Способ определения коэффициента подсоса паров физиологически активных веществ в подкостюмное пространство средств индивидуальной защиты с использованием цифровых изображений индикаторных эталонов
Владельцы патента RU 2420720:
Федеральное государственное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на получение более достоверных результатов испытаний. Этот результат обеспечивается за счет того, что определяют герметичность средств индивидуальной защиты кожи (СИЗК) путем оценки изменения окраски индикаторного белья в условиях заражения в местах негерметичности путем преобразования визуальной информации в цифровую. При этом при оценке негерметичности СИЗК по изменению окраски использованного индикаторного белья определяют зависимость соответствия дозы (Сτ) поглощенных индикаторными эталонами паров хлора и выраженного в цветовых координатах (R), (G) и (В) изменения окраски индикаторных эталонов: Сτ=6,218-5,323·lgG+3,397·lgB, при 252≥R≥248, после чего экспериментально определяют Сτ для каждого участка индикаторного белья с измененной окраской по зависимости, указанной выше, с последующей оценкой коэффициента подсоса для определения степени герметичности СИЗК. 4 табл., 2 ил.
В настоящее время испытания герметичности комплектов средств индивидуальной защиты кожи (СИЗК) с использованием газообразного хлора проводятся согласно методу, изложенному в ГОСТ В 21969-83 [1]. Сущность метода заключается в испытании комплектов СИЗК в камере, содержащей модельный газ - хлор с известной концентрацией, который, попадая в подкостюмное пространство через различные негерметичные места (разъемы, места сочленения элементов и т.п.), вызывает изменение окраски индикаторного белья, интенсивность которого пропорциональна дозе газа, воздействующей на кожные покровы.
Коэффициент, характеризующий герметичность конструкции СИЗК по парам физиологически активных веществ (ФАВ), определяется как отношение максимальной локальной дозы хлора, проникшей в подкостюмное пространство и поглощенной индикаторным бельем, к внешневоздействующей дозе на комплект СИЗК.
Необходимо отметить, что в данном методе используется аппаратурно-методическое обеспечение, которое разрабатывалось в 70…80 годах прошлого века и до настоящего времени практически не совершенствовалось.
Исходя из этого проведение оценки герметичности СИЗК требует больших трудовых и материальных затрат, при этом расходуется большое количество дорогостоящих реактивов и, кроме того, не исключается влияние индивидуальных особенностей оператора на воспроизводимость полученных результатов.
Так, в ходе подготовки к испытаниям требуется длительная процедура пропитки индикаторного белья и приготовления эталонов. Определение величины дозы модельного газа, проникшего через места негерметичности конструкции СИЗК, проводится путем визуального сопоставления изменения окраски индикаторного белья с эталонами, что само по себе, вне зависимости от соблюдения условий исследований, накладывает отпечаток субъективизма на получаемые результаты в силу различного восприятия интенсивности (или оттенков) цветов человеком. Кроме того, в виду нестабильности индикаторных эталонов, для каждых новых экспериментов их необходимо готовить заново, что занимает как минимум два-три рабочих дня.
На основании вышеизложенного авторами предлагаемого изобретения был разработан способ определения коэффициента подсоса паров ФАВ в подкостюмное пространство средств индивидуальной защиты с использованием цифровых изображений индикаторных эталонов.
Отличительной чертой предлагаемого изобретения от существующего метода является возможность проведения определения коэффициента подсоса паров ФАВ с использованием математического уравнения, что позволяет за счет исключения субъективного влияния человека получать более достоверные результаты испытаний.
Поиск прототипов предлагаемого изобретения результатов не дал.
На первом этапе работы был получен ряд эталонов, характеризующих различные дозы поглощенного хлора. Условия получения эталонов, а также величины доз поглощенного хлора приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Условия получения индикаторных эталонов и поглощенные ими дозы хлора | ||||
| Номер эталона | Воздействующая концентрация хлора, мг·л-1 | Экспозиция, мин | Поглощенная эталоном доза хлора, мг·мин·л-1 | |
| по ГОСТ | получено | |||
| 1 | 0,01 | 5 | 0,05 | 0,05 |
| 2 | 0,05 | 2 | 0,10 | 0,092 |
| 3 | 0,05 | 4 | 0,20 | 0,20 |
| 4 | 0,05 | 6 | 0,30 | 0,29 |
| 5 | 0,1 | 5 | 0,50 | 0,50 |
| 6 | 0,1 | 7 | - | 0,68 |
| 7 | 0,1 | 10 | 1,00 | 1,00 |
| 8 | 0,2 | 8 | 1,60 | 1,56 |
| 9 | 0,2 | 10 | 2,00 | 2,00 |
| 10 | 0,2 | 12 | 2,40 | 2,50 |
| 11 | 0,2 | 15 | 3,00 | 3,00 |
Анализ данных, представленных в таблице 1, свидетельствует, что приготовленные индикаторные эталоны имеют значения поглощенных доз хлора, практически идентичные с указанными в ГОСТ В 21969-83. Следует отметить, что в ходе исследований не удалось получить эталоны со значениями поглощенных доз 0,01 и 0,03 мг·л-1, так как визуально изменение их окраски по сравнению с исходными образцами индикаторного материала не выявлено.
Далее было проведено преобразование полученных индикаторных эталонов в формат цифрового изображения.
На основании литературных данных о возможных методах перевода эталонов в цифровой формат, а также снятия с них каких-либо характеристик, для получения индикаторных эталонов в формате цифрового изображения был использован метод сканирования с последующей цифровой обработкой полученных данных.
На фиг.1 приведены изображения отсканированных эталонов.
В качестве основных определяемых параметров эталонов в формате цифровых изображений было решено использовать их цветовые координаты в колориметрической системе RGB.
Колориметрическая система RGB не только основана на цветовосприятии глаза человека, но и является распространённой в компьютерных системах, что делает её использование для компьютерной обработки индикаторных эталонов в виде цифровых эталонов вполне оправданным.
Графический редактор Adobe Photoshop позволяет получить цветовые координаты изображения в колориметрической системе RGB. Однако необходимо отметить, что изображения эталонов, получаемые сканированием, неоднородны по цвету и состоят из множества разноцветных точек, имеющих, соответственно, разные цветовые координаты
В связи с этим цветовые координаты индикаторных эталонов были получены по «усреднённым» значениям, для чего к изображениям применяли входящий в комплект Photoshop'a фильтр Blur Average (размытие усреднением).
Значения цветовых координат индикаторных эталонов приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| Значения цветовых координат индикаторных эталонов | ||||||
| Доза | R | G | В | lg R | lg G | lg B |
| 0 | 249 | 207 | 62 | 2,396 | 2,316 | 1,792 |
| 0,05 | 249 | 201 | 62 | 2,396 | 2,303 | 1,792 |
| 0,09 | 248 | 199 | 62 | 2,396 | 2,299 | 1,792 |
| 0,2 | 248 | 183 | 59 | 2,394 | 2,262 | 1,771 |
| 0,3 | 251 | 170 | 57 | 2,394 | 2,230 | 1,756 |
| 0,5 | 251 | 130 | 43 | 2,400 | 2,114 | 1,633 |
| 0,7 | 251 | 113 | 38 | 2,400 | 2,053 | 1,580 |
| 1,0 | 252 | 97 | 42 | 2,400 | 1,987 | 1,623 |
| 1,5 | 250 | 84 | 38 | 2,401 | 1,924 | 1,580 |
| 2,0 | 249 | 65 | 47 | 2,398 | 1,813 | 1,672 |
| 2,5 | 248 | 64 | 53 | 2,396 | 1,806 | 1,724 |
| 3,0 | 249 | 52 | 50 | 2,394 | 1,716 | 1,699 |
Анализ данных, представленных в таблице 2, показывает, что значение цветовой координаты R изменяется в пределах от 248 до 252 вне зависимости от величины дозы поглощенного хлора. Цветовая координата В изменяется в интервале от 38 до 62, что в принципе свидетельствует о её постоянстве. Значение цветовой координаты G непрерывно изменяется от большего к меньшему, и при этом наблюдается переход цвета индикаторных эталонов от желтого к красному, что соответствует законам, на которых построены современные колориметрические системы (второй закон Грассмана - закон непрерывности).
Для получения регрессионной модели, позволяющей математически определять дозы хлора, поглощенные индикаторными эталонами, было исключено значение R. При этом граничным условием, определяющим использование получаемой модели, будет являться то, что при расчете поглощенных доз хлора значение цветовой координаты R должно находиться в пределах от 248 до 252.
В ходе регрессионного анализа были использованы логарифмы значений характеристик G и В, результатом выполнения расчетов является уравнение вида:
R=0,94; F(2,9)эксп=379,9; F(2,9)табл=4,3; Р=0,95,
где Сτ - доза поглощенного хлора, мг·мин·л-1;
G, В - цветовые координаты.
Для полученного уравнения индекс множественной корреляции составил 0,94, что свидетельствует о тесноте влияния факторов на результат. Анализ полученного значения F-критерия показывает, что регрессионное уравнение является статистически значимым.
Для предварительной проверки работоспособности полученного регрессионного уравнения было проведено сопоставление значений поглощенных доз хлора индикаторными эталонами, полученных экспериментально и математически. Результаты представлены в таблице 3.
| Таблица 3 | |||||||||||
| Значения доз хлора, поглощенных индикаторными эталонами | |||||||||||
| Доза хлора, мг·мин·л-1 (эксперим.) | 0,05 | 0,092 | 0,20 | 0,29 | 0,50 | 0,68 | 1,00 | 1,56 | 2,00 | 2,50 | 3,00 |
| Доза хлора, мг·мин·л-1 (математ.) | 0,047 | 0,070 | 0,191 | 0,310 | 0,514 | 0,656 | 1,157 | 1,342 | 2,248 | 2,461 | 2,855 |
Полученные результаты свидетельствуют о хорошей сходимости экспериментальных и расчетных данных, что, в свою очередь, подтверждает возможность применения полученного регрессионного уравнения для расчета доз хлора, которые поглощаются индикаторной тканью.
Следующим этапом работы явились экспериментальные исследования по оценке герметичности комплекта СИЗК со средней степенью герметичности при воздействии паров ФАВ. Количество хлора, проникшего в подкостюмное пространство СИЗК, определялось по ГОСТ В 21969-83 путем визуального сравнения окраски индикаторного белья, изменившего окраску при воздействии хлора, с эталонами и с использованием заявляемого способа.
В результате исследований рабочей группой были выявлены зоны наибольшего проникания паров в подкостюмное пространство СИЗК - область груди, спины и рук. Исходя из этого преимущественно из этих областей были вырезаны образцы индикаторного белья для обработки на сканере и получения изображений в цифровом формате. Кроме того, для набора статистики из индикаторного белья были также вырезаны и образцы с менее интенсивной окраской. Места вырезки образцов индикаторного белья приведены на фиг. 2.
Условия сканирования вырезанных образцов индикаторного белья были идентичны условиям сканирования эталонов.
Полученные таким образом цифровые изображения были обработаны при помощи фильтра Blur Average, входящего в комплект Adobe Photoshop, затем было определено значения их цветовых координат RGB. Цветовые координаты вырезанных образцов индикаторного белья и дозы хлора, определенные путем визуального сравнения образцов индикаторного белья с эталонами и математически, приведены в таблице 4.
| Таблица 4 | ||||||||
| Значения цветовых координат вырезанных образцов индикаторного белья и поглощенные ими дозы хлора | ||||||||
| Номер образца | Значения цветовых координат | Логарифмы значений цветовых координат | Доза хлора, мг·мин·л-1, (визуал.) | Доза хлора, мг·мин·л-1, (математ.) | ||||
| R | G | В | lg R | lg G | lg B | |||
| 1 | 248 | 117 | 45 | 2,394 | 2,068 | 1,653 | 0,68 | 0,83 |
| 2 | 250 | 103 | 39 | 2,398 | 2,013 | 1,591 | 1,00 | 0,91 |
| 3 | 251 | 125 | 42 | 2,400 | 2,097 | 1,623 | 0,5 | 0,57 |
| 4 | 252 | 95 | 35 | 2,401 | 1,978 | 1,544 | 1,00 | 0,94 |
| 5 | 249 | 79 | 43 | 2,396 | 1,898 | 1,633 | 1,56 | 1,67 |
| 6 | 251 | 105 | 38 | 2,400 | 2,021 | 1,580 | 0,68 | 0,83 |
| 7 | 250 | 87 | 42 | 2,398 | 1,940 | 1,623 | 1,56 | 1,41 |
| 8 | 249 | 120 | 41 | 2,396 | 2,079 | 1,613 | 0,68 | 0,63 |
| 9 | 249 | 77 | 45 | 2,396 | 1,886 | 1,653 | 1,56 | 1,79 |
| 10 | 251 | 81 | 39 | 2,400 | 1,908 | 1,591 | 1,56 | 1,46 |
| 11 | 252 | 110 | 35 | 2,401 | 2,041 | 1,544 | 0,68 | 0,60 |
| 12 | 248 | 85 | 39 | 2,394 | 1,929 | 1,591 | 1,56 | 1,35 |
| 13 | 249 | 108 | 38 | 2,396 | 2,033 | 1,580 | 0,68 | 0,76 |
| 14 | 251 | 99 | 44 | 2,400 | 1,996 | 1,643 | 1,00. | 1,18 |
Анализ приведенных данных показывает, что значение цветовой координаты R лежит в интервале от 248 до 252, что позволяет использовать уравнение (1) для математического расчета поглощенных доз хлора.
Коэффициент подсоса в подкостюмное пространство СИЗК был определен по формуле:
где Кпод - коэффициент подсоса пара ФАВ в подкостюмное пространство комплекта СИЗК, %;
[Cп.п.t]max - максимальная доза хлора, проникшая в подкостюмное пространство и поглощенная индикаторным бельем, мг·мин·л-1;
Сисх - средняя концентрация хлора в камере за время испытаний, мг·л-1;
tисп - продолжительность испытаний, мин.
Максимальные значения доз хлора, поглощенных индикаторным бельем и определенные по ГОСТ В 21969-83, составляют - 1,56 мг·мин·л-1, для способа с использованием цифровых изображений - 1,79 мг·мин·л-1. Время испытаний составило 20 минут при средней концентрации хлора 0,3 мг·л-1. Исходя из этого величины коэффициентов подсоса пара ФАВ в подкостюмное пространство комплекта СИЗК составили при визуальном сравнении эталонов и индикаторного белья - 26,0 %, по заявляемому способу - 29,6%.
Различие между величинами коэффициентов подсоса можно объяснить тем, что способ с использованием цифровых изображений позволяет получать «промежуточные» значения поглощенных доз хлор и вследствие этого более точные значения коэффициентов подсоса, тогда как при визуальном сравнении величина дозы должна приниматься по эталону, окраска которого наиболее близка к сравниваемому участку белья.
Таким образом, оценка герметичности СИЗК с использованием заявляемого способа оценки коэффициента подсоса паров ФАВ в подкостюмное пространство позволяет получать более точные и достоверные результаты, лишенные субъективного влияния цветового восприятия человека.
Источники
1. ГОСТ В 21969-83 [Текст]. - Казань: КазХимНИИ, 1983. - 18 с.
Способ определения герметичности средств индивидуальной защиты кожи (СИЗК) путем оценки изменения окраски индикаторного белья в условиях заражения в местах негерметичности путем преобразования визуальной информации в цифровую, при этом при оценке негерметичности СИЗК по изменению окраски использованного индикаторного белья определяют зависимость соответствия дозы (Сτ) поглощенных индикаторными эталонами паров хлора и выраженного в цветовых координатах (R), (G) и (В) изменения окраски индикаторных эталонов: Cτ=6,218-5,323·lgG+3,397·lgB, при 252≥R≥248, после чего экспериментально определяют Сτ для каждого участка индикаторного белья с измененной окраской по зависимости, указанной выше, с последующей оценкой коэффициента подсоса для определения степени герметичности СИЗК.
