Смолина Света

ВВЕДЕНИЕ

Воздух является средой, содержащей значительное количество микроорганизмов. С воздухом они могут переноситься на значительные расстояния. В отличие от воды и почвы, где микробы могут жить и размножаться, в воздухе они только сохраняются некоторое время, а затем гибнут под влиянием ряда неблагоприятных факторов: высыхания, действия солнечной радиации, смены температуры, отсутствия питательных веществ и др. Наиболее устойчивые микроорганизмы могут долго сохраняться в воздухе и обнаруживаться там с большим постоянством. К такой постоянной микрофлоре воздуха относятся споры грибов и бактерий.

Количество микроорганизмов в воздухе колеблется в значительных пределах и зависит от условий, расстояния от поверхности земли, от близости населенных пунктов и т. д. Наибольшее количество микробов содержит воздух промышленных городов, наименьшее – воздух лесов, гор . Много бактерий находится в воздухе помещений, где неизбежно массовое хождение людей (кинотеатры, театры, школы, вокзалы и т. д.), сопровождающееся поднятием в воздух пыли .

Всем известно, что здоровье человека зависит от качества окружающей среды: воды, воздуха и других факторов. Школа – это такое место, где постоянно находится много людей. На своей одежде, обуви, внутри своего организма они приносят в школу много разных микробов, бактерий и других микроорганизмов.

Цель: на основе исследований определить степень загрязнения воздуха закрытых школьных помещений.

1. определить количество микроорганизмов, содержащихся в воздухе различных помещений;
2. изучить динамику содержания микроорганизмов в воздухе в течение учебного дня.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Наиболее старым методом микробиологического анализа воздуха является седиментационный метод (метод оседания Коха). Его используют только при исследовании воздуха закрытых помещений. Для этого чашки Петри с питательной средой при исследовании общей бактериальной загрязненности воздуха оставляют открытыми в местах отбора проб в течение 5-10 минут. По окончании экспозиции чашки закрывают и помещают в термостат при 37 0 С на 24 ч, а затем при комнатной температуре выдерживают еще сутки. О степени загрязненности воздуха судят по количеству выросших колоний. Данный метод пригоден для сравнительных оценок чистоты воздуха .

Учет посева бактерий из воздуха производят путем подсчета выросших колоний бактерий отдельно. Зная площадь чашки Петри, можно определить количество микроорганизмов в 1м 3 воздуха. Для этого: 1) определяется площадь питательной среды в чашке Петри по формуле рr 2 ; 2) вычисляют количество колоний на площади 1 дм 2 ; 1м 3 воздуха .

Примерный расчет. В чашке Петри диаметром в10 см выросло 25 колоний.

1. определяют площадь питательной среды в чашке Петри по формуле 3,14*5 2 или 3,14*25 = 78,5 см 2

2) вычисляют количество колоний на площади 1 дм , равного 100 см 2

25колоний – 78,5 см 2

х колоний – 100 мм 2

х=25*100/78,5=32 колоний

т. е. на площади 1 дм 2 имеется 32 колонии.

3) пересчитывают количество бактерий на 1м 3 воздуха, который равен 1000л. Содержащиеся 32 колоний бактерий на площади 1 дм 2 соответствуют объему 10л воздуха. Чтобы узнать количество в1м 3 воздуха, составляют пропорцию:

х=32*1000/10=3200

Следовательно, в1м 3 воздуха содержится 3200 бактериальных телец.

Таблица 1. Критерии для оценки загрязненности помещений по числу микроорганизмов в 1м 3 воздуха

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В ходе исследований для каждой микробиологической оценки использовалось по три чашки Петри. На основании подсчета колоний, выросших в чашках Петри, была проведена оценка содержания микроорганизмов, которые содержатся в воздухе различных помещений в разные периоды учебного дня.

На первом этапе исследования было проведено сравнение данных, полученных в разных помещениях в один период времени. Наименьшее количество микроорганизмов (1571) было выявлено в классном помещении, а наибольшее (16220) – в спортзале. По-видимому это объясняется тем, что занятие физкультурой, подвижные игры приводят к поднятию пыли, следовательно и микроорганизмов, находящихся в ней.

Таблица 3. Количество микроорганизмов, содержащееся в 1м 3 воздуха школьных помещений

На втором этапе исследований был проведен сравнительный анализ загрязнения воздуха в одном и том же помещении, но в разные периоды учебного дня. Объектом для данного исследования был выбран коридор.

Таблица 4. Количество микроорганизмов, содержащееся в 1м 3 воздуха школьного коридора в разные периоды времени

На третьем этапе был также проведен анализ изменения содержания микроорганизмов в воздухе в одном помещении (класс химии), но при наличии двух дополнительных факторов: 1) проветриваемость помещения, 2) количество людей и интенсивность их передвижения.

В классе в течение всего дня были открыты форточки, что способствовало проветриванию помещения. Однако наблюдается резкое увеличение количества микроорганизмов во время 1 перемены, когда происходила смена различных классов. Таким образом, резкий скачок количества микроорганизмов, по-видимому, объясняется увеличением количества людей в помещении. При этом, проветриваемость помещения не оказывает существенного влияния на содержание микроорганизмов в воздухе в это время.

Однако на 5 перемене люди в классной комнате отсутствовали и это привело к снижению численности микроорганизмов в воздухе. Все это говорит о первостепенном влиянии именно такого фактора, как количество людей и интенсивность передвижения на степень загрязненеия воздуха микроорганизмами. Проветриваемость же помещений возможно оказывает свое влияние на общее количество микроорганизмов, но не на динамику их содержания.

Таблица 5. Количество микроорганизмов, содержащееся в 1м 3 воздуха классного помещения в разные периоды времени

На четвертом этапе был проведен сравнительный анализ классного кабинета и коридора в течение всего учебного дня.

Таблица 6. Количество микроорганизмов, содержащееся в 1м 3 воздуха классного помещения

Таблица 7. Количество микроорганизмов, содержащееся в 1м 3 воздуха коридора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Наибольшее количество микроорганизмов выявлено в воздухе спортзала, а наименьшее – классной комнаты.
2. Наблюдается тенденция увеличения количества микроорганизмов в воздухе коридора в течение учебного дня.
3. В воздухе классного помещения содержание микроорганизмов увеличивается во время перемен и уменьшается во время уроков.
4. Количество микроорганизмов в воздухе в первую очередь зависит от численности людей в помещении и интенсивности их передвижения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Федоров М.В. Микробиология. – М.: Гос. Изд-во сельхозлитературы,1960.– 350 с.

2 Бакулина Н.А., Краева Э.Л. Микробиология.– М.: Медицина, 1980.– 338 с.

3 Павлович С.А., Пяткин К.Д. Медицинская микробиология. – Минск: Высшая школа, 1993. – 200 с.

4 Лабинская А.С. Микробиология с техникой микробиологических методов исследования.– М.: Медицина, 1968.– 392 с.

5 Черемисинов Н.А., Боева Л.И., Семихатова О.А. Практикум по микробиологии.– М.: Высшая школа, 1967.– 168 с.

6 Шлегель Г.Х. Общая микробиология.– М.: Мир, 1987.– 566 с.

Развитие исследований в области аэробиологии показало, что в воздухе закрытых помещений наряду с большим количеством сапрофитных микроорганизмов могут находиться патогенные бактерии и вирусы; менингококки, патогенные стафилококки, возбудители дифтерии, туберкулеза, коклюша, вирусы гриппа, оспы, аденовирусы и др. Санитарно-бактериологические исследования воздуха проводят в плановом порядке в яслях и детских садах, больницах, операционных, аптеках, школах, кинотеатрах. Исследуют также атмосферный воздух.

При санитарно-бактериологическом исследовании воздуха проводят:

1) определение общей бактериальной обсемененности воздуха (общее число бактерий в 1 м 3);

2) выявление саиитарно-показательных микроорганизмов;

3) по эпидемическим показаниям выделение вирусов и патогенных бактерий из воздуха закрытых помещений;

4) при исследовании атмосферного воздуха дополнительное определение качественного состава микрофлоры с учетом наличия спорообразующих аэробов и анаэробов, которые служат показателем загрязненности воздуха микроорганизмами почвы.

Методы отбора проб воздуха для бактериологического исследования подразделяют на:

1) аспирационные, основанные на активном просасывании воздуха с помощью различных приборов;

2) седиментационные, основанные на принципе механического оседания микробов.

Пробы воздуха берут на уровне сидящего или стоящего человека, выделяя одну точку взятия проб на каждые 20 м 2 площади.

Аспирационные методы используют при исследовании воздуха как закрытых помещений, так и атмосферного. Наиболее широкое применение в последние годы получил аппарат Кротова (рис. 44), который позволяет пропускать от 25 до 50 л воздуха в минуту. В аппарате Кротова воздух засасывается сквозь узкую щель крышки прибора и ударяется о поверхность плотной питательной среды в чашке Петри, которая медленно вращается на подвижном столике. Поверхность питательной среды равномерно обсеменяется микроорганизмами.

Существуют также другие приборы: ПОВ-1, бактериоуловител Речменского, Дьяконова, в которых воздух просасывается с помощью насосов, воздуходувок, аспираторов через материал, задерживающий бактериальный аэрозоль. В качестве такого материала используют стерильную воду, питательные среды, стерильный ватный тампон, пенистые или порошковые фильтры из растворимых материалов. Объем просасываемого воздуха измеряют с помощью газовых часов. После взятия пробы 1 мл жидкости засевают в чашку с мясо-пептонным агаром для определения общего числа бактерий. Через 24 ч инкубации в термостате при 37°С подсчитывают число колоний и делают пересчет на 1 м 3 воздуха. С целью определения санитарно-показательных микроорганизмов и патогенных микробов делают посевы на различные элективные среды.

Седиментационный метод наиболее старый (метод оседания Коха). Его используют только при исследовании воздуха закрытых помещений. Для этого чашки Петри с питательными средами при исследовании общей бактериальной загрязненности воздуха оставляют открытыми в местах отбора проб в течение 5—10 мин. По окончании экспозиции чашки зарывают и помещаю в термостат при 37°С на 24 ч, а затем при комнатной температуре выдерживает еще сутки. О степени загрязненности воздуха судят по количеству выросших колоний. Несмотря на неточность, данный метод пригоден для сравнительных оценок чистоты воздуха.

В настоящее время бактериологическое исследование воздуха проводится в основном в больницах согласно «Инструкции по бактериологическому контролю комплекса санитарно-гигиенических мероприятий в лебечно-профилактических учреждениях: отделениях хирургического профиля, в палатах и отделениях реанимации и интенсивной терапии» (Приложение к приказу № 720 от 31.07.1978 г. МЗ СССР). Определяют общую бактериальную обсемененность и наличие Staph, aureus.

Для установления общей бактериальной обсемененности воздуха закрытых помещений, согласно инструкции, отбирают две пробы воздуха с помощью аппарата Кротова по 100 л каждая.

С целью исследования воздуха на наличие стафилококка берут пробы воздуха на две чашки с желточно-солевым агаром или молочно-желточно-солевым агаром, пропуская 250 л воздуха.

Санитарно-бактериологическое исследование воздуха имеет большое значение в хирургических отделениях больниц, родильных домах, где имеется опасность возникновения внутрибольничной инфекции. Обнаружение Staph, aureus в этих отделениях является недопустимым. Нарастание количества Staph, aureus определенных фаготипов следует рассматривать как грозный предвестник возможного появления госпитальной инфекции.

Выявление вирусов и патогенных бактерий из воздуха закрытых помещений проводят по эпидемиологическим показаниям при оценке эффективности обеззараживания воздуха, при контроле санитарно-микробиологического содержания больничных учреждений и т. д.

Для выявления микобактерий туберкулеза отбор проб производят при помощи прибора ПОВ-І, в котором в качестве улавливающей используют среду Школьниковой. Исследуют 250—500 л воздуха (см. Микробиологическая диагностика туберкулеза).

Эталоном чистоты атмосферного воздуха считают показатель бактериальной обсемененности в зеленой зоне (зеленая зона ВДНХ—350 микробов в 1 м 3). Пример значительного обсеменения воздуха — места скопления людей и транспорта. Воздух операционных до начала операции должен содержать не более 500, а после нее — не более 1000 микробов в 1 м 3 . Staph, aureus не должны обнаруживаться при исследовании 250 л воздуха. В предоперационных и перевязочных до начала работы количество микробов в 1 м 3 не должно превышать 750. В больничных палатах летом число микробов должно быть менее 3500, а зимой — менее 5000 в 1 м 3 . Здесь допускают наличие стафилококков в воздухе: летом — 24, зимой — 52 при исследовании 250 л воздуха.

ТЕМА 3. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МИКРОБНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА ПОМЕЩЕНИЙ

ТЕМА 3. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МИКРОБНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА ПОМЕЩЕНИЙ

Цель занятия: изучение методов определения и оценки бактери- альной загрязненности воздушной среды помещений.

При подготовке к занятию студенты должны проработать следующие вопросы теории.

1. Эпидемиологическое значение воздушной среды. Источники микробного загрязнения воздуха помещения.

2. Характеристика бактериального состава атмосферного воздуха и воздуха помещений. Факторы, способствующие снижению микробного загрязнения воздуха помещений.

3. Значение бактериального загрязнения воздуха при изготовлении лекарственных препаратов.

4. Методы исследования и оценки степени бактериального загрязнения воздуха закрытых помещений.

После освоения темы студент должен знать:

Методику проведения отбора проб воздуха, их анализа, определение степени бактериального загрязнения воздуха аптечных помещений;

Расчет необходимой мощности и количества бактерицидных облучателей при обеззараживании воздуха и поверхностей помещений аптек;

уметь:

Оценить результаты исследований воздуха на соответствие гигиеническим нормативам;

Оценить условия труда персонала аптек при воздействии биологических факторов по данным санитарно-гигиенического обследования и лабораторных исследований;

Использовать основные нормативные документы и информационные источники справочного характера для организации контроля за уровнем микробного загрязнения в воздухе аптечных помещений и разработки профилактических мероприятий по предупреждению и снижению уровня загрязнения воздуха аптечных помещений.

Учебный материал для выполнения задания

Воздух может загрязняться аэропланктоном, т.е. бактериями, вирусами, спорами плесневых грибов, дрожжевыми грибами, цистами простейших, спорами мхов и др. Основным источником загрязнения воздуха служит почва. Попадающие в атмосферный воздух микроорганизмы сравнительно быстро погибают вследствие высыхания, действия ультрафиолетовых лучей Солнца и отсутствия питательного материала. Однако в приземном слое атмосферы и в воздухе плохо вентилируемых закрытых помещений всегда обнаруживаются сапрофитные и иногда и патогенные микроорганизмы.

При производстве лекарственных препаратов на основе биологического синтеза работающие могут подвергаться воздействию аэрозоля живых клеток микробов-продуцентов, продуктов метаболизма микроорганизмов и пылевидных конечных продуктов, часто содержащих более 50% белка (например, на заводах, изготавливающих белково-витаминные концентраты). На этапах собственно получения и выделения антибиотиков, а также на заключительных этапах (сушка, фасовка, упаковка) работающие могут подвергать- ся воздействию пыли антибиотиков. Контроль за содержанием в воздухе вредных веществ биологической природы (антибиотики, ферменты, витамины и др.) проводят аналогичным способом: как это принято для химических веществ в соответствии с требованиями Методических указаний «Микробиологический мониторинг произ- водственной среды» (МУ 4.2.734-99) и Приложения 10 Руководства 2.2.755-99 «Методика контроля содержания микроорганизмов в воздухе рабочей зоны».

В помещениях аптек бактериальное загрязнение воздуха, происходящее за счет выделений посетителей и работников аптек, имеет большое значение, так как является причиной возможного инфицирования персонала возбудителями различных инфекционных заболеваний, а также опасности попадания микроорганизмов в лекарственные средства. Попавшая в лекарственные препараты микрофлора приводит к изменению их физико-химических свойств, снижению терапевтической активности, уменьшению сроков хранения, может явиться причиной развития заболеваний и осложнений у больного. Наиболее интенсивное бактериальное загрязнение воздуха отмечается в торговом зале, моечной и вспомогательных помещениях.

Биологическими компонентами пыли помещений являются микрофлора (бактерии, вирусы и грибы) верхних дыхательных путей, кожи, микроскопические клещи, споры плесневых грибов. Санитарнопоказательными микроорганизмами в воздухе закрытых помещений являются стафилококки, зеленящие стрептококки, а показателями прямой эпидемической опасности - гемолитические стрептококки. Несмотря на сравнительно короткий срок пребывания в воздухе, микробы создают эпидемическую опасность. Источниками микробного загрязнения воздуха в стационарах всех типов являются медицинский персонал и больные, страдающие стертыми (бессимптомными) формами инфекционных болезней, а также носители полирезистентных к антибиотикам штаммов патогенных и условно патогенных микроорганизмов.

Нормативов содержания микроорганизмов в воздухе жилых помещений нет. Нормативы бактериальной чистоты производственных помещений (больниц, аптек) разработаны в зависимости от их функционального назначения с учетом интенсивности бактериальной обсемененности и риска возникновения внутрибольничных инфекций. В соответствии с нормативными документами (СанПиН 2.1.3.1375-03) бактериальную чистоту воздуха оценивают дифференцированно по общему количеству микроорганизмов в 1 м 3 воздуха, а в помещениях классов А, Б, и В необходимо контролировать наличие колоний Staphylococcus aureus, которые не должны определяться в 1 м 3 воздуха, и плесневых и дрожжевых грибов, которые не должны определяться в 1 дм 3 воздуха.

Одним из эффективных методов обеззараживания воздуха является использование бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей с длиной волны 254-257 нм. В целях санации аптечных и лечебных помещений в настоящее время применяются бактерицидные увиолевые лампы БУВ-15, БУВ-30, представляющие собой газоразрядные ртутные лампы низкого давления. Лампы сделаны в виде трубок разной длины из увиолевого стекла и наполнены газовой смесью, состоящей из паров ртути и аргона. В концы трубок впаяны вольфрамовые электроды. При пропускании тока через трубку возникает газовый разряд, в результате которого происходит свечение. Увиолевое стекло лампы пропускает УФ-лучи, убивающие микробы, обеспечивая при этом высокий обеззараживающий эффект.

В аптеках применяются потолочные бактерицидные облучатели (ПБО) и настенные бактерицидные облучатели (НБО). ПБО имеют

две экранированные лампы БУВ-15 и две открытые лампы БУВ-30. При использовании ПБО, особенно при включении неэкранированных бактерицидных ламп, обеззараживающий эффект наступает за счет действия прямого потока лучей. НБО имеет две бактерицидные лампы: одна, экранированная лампа, облучает верхнюю зону и другая - неэкранированная - нижнюю зону. Надежный бактерицидный эффект достигается при работе бактерицидных облучателей в течение двух часов при мощности ламп 3 Вт на 1 м 3 .

При длительной работе бактерицидных ламп в воздухе помещений могут накапливаться озон и окись азота в количестве, превышающих ПДК этих веществ, поэтому использование ультрафиолетового облучения требует соблюдения правил техники безопасности. В присутствии работающих рекомендуется применять экранированные бактерицидные лампы мощностью 1 Вт на 1 м 3 , а в отсутствии людей используются бактерицидные лампы открытого типа (НЭ) мощностью 3 ВТ на 1 м 3 . ПБО и НБО являются стационарными бактерицидными установками. В настоящее время в лечебно-профилактических учреждениях и аптеках применяются передвижные бактерицидные облучатели, что дает возможность более эффективно производить обеззараживание воздуха.

Определение количества бактерий осуществляется седиментационным или аспирационным методами.

Седиментационный метод основан на естественном осаждении бактерий из воздуха на чашку Петри с питательной средой и последующим выдерживанием в термостате в течение двух суток при температуре 37 ?С и подсчетом колоний, выросших за это время на всей площади чашки.

Принцип аспирационного метода - аспирация определенного объема воздуха с высеванием содержащихся в нем бактерий на поверхность питательной среды с применением щелевого прибора Кротова (рис. 10) или с помощью микробиологического импактора воздуха «Флора-100».

Прибор Кротова представляет собой цилиндр со съемной крышкой, в котором находится электромотор с центробежным вентилято- ром. Принцип работы прибора основан на инерционном осаждении частиц аэрозоля на поверхность питательной среды. Исследуемый воздух всасывается со скоростью 20-25 л/мин через клиновидную

щель в крышке прибора, ударяется о поверхность плотной питательной среды, и микробы задерживаются на ее влажной поверхности. Для равномерного посева микробов чашка Петри с питательной сре- дой помещается на подставку, вращающуюся со скоростью 1 оборот в 1 с. Скорость аспирации воздуха регулируется по микроманометру (реометру) прибора. Общий объем пробы при значительном загрязнении воздуха должен составлять 40- 50 л, при незначительном - более 100 л. Продолжительность аспирации 2-5 мин. После инкубирования отобранных проб при температуре 37 ?С в течение 1-2 суток в зависимости от выделяемых микроорганизмов производится подсчет выросших колоний. Учитывая объем взятой пробы воздуха, вычисляется количество микробов в 1 м 3 воздуха.

Рис. 10. Прибор Кротова для бактериологического исследования воздуха

Импактор «Флора-100», современная модель прибора для улавливания бактерий из воздуха, работает в автоматическом режиме и превосходит прибор Кротова по техническим характеристикам.

Определение количества микроорганизмов в воздухе служит одним из гигиенических критериев его чистоты. О степени бактери- ального загрязнения воздуха судят по общему количеству бактерий, содержащихся в 1 м 3 воздуха. Кроме того, оценку воздуха можно дать по содержанию санитарно-показательных микроорганизмов (разных видов стрептококков и стафилококков) - обычных обитателей слизистых оболочек дыхательных путей человека. Содержание микроорганизмов в воздухе различно в разные сезоны года. В холод-

ный период воздух имеет меньшее микробное загрязнение, а летом воздух больше загрязняется микробами, поступающими в него в большом количестве вместе с частичками почвенной пыли. В качестве ориентировочных показателей оценки бактериального загрязнения воздуха в жилых помещениях используются предложенные А.И. Шафиром следующие величины (табл. 9).

Таблица 9. Оценка чистоты воздуха по бактериологическим показателям воздуха аптечных помещений в разные периоды года

Лабораторная работа «Определение и оценка микробного загрязнения воздуха»

Задания студенту

1. Произвести бактериологический посев воздуха с помощью прибора Кротова.

2. Произвести подсчет колоний в чашке Петри, посев воздуха на питательную среду которой был сделан с помощью аппарата Кротова сутки назад со скоростью 20 л/мин в течение 5 мин и которая находи- лась в термостате при температуре 37 ?С в течение суток.

3. Определить уровень бактериального загрязнения в помещении аптеки.

4. Дать гигиеническую оценку эффективности работы бактерицидных ламп по условиям ситуационной задачи.

Методика работы

Определение микробного загрязнения воздуха

Получив одну из чашек Петри с выросшими микробными колониями, ознакомиться с содержащимися в задаче сведениями о времени,

месте и условиях отбора пробы воздуха (скорость и время аспирации).

Для подсчета числа колоний надо разделить поверхность чашки на 4 равных стора, нанеся линии раздела на стекло крышки. Подсчитать общее число колоний на поверхности j чашки и умножить на 4. Подсчет можно осуществлять простым глазом или через лупу. Число выросших колоний можно принять примерно равным количеству микробных тел в посеянном на чашку Петри объеме воздуха. Затем, учитывая условия отбора пробы, рассчитать общее количество микроорганизмов в 1 м 3 воздуха помещения.

Оценку степени микробного загрязнения воздуха произвести в соответствии с градациями, приведенными в табл. 9.

Расчет необходимой мощности и количества УФ-облучателей в помещении

Необходимая мощность (N) бактерицидных ламп определяется по формуле:

N = E V,

где: E - нормируемая величина удельной мощности ламп:

3 Вт/м 3 - для ламп открытого типа,

1 Вт/м 3 - для ламп экранированного типа,

V - объем помещения, м 3 .

Необходимое количество бактерицидных ламп (К) определяется по формуле:

К = N / (мощность бактерицидной лампы).

В начале 60-х годов В. Ф. Кротов разработал новый метод решения вариационых задач, который основан на достаточном условии оптимальности, названном впоследствии принципом оптимальности Кротова . Но прежде чем познакомиться с этим принципом, рассмотрим более общую постановку задачи оптимального управления.

Решение задачи оптимального управления в классе кусочно-непрерывных управлений и кусочно-гладких траекторий не всегда существует. Целесообразно обобщить ее так, чтобы расширить класс задач оптимального управления, обладающих решением.

Пусть объект, ограничения и краевые условия задаются следующим образом:

Здесь при каждом фиксированном является некоторым множеством пространства . Обозначим через множество пар кусочно-непрерывных функций и кусочно-гладких (непрерывных и кусочно-дифференцируемых) функций определенных на и удовлетворяющих уравнению на этом интервале, за исключением конечного числа точек, ограничению на всем интервале и краевым условиям (10.70). Множество называют допустимым

множеством, а его элементы - допустимыми парами, а множестве задан функционал

Требуется найти последовательность допустимых пар на которой функционал (10.71) стремится к своему наименьшему значению на множестве

Такая последовательность называется минимизирующей. Последовательность допустимых пар будем также называть допустимой последовательностью.

Основным обобщающим моментом в новой постановке является то, что в качестве решения задачи оптимального управления принимается минимизирующая последовательность, а не определенная допустимая пара. В частном случае, когда существует допустимая пара доставляющая минимум функционалу (10.71), все члены минимизирующей последовательности равны этой паре: .

Пример 10.12. Рассмотрим несколько видоизмененный пример Больца 11]:

Наименьшее значение (точная нижняя грань) функционала равно нулю и достигается на последовательности

Необходимо для начала произвести отбор проб атмосферного воздуха. Данный процесс является чрезвычайно важным и кропотливым. Это связано с тем, что даже при самом точном анализе результаты неправильно произведенного отбора воздуха искажаются. Потому существует целый ряд требований к данному процессу:

• необходимо получить пробу, которая соответствует реальному составу воздуха;
• накопить в пробе нужное количество искомого вещества, для того чтобы его можно было обнаружить в лабораторных условиях.

Взятие проб воздуха зависит от нескольких факторов:

Во время проведения исследований в лаборатории используют различные воздуха. Самые распространенные - аспирационный и метод отбора в сосуд.

Аспирационный метод

Это самый распространенный способ в гигиенической практике. Особенность данной методики заключается в аспирации. Иными словами, это фильтрация исследуемого воздуха при помощи специальных веществ, которые способны поглощать определенный ингредиент из всех, проходящих через него. Данное вещество называется поглотительной средой. Недостатки аспирационного метода отбора проб воздуха:

• Это очень трудоемкий процесс.
• Занимает много времени (около 30 минут). За этот период может произойти усреднение концентрации токсичного вещества. А концентрация искомых веществ в воздушной среде изменяется слишком быстро. Методика отбора проб воздуха осуществляется профессионалами.

Отбор в сосуды

Этот метод отличается своей быстротой. Его используют тогда, когда ограничиваются небольшим объемом исследуемого воздуха и не возникает необходимости в накапливании искомого вещества в пробе. При этом отборе используются разнообразные емкости и сосуды: баллоны, бутыли, шприцы и газовые пипетки, а также резиновые камеры. Данная методика отбора проб воздуха является очень чувствительной и точной.

В практике используется несколько разновидностей аспираторов. Самый простой среди них - водный. Данный прибор для отбора проб воздуха состоит из пары одинаковых стеклянных бутылей, которые предварительно откалиброваны. Эти сосуды вмещают около 3-6 литров, закрываются пробками, из которых выходят две стеклянные трубки. Одна из них длинная и достигает дна бутылки, другая - короткая, заканчивается сразу под пробкой. Длинные трубки пары бутылей соединены резиновой трубочкой с зажимом. К короткой присоединяется поглотитель. Когда открывается зажим, вода поступает в пустой сосуд, расположенный выше того, в котором изначально находилась жидкость. В это время над поверхностью воды происходит разрежение, благодаря которому исследуемый воздух просасывается через поглотитель. Скорость при таком просасывании составляет от 0,5 до 2 литров за минуту, а объем воздуха, прошедшего через поглотитель, такой же, как количество воды, которое прошло путь из верхней бутылки в нижнюю.

Этот метод отнимает много времени и является одним из самых сложных. Удобным для использования считается электроаспиратор Мигунова. Этот прибор объединил в себе электрическую воздуходувку с реометрами, которые представляют собой стеклянные трубки-ротаметры, две из которых нужны для замеров скорости отбора воздуха, а две другие предназначены для большой скорости. Малая скорость составляет от 0,1 до 1 л/мин, большая - от единицы до 20 литров в минуту. Нижняя часть ротаметров соединена со штуцерами, выведенными в переднюю часть прибора. К этим штуцерам присоединены резиновые трубки вместе с поглотительными приборами. Благодаря такой схеме одновременно можно отбирать сразу четыре пробы. Верхняя часть ротаметра имеет ручки вентилей, которые точно так же выведены в переднюю часть. Это помогает регулировать скорость отбора проб воздуха.

Принцип работы данного прибора заключается в том, что во время включения в сеть с помощью электродвигателя вращается ротор воздуходувки. В то же время в ее корпусе понижается давление. А воздух, помещенный вне прибора, проходит через штуцеры. Затем поступает наружу. Узнав затраченное время на его прохождение сквозь аспиратор и его скорость, можно определить объем воздуха, проходящего через поглотительный прибор, который присоединяется к штуцеру.

Существующие поглотители созданы для того, чтобы забирать химические примеси из воздуха при помощи твердых и жидких сред. И поглотитель, и среду для него выбирают не случайно. Здесь учитываются агрегатные состояния веществ, которые проходят исследования. А также необходимость в обеспечении продолжительного контакта самого вещества и поглотительной среды.

В случае если исследуемое газо- или парообразное вещество находится в воздухе в большом количестве, если метод его определения очень чувствительный, то, соответственно, необходимы небольшие объемы анализируемого воздуха. Для этого нужны одномоментные методы отбора проб. Для них используют резиновые камеры, калиброванные бутыли и сосуды, вмещающие от 1 до 5 литров, а также газовые пипетки по 100-500 мл. Однако резиновые камеры могут применяться только в том случае, если исследуемое вещество точно не реагирует с резиной. В них воздух не сохраняется больше трех часов. Его накачивают туда с помощью Для исследований воздух переводится в калибровочную бутыль или другой поглотитель с соответствующей средой.

Отбор методом обмена

Когда исследуемым воздухом наполняют газовые пипетки и бутыли, то такой способ называется методом обмена.

Воздух, который поддается лабораторным исследованиям, продувается через пипетку или бутыль много раз. Пипетка заполняется при помощи резиновой груши, насоса. Это возможно при открытых зажимах или кранах, если они есть. По окончании отбора проб они закрываются. В случае применения калибровочной бутыли, она оборудуется пробками и двумя стеклянными трубками. К их внешним концам присоединяются резиновые трубочки с зажимами. Перед началом отбора зажимы снимаются. А к одной из трубочек присоединяется насос или резиновая груша. Затем бутыль продувают исследуемым воздухом много раз. По окончании отбора проб трубочки перекрывают зажимами.

Вакуумный метод

Пробы воздуха в помещении производятся при помощи толстостенной калибровочной бутыли. Она нужна для создания в ней разрежения при помощи специального насоса Комовского. Исследуемый воздух отсасывается из бутылки к остаточному давлению, которое колеблется от 10 до 15 мм ртутного столба. Затем нужно перекрыть зажим на резиновой трубочке. Отсоединить сосуд от насоса. А в конец резиновой трубки вставить стеклянную палку. На месте отбора проб емкость открывается. Она быстро заполнится воздухом благодаря равности давления. По окончании отбора проб зажим завинчивают, а на место отверстия резиновой трубочки ставят стеклянную палку.

Метод выливания

Взятие проб воздуха производится газовой пипеткой или калибровочной бутылью. Они наполняются специальной жидкостью, которая не должна вступать в реакцию с исследуемым веществом и тем более растворять его. Для этих целей зачастую используется простая вода. В случаях, когда этот вариант исключен, прибегают к применению насыщенных натрия или кальция хлорида.

На место отбора пробы жидкость выливается, а сосуд наполняется исследуемым воздухом. Затем резиновые трубочки перекрывают специальными зажимами, а на концах ставят стеклянные палки или же просто закрывают оба крана на газовой пипетке.

Санитарные пробы

Эти пробы собирают для химического анализа и определяют общую запыленность в зоне дыхания человека и на полтора метра выше.

Изучая загрязнения воздушной среды из-за выбросов промышленных предприятий, определяют среднесуточную и максимальную разовую концентрацию вредных веществ в атмосфере. Санитарные пробы воздуха обычно отбирают в момент наибольшего загрязнения с ветреной стороны от источника. Берут минимум десять образцов во всех точках и через равные отрезки времени. Отбор проб атмосферного воздуха продолжается около двадцати минут. При увеличении расстояния от источника, из которого исходит загрязнение (не более пяти километров, дальше точный анализ просто невозможен), продолжительность также увеличивается до 40 минут.

Для того чтобы определить радиоактивные и необходимо просасывать сквозь фильтры большой объем воздуха. Потому что в населенных местах исследуемые элементы содержатся в ничтожно малом количестве. В процессе взятия пробы воздуха на больших промышленных предприятиях для исследований содержания токсических веществ (таких как газы, пары) или большого количества пыли важное место занимает точка отбора. В производственных помещениях или зданиях неравномерно распределены загрязняющие вещества. Воздушная среда постоянно и хаотично подвижна. По этим причинам приборы для пробы атмосферы располагают в месте, где происходит рабочий процесс, на уровне полутора метров от пола. Это считается уровнем дыхания рабочих. За одну смену берут три пробы: в начале, середине и конце трудового дня. Во время их взятия обязательно учитывается влажность, а также температура воздуха в помещении. Поглотительные приборы, которые нужны, чтобы произвести отбор проб воздуха на промышленных предприятиях, напоминают стеклянные пробирки, которые запаиваются вверху и скрепляются еще с парой стеклянных трубочек. Через длинную трубку поступает исследуемый воздух. А сквозь короткую он проходит далее к воздуходувке через реометр. Нижняя часть поглотителя предназначена для поглощающейся жидкости, через которую должен просасываться исследуемый газ. Отбор проб воздуха рабочей зоны необходим для нормального функционирования предприятия и обеспечения условий труда для коллектива. В соответствии с действующим законодательством и требованиями охраны труда это обязательный процесс.

Гравитационный метод отбора

Этот метод взятия пробы воздуха в помещении или на улице основывается на том, что плотные частицы, которые взвешиваются в нем, оседают под влиянием силы тяжести. Пробозаборник Дарема - основной прибор, который используют для гравитационного отбора проб воздушной среды. Суть его работы заключается в следующем. В держатель прибора вставляется специальное предметное стекло, которое покрывается глицериновым гелем. Затем он оставляется в воздушной среде на сутки. Частицы, которые переносятся воздушным потоком, оседают на предметном стекле. Далее в лабораторных условиях под микроскопом определяется состав и количество частиц. Результаты представляются числом частиц, которые осели на квадратном сантиметре за сутки. Гравитационный метод отбора проб воздуха недорогой и достаточно простой, однако и у него есть свои недостатки:

• результаты анализа могут быть неточными из-за таких факторов, как направление, скорость ветра, осадки и влажность воздуха;
• за сутки успевает осесть небольшое количество частиц;
• на предметное стекло в основном попадают крупные частицы;
• образцы собирают профессионалы, для этого им необходимы специальные приборы, а также аспираторы для отбора проб воздуха.

Объемометрический метод

Суть данного способа заключается в том, что частицы, которые взвешиваются в воздухе, задерживаются на препятствиях, устанавливаемых его потоками. Пробы воздуха на предприятиях тяжелой промышленности необходимо собирать не реже, чем раз в год. В условиях этого метода применяются такие пробозаборники:

Оценивание результатов гравитационного метода отбора позволяет обнаруживать крупные частицы (например, пыльцу амброзии). В научных целях используются более мощные и точные объемометрческие способы.

Исследования загрязнений

В соответствии с действующим законодательством происходит отбор проб воздуха. ГОСТ 17.2.3.01-86 необходим для правильного анализа и подсчета погрешностей.

Для того чтобы изучать степень в Российской Федерации, разработали специальный термин - "предельно допустимая концентрация". На сегодняшний день определили предельно допустимые нормы. Концентрация в воздушной среде вредных веществ должна составлять не более чем пятьсот веществ. Пробы воздуха позволяют контролировать ситуацию.

Предельно допустимой считается максимально концентрированная примесь атмосферного воздуха, которая относится к определенному промежутку времени и периодически или на протяжении всей жизни человека не окажет вредного влияния на него (учитываются и отдаленные последствия) или на окружающую среду.

В случае большой концентрации газов осуществляется пробой воздуха, напряжение в таком случае составляет около 33 кВ/см. При росте давления увеличивается и напряжение.

Существуют лаборатории, исследовательские институты и отдельные квалифицированные специалисты, которые при помощи современных приборов и высокотехнологичных устройств определяют и устраняют вредные вещества, находящиеся в домах, квартирах, офисах, на земельных участках и пр. Отбор проб воздуха производится работниками санэпидемстанций, а далее проходят исследования в лабораторных условиях.

Как обезопасить свой дом

Если вы стали замечать, что кто-то из членов вашей семьи (или вы сами) страдает от аллергических реакций по непонятным и невидимым причинам, то вам необходимо произвести анализ проб воздуха в помещении. Для этого существует несколько способов. Обычная пыль, плесень, радон или различные патогенные микроорганизмы в воздухе негативно влияют на здоровье людей, особенно маленьких детей. Отбор проб атмосферного воздуха необходим в случае аллергических и других реакций у одного из членов семьи. Методы, которые помогут провести анализ воздушной среды в помещениях:

После получения результатов необходимо решать соответствующие проблемы. Для их устранения существуют специальные группы людей, которые работают по вызову.