование же 4—5 вариантов требует весьма большого числа экспериментов. Так, для полного исследования влияния на интенсивность миграции летучих веществ из полимерного материала 3 факторов (температура воздуха, время контакта и срока, прошедшего с момента изготовления материала), каждый из которых может принимать по 5 значений, потребуются исследования 53=125 различных комбинаций этих факторов (не считая повторения исследований для получения устойчивых средних, при условии, что об интенсивности миграции мы будем судить по одному веществу, что далеко не всегда возможно).
Выход заключается в принятии новой стратегии экспер имента, которая заключается в планировании такого сочетания изучаемых факторов, которое дает возможность при минимальном числе опытов наиболее равномерно охватить пространство независимых переменных, что является совсем новой для экспериментаторов идеей, выдвинутой математической статистикой.
Следует отметить, что химику, привыкшему варьировать лишь 1 параметр (например, температуру), т. е. вести опыт «при прочих равных условиях», на первых порах вполне достаточно овладеть техникой постановки 2-, 3-, 4-факторных экспериментов, охватывающих огромное множество задач.
Планирование эксперимента дает ожидаемый эффект лишь в том случае, если экспериментатор является достаточно квалифицированным специалистом в своей области, глубоко понимает специфику и существо решаемой задачи. На результатах не должно сказываться сильное влияние не-уточненных факторов, иначе конечный результат будет обладать значительной ошибкой. Только компетенция исследователя может помочь ему определить область значений факторов, о которой он хочет получить необходимую информацию. Наиболее типичные условия эксплуатации изделий из полимеров могут быть приняты за нулевой уровень при построении плана эксперимента. Построение плана сводится к выбору экспериментальных точек, симметричных относительно нулевого уровня.
Математическая модель, которая систематически используется при планировании экспериментов,— алгебраический полином I, II или III степени. Модель эта должна удовлетворять 2 требованиям: быть адекватной и простой. Коэффициенты полинома вычисляют по методу наименьших квадратов, что иногда сопровождается громоздкими вычислениями. Для облегчения расчетов удобно пользоваться специальными таблицами, составленными на основании полиномов Чебышева, которые дают наилучшие коэффициенты, соответствующие критерию наименьших квадратов.
Если погрешность аппроксимирующего уравнения — величина того же порядка, что и погрешность измерения (определения), то можно считать, что полученное описание адекватно.
Рассмотрим на 2 примерах интерпретацию полученных математических описаний при составлении гигиенического заключения.
Пример 1. Исследовали емкости из полистирола для хранения питьевой воды. Поскольку гигиеническая оценка полистирольных изделий определяется в основном интенсивностью выделения мономера, определяли концентрацию стирола в воде, контактирующей с полимерными изделиями. Пользуясь табличной матрицей планирования, эксперимент ставили в 8 точках, варьируя при этом одновременно три фактора: 1) температура (Хг) — от 20° до 80°; время контакта с водой (Х2) — от 1 до 3 сут; 3) рН воды (Х3) — от 6,3 до 8,2.
Используя полученные экспериментальные данные, вычислили коэффициенты полинома, описывающего процесс миграции стирола в воду.
У = 0,1 -)-0.24Х,+ 0,18Х2—О.ООЗА'з. (1)
При проверке адекватности описания было установлено, что его ошибка соответствует примерно ошибке определения стирола, вследствие чего можно удовлетвориться полученной линейной моделью.
Поскольку ПДК стирола в воде равна 0,1 мг/л, мы делаем вывод, что использование емкости из полистирола для хранения питьевой воды с гигиенической точки зрения допустимо при У^0,1. Это справедливо при следующих условиях: см. полученный полином (1) — Х^О и Х2=^0, т. е. температура воды не выше 50°, время хранения не более 2 сут. Коэффициент при Хя (рН воды) весьма мал (незначим), и им можно пренебречь. Это означает, что колебания рН в изучаемых пределах (6,3—8,2) не оказывают существенного влияния на интенсивность миграции стирола.
Пример 2. При санитарно-химическом исследовании линолеума получили линейную аппроксимацию процесса выделения из него дивинила в зависимости от 4 факторов, варьирующих в следующих пределах: 1) температура воздуха (Х^ —от 20 до 40°; 2) насыщенность помещения полимерным материалом (X2)—от 0,2 до 0,4 м2/м3; 3) время, прошедшее с момента изготовления линолеума (Х3) — от 1 до 6 мес; 4) относительная влажность воздуха (X 4) — от 40 до 80 %
У = 0,62 + 0,52Х1 + 0,45Х2 — 1,4Х3 + 0,0024*«. (2)
Поскольку миграция других вредных веществ из данного линолеума не превышает имеющихся гигиенических нормативов, заключение о возможности его применения в жилищном строительстве можно дать, ориентируясь на допустимый уровень выделения дивинила (1,0 мг/м2). Допустимый уровень дивинила не будет превышен при Ке£:1,0. Это соотношение соблюдается при следующих условиях — см. полином (2): а)
т. е. при температуре воздуха до 40°, насыщенности помещения материалом до 0,4 м2/м3 и, времени, прошедшем с момента изготовления линолеума, не менее 6 месяцев; б) —1 Ха^0, т. е. при температуре воздуха
до 40°, насыщенности помещения материалом до 0,2 м2/м3 и времени, про-
шедшем с момента изготовления линолеума, не менее 3,5 мес; в) —1 X3^i0, т. е. при температуре воздуха до 20°, насыщенности помещения материалом до 0,4 и времени, прошедшем с момента изготовления линолеума, не менее 3,5 мес.
Полученная модель свидетельствует также о том, что через месяц после изготовления данный линолеум в помещении с насыщенностью 0,2 м2/м3 и температурой воздуха до 20° может создавать концентрацию дивинила в воздухе — 1,05 мг/м3, что незначительно превышает допустимый уровень.
Можно также сделать вывод о том, что изменение относительной влажности от 40 до 80% существенно не сказывается на интенсивности миграции дивинила из линолеума (коэффициент при Xt весьма мал).
Анализ приведенных примеров показывает, что во многих случаях планирование эксперимента в санитарной химии полимеров дает большую экономию сил и времени, позволяя получить достаточно полную информацию, представленную в удобной для интерпретации форме. Следует оговориться, что иногда не все в подобных задачах оказывается простым и очевидным, как в приведенных примерах (даже для линейной регрессии не всегда легко найти хорошие планы эксперимента), воспользоваться готовыми таблицами и элементарными выкладками. В ряде случаев приходится прибегать к линейным описаниям заведомо нелинейных процессов. Однако накопленный нами опыт позволяет говорить о перспективности такого подхода по сравнению с традиционным, связанным с последовательным перебором вариантов, и рекомендовать широкое использование некоторых методов планирования и анализа экспериментов в санитарной химии полимеров.
ЛИТЕРАТУРА. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., 1971.— Налимов В. В. Теория эксперимента. М., 1971. — Рафалес-ЛамаркаЭ. Э., Николаев В. Г. Некоторые методы планирования и математического анализа биологических экспериментов. Киев, 1971.—Box G. Е., Wilson К. В., J. Roy. Statistic. Soc. Ser. 1951, v. 13, p. 1.
Поступила 30/V 1973 года
Из практики
УДК 614.777(47-25)
О. М. Гринблат, В. Ф. Сундатов, Т. И. Садикова, Т. А. Гусарова, Г. Г. Вере нова
ОПЫТ САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ ВОДОЕМОВ НА ТЕРРИТОРИИ РАЙОНА МОСКВЫ
Санэпидстанция Краснопресненского района, Москва
Санэпидстанция Краснопресненского района Москвы многое сделала для выявления выпусков сточных вод в Москву-реку и ее притоки, усилила лабораторный контроль за составом сбрасываемых стоков и качеством воды водоемов. Количество анализов, еще 10 лет назад составлявшее единицы, возросло до 500 в год.
Особое значение для района имеет сброс сточных вод автохозяйств. Проведено специальное обследование и даны предложения по оборудованию всех выпусков очистными сооружениями. Одновременно осуществлялся контроль за эксплуатацией существующих очистных сооружений. По требованию санэпидстанции их мощность увеличивалась, устанавливались ^дополнительные фильтры, улучшалась очистка отстойников и сброс нефтепродуктов. Все это повышало техническую эффективность очистных сооружений — по взвешенным веществам в 20—25 раз и по нефтепродуктам — в 7—15 раз.
При осуществлении санитарного надзора за условиями сброса сточных вод автохозяйств отбирали пробы сточных вод во время мойкн машин из смотрового колодца (среднюю
