Автореферат диссертации на соискание ученой степени

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3

Глава III. Анализ исходной экспериментальной информации о времени релаксации спин-спинового и спин-решеточного взаимодействия электронов проб-образцов факторов окружающей природной среды.

В таблице 1 приведены исходная экспериментально полученная информация о времени релаксации спин-спинового (Т₂) и спин-решеточного (Т₁) взаимодействия электронов проб-образцов факторов окружающей природой среды (вода водопроводная, природная, а также алкогольсодержащие напитки, в данном случае пиво трех марок («Толстяк», «Балтика №3» и «Красный Восток») на базе применения специально сконструированного прибора ЯМР-релаксации. В качесте контрольной пробы использовалась вода дистиллированная.

Данные таблицы 2 свидетельствуют о том, что добавление серы в дистиллированную воду может служить фактором достоверного повышения уровня мутагенной активности проб-образцов дистиллированной воды, т.е. сера может вызывать изменения в строении ДНК, которое выражается в достоверном уменьшении времени релаксации взаимодействия электронов в опытных вариантах (№2 и №3) по сравнению с контролем (№1).

Таблица 2

Анализ мутагенной активности загрязнений водопроводной воды (г. Астрахань) методом «ЯМР-релаксации» (2000-2005 гг.)

№№	Проба	Время релаксации (мсек^-1)*	Критерий Стьюдента, t**
№№	Проба	Время релаксации (мсек^-1)*	t_табл_.	t_факт.
1	Чистая вода, (контроль)	2422,61±40,11	2,04	t_1-2=2,23
2	Вода с добавлением серы (А)	2510,11±60,13		t_1-3=0,53
3	Вода с добавлением серы (В)	2445,23±50,17		t_2-3=1,31

Примечание: * – при анализе времени релаксации использовали общие средние исходные значения Т₂ (спин-спиновое) и Т₁ (спин-решеточное) взаимодействие электронов;

** – достоверная значимость различий наблюдается только между вариантами (пробами) 1 и 2;

А – проба серы с газоконденсатного комплекса, В – проба серы, собранная вдоль ж/д полотна станции Астрахань-II.

О том, что добавление серы в воду может выступать в качестве фактора, повышающего уровень мутагенной активности загрязнений проб-образцов водной среды, не только дистиллированной, но и природной и водопроводной, как в г. Астрахани, так и в г. Казани, свидетельствуют данные, приведенные в таблицах 3-5.

Так в таблице 3 приводятся средние значения времени релаксации проб-образцов водопроводной воды в г. Казани (р. Казанка).

Таблица 3

Сравнительный анализ мутагенной активности загрязнений водопроводной воды (г. Казань), выявленный косвенным методом «ЯМР-релаксации» (2000-2005 гг.)

№№	Проба	Время релаксации (мсек^-1)*	Критерий Стьюдента, t**
№№	Проба	Время релаксации (мсек^-1)*	t_табл_.	t_факт.
1	Чистая вода, (контроль)	2531,13±27,43	2,04	t_1-2=3,89
2	Вода с добавлением серы (А)	2379,07±39,13		t_1-3=0,54
3	Вода с добавлением серы (В)	2499,05±61,89		t_2-3=2,00

Примечание: * - при анализе времени релаксации использовали средние исходные значения Т₁ и Т₂ - [(Т₁+Т₂)/2] взаимодействия электронов;

** - достоверно значимое различие наблюдалось только между вариантами (пробами) 1 и 2;

Анализ данных таблицы 3 показывает, что разница время релаксации взаимодействия электронов в пробах водопроводной воды (г. Казань) между вариантами 1 и 2, т.е. «чистой» и с добавлением сера «А» математически достоверна (критерий Стьюдента фактический 3,89), а разница между вариантами 1-3 и 1-2 не достоверна (критерий Стьюдента фактический меньше табличного 2,04). Это связано с тем, что в пробе серы типа «В» содержатся супермутагены, подавляющие действие серы.

О наличии данного эффекта свидетельствуют и анализ литературных данных (работы Н.В. Тимофеева-Ресовского, Н.П. Дубинина, И.А. Рапапорта и др.), но достоверно-научного обоснования из-за невозможности использования явления ЯМР, до нас никем не было сделано.

В таблице 4 приведены результаты сравнительного экспериментального анализа одних и тех же проб-образцов природной воды (г. Астрахань и г. Казань, р. Волга и р. Казанка соответственно) между уровнем мутагенной активности, определенной методом «Мёллер-5» и временем релаксации взаимодействия электронов.

Таблица 4

Результаты сравнительного анализа мутагенной активности (%) загрязнений проб-образцов природной воды и значений времени релаксации взаимодействия электронов (мсек^-1) данных проб-образцов воды из реки Волга (г. Астрахань) и р. Казанка (г. Казань) 2006 г.

№ №	Проба	Мутагенность, %	Время релаксации, мсек^-1	Критерий Стьюдента (t)
				t_табл.	t мутагенность	t время релаксации
1	р. Волга (г. Астрахань)	0,38±0,012	2615,11±40,12	2,04	5,21* (25%)	15,85** (24%)
2	р. Казанка (г. Казань)	0,51±0,025	1981,22±14,11

Примечание: * разница 25% между вариантами (пробами 1 и 2) математически достоверна, т.к. критерий Стьюдента фактический (5,21) больше табличного (2,04), при уровне значимости 0,05 и степени свободы n=1;

** разница 24% между вариантами имеет высокую математическую достоверность, т.к. критерий Стьюдента фактический (15,85) значительно больше табличного (2,04), при уровне значимости 0,05 и степени свободы n=1.

Анализ данных таблицы 4, при помощи критерия Стьюдента, показывает, что уровень мутагенности воды в р. Казанка достоверно выше, по сравнению с таковым в р. Волга.

Данные в таблице 5, так же как и в таблице 4, наглядно показывают, качество проб-образцов водопроводной воды в г. Казани достоверно хуже, чем в г. Астрахани.

Таблица 5

Исходные данные сравнения времени релаксации взаимодействия электронов проб-образцов водопроводной воды (мсек^-1) и уровнем мутагенной активности их загрязнений (%) гг Астрахани и Казани (2006 г)

№№	Проба	Мутагенность, % ()	Время релаксации, мсек^-1 ()	Критерий Стьюдента (t)
				t_табл.	T₁	T₂
1	г. Астрахань	0,40±0,017	2422,61±40,11	2,04	2,86* (11%)	5,51** (9%)
2	г. Казань	0,46±0,021	2202,59±38,92

Примечание: * разница 11% между пробами водопроводной воды (г. Астрахань и г. Казань) математически достоверна при уровне значимости 0,05 (т.е. в 95 случаях из 100).

** разница 9% между пробами водопроводной воды (г. Астрахань и г. Казань) математически достоверна, т.к. критерий Стьюдента фактический (5,51) больше табличного (2,04), при уровне значимости 0,05 и степени свободы n=1.

По всей видимости, полученные нами данные экспериментальных исследований качества проб-образцов водной среды свидетельствуют о том, что между качеством проб-образцов природной и водопроводной воды имеет место прямая зависимость, что необходимо учитывать при проведении мониторинга качества водопроводной и природной воды, используемой в биотехнологических процессах производства пищевой продукции и лекарственных средств.

Доказательством данного утверждения служат данные, приведеные в таблицах 6-8, в которых отражены экспериментальные значения времени релаксации проб-образцов пива трех марок («Балтика №3», «Красный Восток» и «Толстяк») и построены калибровочные кривые «прямой» и «обратной» зависимости между уровнем мутагенной активности и временем релаксации, а именно:

в табл. 6 отражены данные, свидетельствующие о том, что пиво марки «Красный Восток» (г. Казань) по качеству достоверно хуже, чем пиво марки «Толстяк» (г. Москва), 16%-ная разница между ними имеет достоверный характер, а также чем пиво марки «Балтика №3» (г. Санкт-Петербург) так 17%-ная разница имеет также достоверный характер. При этом 2%-ная разница между качеством пива марки «Толстяк» и пива марки «Балтика №3» не достоверна.

Таблица 6

Анализ мутагенной активности загрязнений алкогольсодержащих напитков (на примере пива различных сортов) методом «ЯМР-релаксации» (2000-2005 гг.)

№№	Проба	Время релаксации (мсек^-1)*	Критерий Стьюдента, t**
№№	Проба	Время релаксации (мсек^-1)*	t_табл_.	t_факт.
1	«Балтика №3»	2342±38,11	2,04	t_1-2=4,63
2	«Красный Восток»	2240±14,17		t_1-3=0,31
3	«Толстяк»	2354±50,15		t_2-3=2,85

Примечание: * – при анализе времени релаксации использовали общие средние исходные значения Т₂ (спин-спинового) и Т₁ (спин-решеточного) взаимодействия электронов;

** – достоверность различия между вариантами определяли с помощью критерия Стьюдента (t), табличное значение которого равно 2,04 при степени значимости 0,05 и степени свободы n=1 (Зайцев, 1987). Как показывают цифры, самым худшим является пиво «Красный Восток».

В таблицах 7 и 8 служат дополнительным доказательством достоверности того утверждения, что пиво марки «Балтика №3» по своим показателям качества является самым лучшим, в сравнении как с пивом марки «Толстяк», так и тем более с пивом марки «Красный Восток», имеющего самые низкие показатели качества, судя по сопоставлениям времени релаксации спин-спинового и спин-решеточного взаимодействия электронов проб-образцов этих марок пива с различным сроком хранения (первый день и на 4-й день).

Таблица 7

Анализ мутагенной активности загрязнений алкогольсодержащих напитков (на примере пива различных сортов) в зависимости от срока хранения (через 3 дня, на четвертый) методом «ЯМР-релаксации» (2000-2005 гг.)

№№	Проба	Время релаксации (мсек^-1)*	Критерий Стьюдента, t**
№№	Проба	Время релаксации (мсек^-1)*	t_табл_.	t_факт.
1	«Балтика №3»	2373±30,14	2,04	t_1-2=6,81
2	«Красный Восток»	2169±30,11		t_1-3=0,57
3	«Толстяк»	2353±40,21		t_2-3=5,24

Примечание: * – при анализе времени релаксации использовали общие средние исходные значения Т₂ (спин-спиновое) и Т₁ (спин-решеточное) взаимодействие электронов;

** – наиболее лучшей маркой пива является пиво марки «Балтика №3».

В тоже время анализ данных табл. 8 свидетельствует о том, что срок хранения пива не вызывает достоверной разницы их качества, за исключением пива марки «Красный Восток».

Таблица 8

Сравнительный анализ исходных экспериментальных данных средних значений времени релаксации взаимодействия электронов [(Т₁+Т₂)/2], сек^-1)* проб-образцов 3-х марок пива методом «ЯМР-релаксации», с учетом времени их хранения (1-й и 4-день)**, (2005-2006 гг).

№№	Марка пива	Средние значения времени релаксации (мсек^-1)		Критерий Стьюдента, (t)
№№	Марка пива	1-й день	4-й день	t_табл.**	t_факт. 1 и 4-й день*
1	«Балтика №3»	2341,50±35,10	2372,50±31,20	2,04	0,89 (2%)
2	«Красный Восток»	2241,56±32,40	2168,50±30,40		2,35 (4%)
3	«Толстяк»	2349,50±44,60	2353,50±31,11		0,11 (0,8%)

Примечание: * - 4%-ная разница между сроками хранения у пива марки «Красный Восток» имела достоверный характер, т.к. критерий Стьюдента фактический (2,35) больше табличного (2,04);

** - табличное значение критерия Стьюдента равно (2,04) при уровне значимости 0,05 и степени свободы n=1.

Глава IV. Результаты экспериментального моделирования «прямой» и «обратной» калибровочной зависимости между средними значениями времени релаксации взаимодействия электронов и уровнем мутагенной активности их загрязнений.

Анализ экспериментальных данных исследования изменчивости времени релаксации спин-спинового и спин-решеточного взаимодействия электронов проб-образцов трех марок пива свидетельствует о том, что время релаксации больше критического (2,0 сек^-1) а, следовательно, и уровень мутагенной активности загрязнений данных марок пива находятся в пределах безопасного, фонового значения (0,37%). В связи с этим все три исследованные марки пива могут быть рекомендованы к широкому потреблению, т.к. они не представляют опасности для здоровья населения.

Данные, приведенные в таблицах 9-13 были получены путем расчета экспериментальных данных методом наименьших квадратов. Построение калибровочной зависимости для прибора ЯМР-релаксации осуществлялось путем выбора 5 градаций проб-образцов воды для которых с помощью метода “Мёллер-5” были установлены уровни мутагенной активности.

Метод наименьших квадратов применяется, чтобы вычислить прямую линию, которая наилучшим образом аппроксимирует имеющиеся данные.

Уравнение для прямой линии имеет следующий вид:

y = bx + a или

y = b₁x₁ + b₂x₂ + ... + a (в случае нескольких диапазонов значений x),

где зависимое значение y - функция независимого значения x, значения b - коэффициенты, соответствующие каждой независимой переменной x, a=const.

Таблица 9

Исходные экспериментальные данные линейной зависимости между пятью градациями (пробами воды - 1,2,3,4,5) – (Х) и значениями уровня мутагенности загрязнений данных проб воды, определенных методом «М-5», % (Y)

X	Y	XY	X²	Y’=a+bx
1	0,31	0,31	1	0,314
2	0,42	0,84	4	0,417
3	0,52	1,56	9	0,520
4	0,63	2,52	16	0,623
5	0,72	3,60	25	0,726
15	2,60	8,83	55	2,600

езультат подобной аппроксимации данных таблицы 9 приведен на рис. 2 (линия на диаграмме - линия тренда, которая описывается соответствующим уравнением; см. подпись к рисунку).

Рис. 2. Экспериментальные данные моделирования зависимости между градациями проб-образцов водной среды и уровнем мутагенной активности их загрязнений, описываемое линейным уравнением y=0,103x+0,211 при R²=0,999.

Таблица 9 показывает моделирование изменения мутагенной активности пяти градаций проб-образцов воды, определенного методом “Мёллер-5” на базе экспериментально полученных данных, которое описывается линейным уравнением y=0,211+0,113•x.

Таблица 10 описывает моделирование зависимости изменчивости средних значений времени релаксации электронов проб-образцов тех же самых 5 градаций проб воды. Данная зависимость моделируется линейным уравнением y=2,626-0,214•x (рис. 3). Данные средние значения времени релаксации взаимодействия электронов были взяты по минимуму.

Таблица 10

Результаты обработки экспериментальных данных линейной зависимости между пятью градациями проб воды (№№1, 2, 3, 4, 5) – (Х) и средними значениями времени релаксации [(T₁+T₂)/2]_min – (Y) взаимодействия электронов (сек^-1), в данных пробах воды, (2005 г.)

X	Y	XY	X²	Y’=a+bx
1	2,52	2,52	1	2,412
2	2,11	4,22	4	2,198
3	1,92	5,76	9	1,984
4	1,73	6,92	16	1,770
5	1,64	8,20	25	1,556
15	9,92	27,62	55	9,920

Рис. 3. Моделирование зависимости между градациями-пробами воды и минимальными средними значениями времени релаксации взаимодействия электронов данных проб-образцов, описываемых линейным уравнением y=-0,214x+2,626, при R²=0,9344.

В таблице 11 приведены данные аналогичные данным в таблице 10 с тем отличием, что были взяты максимальные, а не минимальные значения времени релаксации, и данная зависимость моделируется уравнением y=2,722-0,212•x.

Таблица 11

Результаты обработки экспериментальных данных линейной зависимости между (X) – пятью градациями – пробами воды (№1, 2, 3, 4, 5) и (Y) - средними значениями времени релаксации [(Т₁+Т₂)/2] - (max) взаимодействия электронов (сек^-1), в данных пробах воды, (2005 г.)

x	y	xy	x²	y’=a+bx
1	2,61	2,61	1	2,510
2	2,22	4,44	4	2,298
3	2,03	6,09	9	2,086
4	1,82	7,28	16	1,874
5	1,75	8,75	25	1,662
15	10,43	29,17	55	10,430

ис. 4. Результаты моделирования зависимости между градациями-пробами воды и максимальными средними значениями времени релаксации взаимодействия электронов данных проб-образцов, описываемых линейным уравнением y=-0,212х+2,722; при R²=0,9377.

Однако, большую значимость имеет таблица 12, т.к. в ней отражено моделирование зависимости между средними максимальными и минимальными значениями времени релаксации, т.е. (max_ср.+min_ср.)/2.

Таблица 12

Моделирование зависимости между уровнем мутагенной активности загрязнений исследуемых проб-образцов («М-5», %) (X) и средними значениями (min/max) [(Т₁+Т₂)/2] (Y) факторов окружающей природной среды (2003-2006 гг)

№№	Уровень мутагенности, % (X)	Время релаксации (Т₁+Т₂/2), сек^-1, (Y)	X²	XY	Y’
1	0,31	2,565	0,096	0,795	2,472
2	0,42	2,165	0,176	0,909	2,243
3	0,52	1,975	0,270	1,027	2,035
4	0,63	1,775	0,397	1,118	1,806
5	0,72	1,695	0,518	1,220	1,619
N=5,∑=15	2,60	10,175	1,458	5,070	10,175

Рис. 5. Моделирование «прямой» калибровочной зависимости между значениями уровня мутагенной активности загрязнений проб-образцов воды пяти градаций-выборок (Х) и показателями времени релаксации спин-спинового (Т₂) и спин-решеточного (Т₁) взаимодействия электронов [(Т₂+Т₁)/2] данных проб-образцов воды с помощью линейного уравнения y=-2,08х+3,1166.

Таким образом, модель «прямой» калибровочной зависимости имеет вид y=3,1166-2,08•x (рис. 5).

В таблице 13 приведены данные «обратной» зависимости, т.е. зависимости между временем релаксации (сек^-1) и уровнем мутагенной активности (%).

Таблица 13

Моделирование «обратной» зависимости между средними максимальными и минимальными значениями (min_ср.+max_ср.)/2 средних значений времени релаксации [(Т₁+Т₂)/2] – (Х) и уровнем мутагенной активности загрязнений исследуемых проб-образцов («М-5», %) – (Y) факторов окружающей природной среды (2003-2006 гг)

№№	Время релаксации (Т₁+Т₂/2), сек^-1, (Х)	Уровень мутагенности, % (Y)	X²	XY	Y’=a+b⋅x
1	2,565	0,31	6,579	0,795	0,278
2	2,165	0,42	4,687	0,909	0,461
3	1,975	0,52	3,901	1,027	0,547
4	1,775	0,63	3,151	1,118	0,639
5	1,695	0,72	2,873	1,220	0,675
N=5 ∑=15	10,175	2,60	21,191	5,070	2,600

ис. 6. Моделирование «обратной» калибровочной зависимости между средними показателями времени релаксации спин-спинового (Т₂) и спин-решеточного (Т₁) взаимодействия электронов [(Т₂+Т₁)/2] проб-образцов воды пяти градаций-выборок (Х) и значениями уровня мутагенной активности загрязнений данных проб-образцов воды с помощью линейного уравнения
y=-0,4558х+1,4476, при R²=0,9482.

В заключение необходимо отметить, что общий вид калибровочной модели между методом «Мёллер-5» (%) и методом «ЯМР-релаксации» (сек^-1) выражается дифференциальным уравнением y=-0,4558x+1,4476, при R²=0,9482.

Модель «обратной» зависимости (рис. 6), имеет большое практическое значение, т.к. она получена с учетом принципа «неопределенности и дополнительности», в сочетании двух аспектов информации – «вероятностного» и «семантического» («число и расположение» и «семантика»).

Blog

Автореферат диссертации на соискание ученой степени