Чувашов Роман Дмитриевич – магистр по направлению "Биотехнические системы и технологии" (2018), инженер-исследователь кафедры экспериментальной физики Физико-технологического института,
ул, Мира, д. 21, Екатеринбург, 620002.
Roman D. Chuvashov, Master in Biotechnical systems and technologies (2018), Research Engineer,
21, Mira St., Ekaterinburg 620002.
Введение. Загрязнение окружающей среды является важной проблемой для общественной и экологической безопасности. Для экспресс-контроля экотоксикантов в паровой фазе применяются кросс-реактивные оптические хемосенсорные материалы, комбинации которых позволяют идентифицировать обнаруженные вещества. Подбор комбинаций хемосенсоров, с помощью которых возможна наиболее надежная идентификация веществ, редко рассматривается исследователями; вместо этого часто используются все доступные хемосенсорные материалы, хотя меньшая по размеру комбинация может быть более надежной и информативной.
Цель работы. Предложить метод подбора комбинаций хемосенсорных материалов, позволяющий составить из набора доступных хемосенсорных материалов комбинацию, наиболее подходящую для идентификации установленной группы парофазных веществ.
Материалы и методы. Предложена метрика качества комбинации для задачи идентификации, численно описывающая степень ортогональности и близость распределений векторов отклика комбинации на воздействие веществ. На основе метрики сформулирован метод подбора комбинаций. Предложенный метод апробирован на примере подбора комбинации проницаемых флуоресцентных хемосенсорных материалов, выполняющей идентификацию насыщенных паров нитроароматических экотоксикантов и веществ-помех. Идентификация веществ по отклику комбинации материалов на воздействие паров веществ выполнена классификационными моделями на основе метода опорных векторов и метода главных компонент.
Результаты. Определена комбинация проницаемых флуоресцентных хемосенсорных материалов, наиболее надежная для решения задачи идентификации паров нитроароматических экотоксикантов и веществ-помех. Показана возможность скорой идентификации веществ в ходе воздействия на материалы. Показано, что метрика качества ниже для комбинации из всех доступных флуоресцентных хемосенсорных материалов в сравнении с меньшей по размеру комбинацией материалов, подобранной предложенным методом.
Заключение. Предложен подход к решению проблемы подбора оптимальной комбинации хемосенсорных материалов для решения задачи идентификации установленной группы веществ. Показано, что подбор комбинации материалов предлагаемым методом позволяет повысить надежность идентификации веществ и сократить количество разнородных хемосенсорных материалов в комбинации.
Introduction. Environmental pollution represents a serious threat to the public and ecological safety. Cross-reactive optical chemosensor materials and their combinations can be effectively used for timely identification of ecotoxicants in the vapor phase. The selection of chemosensor combinations for a reliable identification of toxic substances has received insufficient research attention. As a rule, all available chemosensor materials are used, although a smaller combination may be more reliable and informative.
Aim. To propose a method for selecting from a set of available chemosensory materials the optimal combination most suitable for identification of the required group of vapor-phase substances.
Materials and methods. A metric for assessing the quality of a chemosensor material combination for identification of toxic substances is proposed. This metric numerically describes the degree of orthogonality and the proximity of distributions of response vectors of the combination to the exposure to analyzed substances. On the basis of the metric, a method for selecting optimal combinations is formulated. Classification models based on the support vector method and the principal components method are used to classify responses of the combination of materials. The proposed method is tested on the example of selecting combinations of permeable fluorescent materials for identification of saturated vapor-phase nitroaromatic ecotoxicants and interfering substances.
Results. A combination of permeable fluorescent materials, sufficiently reliable for identification of vapor-phase nitroaromatic ecotoxicants, was determined. The possibility of rapid identification of toxic substances during the prolonged exposure of materials to their vapors is presented. It is shown that the quality metric is lower for a combination of all available fluorescent materials compared to a smaller combination selected via the proposed method.
Conclusion. An approach to solving the problem of finding an optimal combination of chemosensory materials for identification of the specified group of substances is proposed. The proposed method increases the reliability of identification of toxic substances while reducing the number of chemosensory materials involved in the process.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.