Диссертация

Биогеохимические исследования морей и океанов требуют получения самой разнообразной информации, в том числе о химическом (в том числе элементном) составе биоты с разрешением во времени и пространстве, желательно в реальном времени на борту судна. Для этих целей подходит сочетание лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии (ЛИЭС) и спектроскопии комбинационного рассеяния (СКР). Для наиболее полного извлечения информации из комбинированных данных этих двух методов целесообразно использовать математические алгоритмы обработки многомерных данных. Целью настоящей работы была оценка возможностей сочетания ЛИЭС, СКР и математических методов обработки многомерных данных, имея в виду использование этого сочетания для оценки элементного и молекулярного состава морского зоопланктона и выявления связей между этими составами. В результате исследования предложена интегральная метрика для оценки погрешности анализа — множитель правильности, показывающий степень отклонения измеренных значений от эталонных. Рассмотрение источников погрешности при определении соотношений элементов методом ЛИЭС без образцов сравнения показало, что наибольший вклад в дисперсию результата (примерно по 40 %) вносят неопределённость температуры и интенсивностей рассматриваемой пары эмиссионных линий. Сочетание ЛИЭС и СКР с методами анализа многомерных данных (метод главных компонент, неотрицательное матричное разложение и др.) привело к кластеризации образцов зоопланктона соответственно биологическим таксонам. При этом эмиссионные спектры оказались гораздо более чувствительны к таксономическим различиям, чем спектры КР. С помощью алгоритмов хемометрики найдены корреляции между сигналами атомной эмиссии и комбинационного рассеяния. Результаты разных алгоритмов согласуются между собой. В настоящей работе образцы морского зоопланктона были впервые охарактеризованы методами ЛИЭС и СКР. Показана возможность прямого полуколичественного определения Li, B, Na, Mg, P, K, Ca и Sr в зоопланктоне методом ЛИЭС, в том числе без образцов сравнения. Показана эффективность алгоритмов хемометрики для биологически осмысленной кластеризации образцов зоопланктона на основе спектров, что важно в контексте методической проблемы разделения смешанной (тотальной) планктонной пробы на отдельные виды планктонных организмов, до настоящего времени не получившей однозначного решения. Представленное сочетание методов позволит глубже понять взаимосвязи элементного и молекулярного состава тканей животных и может быть использовано как удобный и доступный инструмент изучения биохимических процессов — в частности, для установления причин и механизма аномального накопления лития планктонными организмами. Результаты исследования в части разработки способов определения элементного состава биологических тканей без образцов сравнения могут быть применены для полуколичественного анализа зоопланктона на борту научно-исследовательских судов.