Инженер кафедры информационных технологий топливно-энергетического комплекса Университета ИТМО Игорь Джагацпанян недавно вернулся из Китая, где участвовал в серии научно-практических семинаров по применению мультисенсорного анализа за контролем пригодности очищенной воды. Семинары проходили с использованием многоканальной лабораторной установки с датчиками для измерений активности ионов в воде и концентрации летучих компонент в газовой фазе. Кандидат технических наук уверен: сотрудничество с китайскими партнерами даст университету возможность доработать методику анализа, а жителям КНР поможет эффективнее справляться с проблемой нехватки питьевой воды.
Китайские трудности
Лекции и семинары проходили в Северо-Западном политехническом университете города Сиань с 28 октября по 4 ноября на базе факультетов экологии и автоматики. В фокусе внимания оказались приборы для мультисенсорного контроля и алгоритмы математической обработки многопараметрических данных.
По словам Игоря Джагацпаняна, интерес восточных коллег обусловлен несколькими причинами, главная из которых – дефицит питьевой воды. Чтобы его преодолеть, они прибегают к различным способам: разворачивают реки, что приводит к нарушению биоценоза; обессоливают морскую воду, что весьма затратно. КНР можно сравнить с МКС, на которой приходится прибегать к очистке грязной воды путем реабсорбции до необходимых питьевых кондиций.
«Китайское население нуждается в методах эффективного контроля качества питьевой воды. Существуют современные и точные способы физико-химического анализа состава жидкостей. Да, можно оснастить лабораторию дорогостоящим оборудованием и провести анализ 100-150 компонентов, присутствующих в воде. Но в итоге понять, пригодна ли такая вода для питья, не удастся: на выходе исследователь получит лишь некий абстрактный список показателей», – рассказывает специалист.
Консервативный анализ с множеством показателей содержания различных веществ зачастую неэффективен. В частности, в воде из реки или озера могут присутствовать примеси в количестве ниже предельно допустимой концентрации. Но при совместном взаимодействии у них может появиться кумулятивный и опасный эффект, или же наоборот: они могут нейтрализовать друг друга и выпадать в осадок. В настоящее время уже существуют тесты, которые позволяют распознавать это – например, с использованием биологических организмов – однако у такого анализа помимо очевидных достоинств есть свои недостатки.
«Существует такой вид комплексного анализа, как биотестирование. В его рамках рассматривают влияние воды на живые организмы. Приборы для такого анализа проводят измерения реакций бактерий, водорослей, грибков, а также рыб, моллюсков и простейших ракообразных. На водоканале в Петербурге используют раков. Сам анализ длится часами. Готовность рака к анализу также не является очевидной и требует времени. Проблема наличия экспресс-анализа, который дает однозначный ответ о качестве питьевой воды – существует. Такой ответ могут дать искусственные сенсорные системы, у которых исключен поведенческий фактор», – рассказывает ученый.
Технология анализа по принципу «электронного носа» и «электронного языка» начала развиваться в конце прошлого столетия. Такой подход позволяет обнаруживать и распознавать запахи и привкусы. Этапы распознавания аналогичны человеческому обонянию: выполняется идентификация, сравнение, количественное определение и другие процессы, включая хранение и поиск данных.
Как объясняет г-н Джагацпанян, в Китае такие технологии пока в новинку. При этом изготовление чувствительных элементов и умение грамотно провести химический анализ – необходимы, но недостаточны. Очень важна математическая обработка с большим количеством параметров. Анализ данных позволяет узнать, к какому из классов относится вода – к загрязненной, к дистиллированной, питьевой.
В то же время мультисенсорная установка является обучаемой. Тест занимает минуты, а обучение – часы. Сенсоры очень чувствительные, их характеристики во времени дрейфуют, а значит, нужно перекалибровываться, отмечает ученый. Для этого требуются промежуточные эталоны веществ, которые можно изготовить и подкорректировать, дорабатывая сам аппарат. Этого можно добиться с помощью отечественных и зарубежных коллег – химиков, математиков, программистов. После усовершенствования методики возможно ее внедрение в практику рутинных анализов.
«Надеемся, что коллеги из Китая помогут нам доработать методическую и аппаратную часть, обосновать достоверность метода большим количеством экспериментального материала. В настоящее время у нас впереди подписание меморандума о сотрудничестве в ходе визита китайской делегации в Петербург, который запланирован в обозримом будущем», – заключает Игорь Джагацпанян.
Полина Полещук,
Редакция новостного портала Университета ИТМО
