Система экологического мониторинга поверхностных вод с автоматическим определением липофильных и гидрофильных фикотоксинов в мышечной ткани биологических тест-объектов Российский патент 2024 года по МПК G01N33/18 

Данное изобретение относится к области экологии и охране окружающей среды, включая индикацию загрязнения природных вод фикотоксинами и может быть использована для комплексного экологического мониторинга поверхностных водных объектов.

Из существующего уровня техники известен способ (Патент РФ №2802195 «Способ проведения экологического мониторинга с применением биологических тест-объектов», МПК: G01N 33/18 - опубл. от 22.08.2023), включающий отбор пробы морской воды ежегодно в мае и в сентябре по меньше мере из двух различных точек: первая - место размещения биологических тест- объектов черноморской мидии Mytilus galloprovincialis и/или устрицы черноморской Ostrea edulis, вторая и последующие точки - на удалении по меньшей мере одного километра от места размещения биологических тест- объектов. Отобранные пробы морской воды исследуют на содержание нефтепродуктов; при наличии в отобранных пробах морской воды нефтепродуктов с концентрацией более 0,05 мг/дм³ и при наличии в пробах мышечной ткани биологических тест-объектов нефтепродуктов с концентрацией более 0,15 г на 1 кг сырой массы делают вывод о том, что участок морской акватории Цемесской бухты Черного моря загрязнен нефтяными углеводородами.

Способ проведения экологического мониторинга с применением биологических тест-объектов имеет недостатки:

- ограниченность спектра определяемых поллютантов;

- невозможность проведения автоматизированного мониторинга. Известно изобретение (Патент РФ №2395082 «Способ оперативной биоиндикации», МПК: G01N 33/18 - опубл. от 20.07.2010), предусматривающее проведение непрерывной регистрации поведенческих и/или физиологических реакций водных организмов в природных условиях с помощью измерительных приборов, соединенных с самописцем или компьютером и сигнальным устройством, причем биоиндикация осуществляется по результатам комплексных изменений функциональных характеристик организмов-индикаторов, значения измеренных параметров обрабатываются компьютером в режиме реального времени индивидуально для каждой особи организма-индикатора с последующим осреднением и интегрированием результатов, оценка изменений производится по измерениям не менее трех основных параметров поведенческих и/или физиологических реакций организмов-индикаторов и частоты их колебаний, на основании сравнения текущего состояния организма-индикатора с его состоянием в норме и анализа интегрированных результатов измерений автоматически производится генерация сигнала тревоги, оповещающего об изменении условий водной среды и степени отклонения их от нормы, биоиндикация проводится не менее чем по двум видам организмов-индикаторов для одного и/или более биотопов, причем в качестве биотопов используются разные водные слои или массы.

Способ оперативной биоиндикации имеет недостатки:

- отсутствие возможности определения концентраций поллютантов и фикотоксинов;

- невозможность идентификации изменений конкретных параметров водной среды, влияющих на состояние и поведение тест-организмов.

Известно изобретение (Патент РФ №2755407 «Способ контроля качества воды и двухканальная биосенсорная установка для его осуществления», МПК: G01N 33/18 - опубл. от 15.09.2021), сущность которого заключается в том, что автоматическую непрерывную регистрацию в реальном масштабе времени реакций водных тест-объектов и пропускание контролируемой воды через резервуары с тест-объектами осуществляют посредством двухканальной биосенсорной установки, погружаемой в водоем, причем пропускание непрерывное, а поток контролируемой воды проходит в каждый момент времени через оба резервуара с теет-объектами в одинаковых физических условиях, при этом благодаря разности длин каналов установки контролируемая вода поступает в первый и второй резервуары с разницей на интервал времени, необходимый для возникновения реакции тест-объектов на изменения химического состава контролируемой воды, а сравнение реакций групп тест-объектов между собой проводят путем вычисления разницы их параметров в интервале времени, равном разнице времени поступления контролируемой воды в первый и второй резервуар, и при вычислении минимальной разницы параметров численных характеристик двигательной активности тест-объектов в обоих резервуарах делают вывод о неизмененном химическом составе контролируемой воды, а при вычислении максимальной разницы делают вывод об измененном химическом составе контролируемой воды.

Способ контроля качества воды и двухканальная биосенсорная установка для его осуществления имеет недостатки:

- отсутствие возможности определения концентраций поллютантов и фикотоксинов;

- невозможность идентификации изменений конкретных показателей водной среды и химических веществ, влияющих на состояние и поведение тест-организмов.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является изобретение (Патент РФ №2716233 «Способ количественного определения йессотоксинов в моллюсках», МПК: G01N 33/02 - опубл. от 10.03.2020), сущностью которого является проведение количественного определения йессотоксинов методом ВЭЖХ-МС с использованием системы на основе жидкостного хроматографа Agilent 1200 HPLC System и масс-спектрометра высокого разрешения Thermo Scientific Orbitrap Elite. Для проведения анализа образцы продукта гомогенизируют, экстрагируют его метиловым спиртом и хроматографируют на колонке Agilent ZORBAX SB-C18 в градиентном режиме с использованием в качестве компонентов А (0,1% раствор муравьиной кислоты в воде) и В (1-пропанол) и масс-спектрометрическим детектированием йессотоксинов с ионизацией электроспреем в отрицательном режиме по иону [М-Н]- (проверочный ион [MNa-2H]-).

Способ количественного определения йессотоксинов в моллюсках имеет недостатки:

- ограниченность спектра определяемых фикотоксинов;

- низкий уровень автоматизации;

- осуществление возможно лишь в лабораторных условиях.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в осуществлении экологического мониторинга поверхностных вод посредством автоматического определения липофильных и гидрофильных фикотоксинов в мышечной ткани биологических тест-объектов.

Данная задача достигается за счет того, что система экологического мониторинга поверхностных вод с автоматическим определением липофильных и гидрофильных фикотоксинов в мышечной ткани биологических тест-объектов, содержит герметичный корпус, проточный отсек, ячейки, задвижки с приемным устройством и аккумулятором, модуль гомогенизации, блок пробоподготовки, емкость с метанолом, емкость с раствором уксусной кислоты, емкость с ацетонитрилом, контейнер для отходов, форсунку, встряхиватель, центрифугу, блок ультразвуковой обработки, мембранный фильтр, виалу, хромато-масс-спектрометр, электронный блок управления, блок температурной обработки, блок твердофазной экстракции, передающее устройство, аккумулятор, трубопровод, компрессор, клапаны с приемным устройством и аккумулятором, приемно-передающее устройство, портативные аккумуляторы и биологические тест-объекты.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является автоматизированное определение липофильных и гидрофильных фикотоксинов в мышечной ткани биологических тест-объектов в рамках экологического мониторинга поверхностных вод. j

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой представлен общий вид системы экологического мониторинга поверхностных вод с автоматическим определением липофильных и гидрофильных фикотоксинов в мышечной ткани биологических тест-объектов.

Система экологического мониторинга поверхностных вод с автоматическим определением липофильных и гидрофильных фикотоксинов в мышечной ткани биологических тест-объектов состоит из герметичного корпуса 1, проточного отсека 2, ячеек 3, задвижек с приемным устройством и аккумулятором 4, модуля гомогенизации 5, блока пробоподготовки 6, емкости с метанолом 7, емкости с раствором уксусной кислоты 8, емкости с ацетонитрилом 9, контейнера для отходов 10, форсунки 11, встряхивателя 12, центрифуги 13, блока ультразвуковой обработки 14, мембранного фильтра 15, виалы 16, хромато-масс-спектрометра 17, электронного блока управления 18, блока температурной обработки 19, блока твердофазной экстракции 20, передающего устройства 21, аккумулятора 22, трубопровода 23, компрессора 24, клапанов с приемным устройством и аккумулятором 25, приемно-передающего устройства 26, портативных аккумуляторов 27 и биологических тест-объектов 28.

Система экологического мониторинга поверхностных вод с автоматическим определением липофильных и гидрофильных фикотоксинов в мышечной ткани биологических тест-объектов работает следующим образом: предварительно с помощью специального ПО, в электронный блок управления 18 вносится наименование выбранного вида фикотоксина, выбирается программа пробоподготовки и временной интервал между отбором проб. Затем герметичный корпус 1, с размещенными в ячейках 3 проточного отсека 2 биологическими тест-объектами 28, помещается в водоем. Фронтальные стенки проточного отсека 2 выполнены в виде решетки в целях обеспечения притока свежей воды и доступа к кормовой базе биологических тест-объектов 28. Спустя заданное для электронного блока управления 18 время, им посредством беспроводной связи, обеспечиваемой приемно-передающим устройством 26, осуществляется открытие задвижки с приемным устройством и аккумулятором 4, что способствует попаданию биологического тест-объекта 28 по трубопроводу 23 в модуль гомогенизации 5 блока пробоподготовки 6. Далее в полученный гомогенат в блоке пробоподготовки 6 посредством форсунки 11, в зависимости от программы пробоподготовки, вноситься необходимое химическое вещество, а отходы из модуля гомогенизации 5 поступают в контейнер для отходов 10.

Электронный блок управления 18 способен осуществлять 2 программы пробоподготовки, для липофильных и гидрофильных фикотоксинов соответственно.

1) Программа пробоподготовки для липофильных фикотоксинов выглядит следующим образом: в полученный гомогенат в блоке пробоподготовки 6 посредством форсунки 11, вносится определяемое электронным блоком управления 18, количество метанола, находящегося в емкости с метанолом 7. Затем полученная смесь направляется во встряхиватель 12, с последующим центрифугированием на центрифуге 13. После этого смесь возвращается по трубопроводу 23 обратно в блок пробоподготовки 6, где происходит отделение из нее надосадочной жидкости. В отделенную надосадочную жидкость в блоке пробоподготовки 6 посредством форсунки 11 вносится определяемое электронным блоком управления 18 количество метанола. Далее данная смесь последовательно направляется в блок ультразвуковой обработки 14, встряхиватель 12, центрифугу 13 и впоследствии возвращается по трубопроводу 23 обратно в блок пробоподготовки 6, где происходит объединение экстрактов и повторное внесение метанола до необходимого объема, определяемого электронным блоком управления 18, с помощью форсунки 11. Затем по трубопроводу 23 полученный метанольный экстракт проходит сквозь мембранный фильтр 15, с последующим скоплением в виале 16 хромато-масс-спектрометра 17.;

2) Программа пробоподготовки для гидрофильных фикотоксинов выглядит следующим образом: в полученный гомогенат в блоке пробоподготовки 6 посредством форсунки 11, вносится определяемое электронным блоком управления 18, количество раствора уксусной кислоты из емкости с раствором уксусной кислоты 8. Затем полученная смесь направляется в блок температурной обработки 19 с последующим центрифугированием на центрифуге 13. После этого смесь возвращается по трубопроводу 23 обратно в блок пробоподготовки 6, где происходит отделение из нее надосадочной жидкости. В отделенную осадочную часть в блоке пробоподготовки 6 посредством форсунки 11 вносится определяемое электронным блоком управления 18 количество раствора уксусной кислоты. Далее данная смесь последовательно направляется в блок ультразвуковой обработки 14, блок температурной обработки 19, центрифугу 13 и впоследствии возвращается по трубопроводу 23 обратно в блок пробоподготовки 6, где происходит объединение экстрактов и повторное внесение раствора уксусной кислоты до необходимого объема, определяемого электронным блоком управления 18, с помощью форсунки 11. В полученный экстракт также с помощью форсунки 11 и электронного блока управления 18 вносится ацетонитрил из емкости с ацетонитрилом 9, с последующим направлением смеси во встряхиватель 12 и центрифугу 13. Полученный экстракт после центрифугирования направляется по трубопроводу 23 в блок твердофазной экстракции 20. Затем по трубопроводу 23 полученный экстракт проходит сквозь мембранный фильтр 15, с последующим скоплением в виале 16 хромато-масс-спектрометра 17.

После процедуры анализа полученных смесей на количество, предварительно выбранного, фикотоксина с помощью хромато-масс-спектрометра 17, его результаты поступают на электронный блок управления 18, который посредством передающего устройства 21 обеспечивает передачу по беспроводной сети LoRaWAN полученных результатов на удаленный ПК.

При этом движение смеси по трубопроводу 23 осуществляется с помощью компрессора 24 и клапанов с приемным устройством и аккумулятором 25, регулируемых электронным блоком управления 18 с помощью беспроводной связи, обеспечиваемой приемно-передающим устройством 26. Питание электронного блока управления 18, блока пробоподготовки 6 и хромато-масс-спектрометра 17 осуществляется с помощью аккумулятора 22, а питание блока ультразвуковой обработки 14, блока температурной обработки 19, встряхивателя 12 и центрифуги 13 обеспечивается портативными аккумуляторами 27.

В качестве биологического тест-объекта 28 может выступать любой представитель биоценоза, присущий местной экосистеме водного объекта, на котором будет осуществляться экологический мониторинг, а также основу кормовой базы которого составляет фитопланктон.

Изобретение относится к области экологии и охране окружающей среды, включая индикацию загрязнения природных вод фикотоксинами и может быть использована для комплексного экологического мониторинга поверхностных водных объектов. Система содержит герметичный корпус, проточный отсек, ячейки, задвижки с приемным устройством и аккумулятором, модуль гомогенизации, блок пробоподготовки, емкость с метанолом, емкость с раствором уксусной кислоты, емкость с ацетонитрилом, контейнер для отходов, форсунку, встряхиватель, центрифугу, блок ультразвуковой обработки, мембранный фильтр, виалу, хромато-масс-спектрометр, электронный блок управления, блок температурной обработки, блок твердофазной экстракции, передающее устройство, аккумулятор, трубопровод, компрессор, клапаны с приемным устройством и аккумулятором, приемно-передающее устройство, портативные аккумуляторы и биологические тест-объекты. Определение липофильных и гидрофильных фикотоксинов в мышечной ткани биологических тест-объектов осуществляется в рамках экологического мониторинга поверхностных вод в автоматическом режиме. Технический результат: автоматизация процесса определения липофильных и гидрофильных фикотоксинов в мышечной ткани биологических тест-объектов. 1 ил.

Система экологического мониторинга поверхностных вод с автоматическим определением липофильных и гидрофильных фикотоксинов в мышечной ткани биологических тест-объектов, содержащая герметичный корпус, проточный отсек, ячейки, задвижки с приемным устройством и аккумулятором, модуль гомогенизации, блок пробоподготовки, емкость с метанолом, емкость с раствором уксусной кислоты, емкость с ацетонитрилом, контейнер для отходов, форсунку, встряхиватель, центрифугу, блок ультразвуковой обработки, мембранный фильтр, виалу, хромато-масс-спектрометр, электронный блок управления, блок температурной обработки, блок твердофазной экстракции, передающее устройство, аккумулятор, трубопровод, компрессор, клапаны с приемным устройством и аккумулятором, приемно-передающее устройство, портативные аккумуляторы и биологические тест-объекты, отличающаяся тем, что определение липофильных и гидрофильных фикотоксинов в мышечной ткани биологических тест-объектов в рамках экологического мониторинга поверхностных вод осуществляется в автоматическом режиме.