Основные понятия войсковой индикации

Выбор оптимального метода для определения каждого конкретного вещества производится таким образом, чтобы максимально удовлетворить основные требования, предъявляемые к методам индикации. Такими основными требованиями являются:

- чувствительность определения;

- специфичность;

- быстрота появления аналитического эффекта.

И в качестве дополнительных требований являются:

- надежность полученных результатов;

- простота и удобство применения.

Если последние требования не нуждается в разъяснениях, то по первым пунктам необходимы некоторые уточнения в терминологии.

Количественная оценка чувствительности определения может быть дана несколькими критериями. Одним из критериев такой оценки является так называемый «открываемый минимум» (m₀), представляющий собой наименьшее количество вещества, определяемого с достаточной степенью надежности. Открываемый минимум не зависит от объема, в котором распределено данное количество вещества, и выражается в микрограммах (мкг) или γ (γ = 10^-6 г). Однако этот критерий не дает полной оценки чувствительности определения, так как далеко не безразлично, в каком объеме (V) возможно определение 1 γ вещества: в см³ или м³ воздуха, в 1 мл или в 1 л раствора или анализируемой пробы. Поэтому часто оценку чувствительности определения дают критерием «предельного разбавления» или «предельной концентрации» (С_пр.), понимая под этим минимальную концентрацию (или максимальное разбавление), при которой еще возможно обнаружение данного вещества.

Предельную концентрацию выражают обычно в мг/л или в г/м³ (мг/м³) или отвлеченным числом (например, 1 : 10⁴, 1 : 10⁶), как отношение весовой единицы определяемого вещества к количеству растворителя.

Величины открываемого минимума и предельной концентрации находятся в следующем отношении друг к другу:

(1.1)

Итак, под чувствительностью понимается возможность обнаружения или определения наименьших концентраций токсичных химикатов или токсичных веществ.

Требования по чувствительности определяются, исходя из токсичных свойств определяемого вещества и возможности его обнаружения в концент-рациях, не выводящих личный состав из строя, т.е. до получения им поро-говых поражений. Для определения чувствительности в мг/л используется формула:

(1.2)

где РCt₅₀ – средняя пороговая токсодоза, т.е. доза, вызывающая начальные симптомы поражения у 50 % пораженных, измеряемая в

мг · мин/л;

t – время допустимого пребывания личного состава без противогаза (исходя из оперативно-тактических соображений, принимается примерно равным 4 ч).

Пример. Для ОВ типа зарин (GB) РCt₅₀ составляет 2,5 · 10^-3 мг · мин/л. В этом случае требуемая чувствительность приборов химической разведки составит:

мг/л.

Данные по требуемой чувствительности определения основных токсичных химикатов приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1  Токсичность ТХ и требуемая чувствительность их

определения

Токсичные химикаты	Пороговая токсодоза РCt50 , мг · мин/л	Требуемая чувствительность определения, мг/л
1	2	3
Ви-экс (VХ)	3,00 · 10-4	1 · 10-6
Зоман (GD)	4,00 · 10-4	1 · 10-6
Зарин (GB)	2,00 · 10-4	1 · 10-5
Иприт (HD)	2,50 · 10-2	1 · 10-4
Синильная кислота (AC)	0,10	5 · 10-3

Продолжение таблицы 1.1

1	2	3
Хлорциан (CK)	0,35	5 · 10-3
Фосген (CG)	0,60	1 · 10-3

Результаты, представленные в таблице, показывают, что чувствительность определения ФТХ должна быть не ниже 1 · 10^-6 мг/л, а чувствительность определения остальных ТХ  в пределах от 1 · 10^-4 до 1 · 10^-3 мг/л.

С критерием оценки чувствительности определения ТХ тесно связана быстрота появления аналитического эффекта, являющаяся временной характеристикой чувствительности. В статических условиях и гомогенной среде быстрота появления аналитического эффекта определяется константой скорости реакции; в динамических (которые являются наиболее типичными для индикации, например, при определении содержания токсичных веществ в зараженном воздухе), кроме того, определяется условиями накопления вещества до величины открываемого минимума или до создания предельной концентрации. Этими условиями являются скорость пропускания потока зараженного воздуха, эффективность улавливания анализируемого вещества. В том случае, если эти условия строго стандартизованы, быстрота появления аналитического эффекта практически может служить мерой чувствительности определения.

Требования к быстроте появления аналитического эффекта диктуются токсичностью ТХ и временем накопления в организме пороговых токсодоз. Время выдачи сигнала прибором (Т_сигн.), основанным на использовании того или иного метода индикации, должно быть не больше разности времени на-копления в организме пораженного пороговой токсодозы и времени надевания противогаза, т.е.

,

(1.3)

где С_ср. – средняя концентрация ТХ, мг/л;

Т_пр. – время надевания противогаза, с.

Если для ТХ с токсичностью, равной токсичности зарина, средние боевые концентрации составляют от 0,01 до 0,02 мг/л, время выдачи сигнала о его появлении составит:

с.

Несмотря на стремление к выполнению этого требования, следует учитывать, что ни один прибор не может своевременно подать сигнал химической тревоги в районе цели (где мгновенно создаются высокие концентрации ТХ), а предназначается только для предупреждения о наносе облака зараженной атмосферы (ЗА) или встрече с зараженным участком местности.

Несмотря на наличие строгих количественных критериев оценки чувствительности, последняя все же не является величиной абсолютной. Дело в том, что в ряде случаев она зависит от наличия посторонних примесей, состав и количество которых в окружающей среде может меняться; от метода выполнения операций (например, точной дозировки реактивов настройки приборов и т.п.) и даже подчас от натренированности оператора. Учет мешающего влияния посторонних примесей в индикационной практике производится путем установления «предельных отношений» (S_пр). Под предельным отношением понимают отношение открываемого минимума определяемого вещества к количеству посторонней примеси (m_s), еще не мешающему определению:

.

(1.4)

Мешающее влияние посторонних веществ может проявляться как в маскировке аналитического эффекта, имеющего место при отсутствии примеси, так и в появлении аналогичного с определяемым веществом аналитического эффекта. В последнем случае мы будем иметь дело со специфичностью метода, под которой понимается способность проявления аналитического эффекта только с определяемым веществом и непроявления его с другими веществами.

Абсолютно специфичных методов индикации токсичных веществ известно очень немного. Как правило, методы, используемые в практике, являются групповыми или относительно специфичными. Впрочем, для войсковой индикации обычно и не требуется абсолютная специфичность, а специфичность лишь в отношении более или менее определенного круга веществ, вторые могут встретиться в полевых условиях (практическая специфичность). К таким веществам относятся: нейтральные дымы, пары летучих дегазаторов и растворителей, продукты сгорания взрывчатых веществ и порохов, компоненты ракетных топлив, выхлопные газы и некоторые другие.

Количественная оценка специфичности так же, как и быстродействия и чувствительности, вытекает из пороговых токсодоз определяемых веществ. При этом учитывается, что применение средств защиты должно исключить поражения личного состава от значений концентраций выше пороговых, независимо от того, какие вещества вызывают эти поражения.

Отсюда:

(1.5)

где PCt_s – пороговая токсодоза сопутствующих примесей, мг · мин/л.

Поскольку для большинства сопутствующих примесей значение PCτ_s лежит в пределах от 1 до 10 мг · мин/л, то аналогично предыдущему расчету:

Таким образом, рассмотрение количественных критериев оценки требований к методам и средствам индикации показывают, что они должны обладать быстродействием в несколько секунд для определения «начала» химического нападения, чувствительностью порядка 10^-6 мг/л для определения конца химического нападения и специфичностью, обеспечивающей надежное обнаружение определяемого ТХ в присутствии более чем тысячекратного избытка сопутствующих примесей.

Количественные характеристики чувствительности и специфичности имеют важное значение для определения надежности индикации. Действительно, общепринятое понятие «надежность» означает свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Для технических средств индикации под заданными функциями и эксплуатационными показателями понимается не только безотказная работа самого изделия как механического или автоматического прибора, но и главное  выполнение своего назначения по чувствительному и специфичному определению ТХ. Сохранение этого назначения в заданных пределах требует количественной оценки чувствительности и специфичности, даваемой с привлечением понятий надежности.

Неизбежные флуктуации фона и аналитического эффекта приводят к тому, что при работе на пределе чувствительности имеет место разброс результатов, являющийся источником возможных ошибок. Для исключения влияния этих ошибок на достоверность индикации за чувствительность метода следует принимать не предельную величину, а ту, при которой разброс результатов не будет приводить к ложным показаниям.

Статистическое определение чувствительности методов анализа представлено на рисунке 1.1.

Для большинства средств индикации надежность принимается равной 0,95; это означает, что 95 % результатов не должно выходить за определенные пределы разброса, называемые доверительным интервалом. На рисунке 1.1 схематично показано влияние величин доверительных интервалов, характеризующих разброс результатов, на чувствительность метода.

Линия а на рисунке 1.1 означает сигнал фона (величину электрическо-го сигнала, оптической плотности и т.п.), линия в  сигнал аналитического эффекта; заштрихованные области  доверительные интервалы при надеж- ности 0,95.

Рисунок 1.1 – Статистическое определение чувствительности

методов анализа

В рассматриваемом случае концентрации, меньшие С₁, соответствующей пересечению границ доверительных интервалов (точка А), не могут быть надежно определены в связи с возможностью получения ложных результатов. Реальным пределом чувствительности метода следует считать концентрацию С₂, сигнал от которой превышает сигнал фона (с учетом доверительного интервала) на величину BД, соответствующую разрешающей способности метода (прибора, глаз и т.п.).