Zespó³ Redakcyjny: Gabriel Borowski redaktor naczelny Monika Wrona sekretarz redakcji Pawe³ Kordos Aneta Duda Czasopismo recenzowane Rada Programowa:

Transkrypt

1 Advances in Science and Technology 3/2009 1

2 Zespó³ Redakcyjny: Gabriel Borowski redaktor naczelny Monika Wrona sekretarz redakcji Pawe³ Kordos Aneta Duda Czasopismo recenzowane Rada Programowa: l l l l l l l l l l l Prof. dr hab. in. Klaudiusz Lenik przewodnicz¹cy Rady Politechnika Lubelska Prof. dr hab. in. Jerzy Bursa Politechnika Œl¹ska w Gliwicach Prof. dr hab. in. Franciszek Kluza Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Prof. dr hab. in. Miros³aw W. Kindraczuk National Aviation University, Kiev Prof. dr hab. in. Mykhaylo Pashechko Politechnika Lubelska Prof. dr hab. in. Tadeusz Pe³czyñski Politechnika Lubelska Prof. dr hab. in. Jan Senatorski Instytut Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie Dr hab. in. Marek Jakubowski, prof. PL Politechnika Lubelska Dr hab. in. Franciszek Lis, prof. PL Politechnika Lubelska Dr hab. in. Dorota Wójcicka-Migasiuk, prof. PL Politechnika Lubelska Mgr in. Chojnacki Pawe³ Prezes Zarz¹du Oddzia³u SIMP w Lublinie Adres Redakcji: Politechnika Lubelska Katedra Podstaw Techniki Lublin, ul. Nadbystrzycka 38 tel. (0 81) , fax (0 81) pnt@pollub.pl, Copyright by Katedra Podstaw Techniki Politechniki Lubelskiej. ISSN Wydawca: Oddzia³ SIMP w Lublinie ul. Chmielna 2a Lublin Politechnika Lubelska Katedra Podstaw Techniki Lublin, ul. Nadbystrzycka

3 SPIS TREŒCI HISTORIA ODDZIA U SIMP W LUBLINIE ( ) TADEUSZ FILIPEK... 5 PRZECIWZU YCIOWE MATERIA Y EUTEKTYCZNE NA BAZIE FE-MN-C-B I MO LIWOŒCI ICH BADAÑ NA ZMODERNIZOWANEJ MASZYNIE AMSLERA KLAUDIUSZ LENIK, MYKHAYLO PASHECHKO... 9 TECHNIKI SPEKTROSKOPOWE W SPRZÊ ENIU Z ROZDZIELANIEM CHROMATOGRA- FICZNYM W ZASTOSOWANIACH IN YNIERII I OCHRONY ŒRODOWISKA JACEK CZERWIÑSKI, ANETA DUDA...18 DOBÓR POD Ó I SPRAWDZENIE METODY WYKRYWANIA I IZOLACJI BAKTERII SALMONELLA W WODACH POWIERZCHNIOWYCH METOD FILTRACJI MEMBRANOWEJ ANETA DUDA, JAKUB GUZY, JOANNA PYTEL, RENATA RUBINKIEWICZ ZASTOSOWANIE REGRESJI ROZMYTEJ W BADANIACH PEDAGOGICZNYCH MAREK A. JAKUBOWSKI PORÓWNANIE PRZYDATNOŒCI WYBRANYCH MODELI REGRESJI W BADANIACH PEDAGOGICZNYCH MICHA CHARLAK, MAREK A. JAKUBOWSKI...59 OKREŒLENIE W AŒCIWOŒCI FIZYCZNO-MECHANICZNYCH MATERIA ÓW DROBNOZIARNISTYCHW CELU ICH ZAGOSPODAROWANIA GABRIEL BOROWSKI TECHNICZNE I SPO ECZNE ASPEKTY ZASTOSOWANIA ZINTEGROWANYCH SYSTEMÓW POZYSKIWANIA ENERGII DOROTA WÓJCICKA-MIGASIUK WIRTUALNE LABORATORIUM POMIAROWE MACIEJ DRABIK, ALINA GIL WYKORZYSTANIE SYSTEMU FLASH MX DO WIZUALIZACJI CECH PRODUKTU NA PRZYK ADZIE DOBORU KOLORYSTYKI I GEOMETRII KÓ SAMOCHODU SYLWESTER KORGA WYKORZYSTANIE PROGRAMU SOLIDWORKS DO MODELOWANIA PRZEDMIOTÓW NA PRZYK ADZIE WIESZAKA NA UBRANIA SYLWESTER KORGA OD ZDROWIA CZ OWIEKA DO IN YNIERII PATENTOWEJ WYBRANE ZAGADNIENIA JAN EUGENIUSZ MALINOWSKI

4 4 POSTÊPY NAUKI I TECHNIKI NR 3, 2009

5 Tadeusz Filipek* HISTORIA ODDZIA U SIMP W LUBLINIE ( ) Pierwsze organizacje techniczne na LubelszczyŸnie, w których znacz¹c¹ rolê odgrywali mechanicy powsta³y ju przed I wojn¹ œwiatow¹. W 1911 roku rozpoczê³o swoj¹ dzia³alnoœæ Stowarzyszenie Techników Miasta Lublina, które w 1928 r. zmieni³o nazwê na Stowarzyszenie Techników Województwa Lubelskiego. W ramach tego Stowarzyszenia bardzo aktywnie dzia³a³o Ko³o Elektryków i Mechaników, licz¹ce w latach 30-tych XX wieku ok. 40 cz³onków. Jednym z bardziej znanych dzia³aczy tego Ko³a by³ in. Jerzy Rudlicki g³ówny konstruktor samolotów w Lubelskiej Wytwórni Samolotów. Po II wojnie œwiatowej STWL reaktywowa³o swoj¹ dzia³alnoœæ ju 10 wrzeœnia 1944 r., które wówczas liczy³o 48 cz³onków. Delegacja Stowarzyszenia bra³a udzia³ w pierwszym (po wojnie) Kongresie Techników Polskich, który obradowa³ w dniach 1 9 grudnia 1946 r. w Katowicach. Na pocz¹tku 1950 r. STWL uleg³o rozwi¹zaniu, a w dniu 19 marca tego roku w Lublinie powsta³ Oddzia³ Wojewódzki Naczelnej Organizacji Technicznej, którego pierwszym przewodnicz¹cym wybrano mechanika, mgr in. Stanis³awa Podkowê, ówczesnego wicedyrektora Fabryki Samochodów Ciê- arowych w Lublinie. Stowarzyszenie In ynierów i Techników Mechaników Polskich na terenie województwa lubelskiego rozpoczê³o dzia³alnoœæ w 1950 r. W styczniu tego roku powsta³ pierwszy Oddzia³ SIMP w Kraœniku. 24 sierpnia 1950 r. powo³ano Oddzia³ SIMP w Lublinie, a w dwa lata póÿniej Oddzia³ SIMP w Œwidniku. Do roku 1954 wszystkie trzy Oddzia³y podlega³y bezpoœrednio Zarz¹dowi G³ównemu SIMP w Warszawie. Pierwszym przewodnicz¹cym Zarz¹du Oddzia³u SIMP w Lublinie zosta³ ówczesny dyrektor naczelny FSC Lublin mgr in. Kazimierz Gielewski. W 1954 roku Oddzia³ SIMP w Lublinie przekszta³ci³ siê w Oddzia³ Wojewódzki SIMP, a dotychczasowe Oddzia³y w Kraœniku i Œwidniku w Ko³a Zak³adowe przy KFWM Kraœnik i WSK Œwidnik. Przewodnicz¹cym OW SIMP w Lublinie zosta³ wybrany naczelny in ynier FSC Lublin in. Jerzy Napiórkowski. W tym czasie OW SIMP liczy³ ju 1184 cz³onków, w tym 512 spoza Lublina, którzy byli zgrupowani w 4 du ych oraz kilkunastu mniejszych Ko³ach Zak³adowych, a tak e 4 Sekcjach naukowo-technicznych, tj.: przeróbki plastycznej, samochodowej, poligrafów * Tadeusz FILIPEK Sekretarz Oddzia³u SIMP w Lublinie. 5

6 i przemys³u drobnego. Dziêki inicjatywie ZO SIMP w 1953 r. uda³o siê uruchomiæ w Lublinie Wieczorow¹ Szko³ê In yniersk¹ oraz rozpocz¹æ budowê Domu Technika NOT. W 1961 r. po zakoñczeniu weryfikacji cz³onków przeprowadzonej zgodnie z zaleceniami ZG SIMP oraz nowym Statutem SIMP, Oddzia³ lubelski zrzesza³ 661 cz³onków, zgrupowanych w 19 Ko³ach Zak³adowych. Przewodnicz¹cym OW SIMP w latach by³ ówczesny dyrektor Lubelskiej Drukarni Prasowej Kol. W³adys³aw Jakubowski, póÿniejszy Sekretarz Oddzia³u Wojewódzkiego NOT w Lublinie. Dzia³alnoœæ Oddzia³u SIMP w tym okresie koncentrowa³a siê g³ównie na prowadzeniu intensywnej akcji szkoleniowo-odczytowej oraz œcis³ej wspó³pracy z zak³adami przemys³u maszynowego na LubelszczyŸnie. W tym czasie OW SIMP wraz z innymi SNT skutecznie anga owa³ siê w dzia³alnoœæ zmierzaj¹c¹ do zakoñczenia budowy Domu Technika NOT (1961 r.) oraz utworzenia w Lublinie Wy szej Szko³y In ynierskiej, która rozpoczê³a swoj¹ dzia³alnoœæ w 1965 r., przekszta³caj¹c siê w póÿniejszym okresie w Politechnikê Lubelsk¹. W nowo wybudowanym Domu Technika NOT w Lublinie w 1963 r. odby³o siê XIII Walne Zgromadzenie Delegatów OW SIMP, a nowym przewodnicz¹cym Oddzia³u zosta³ wybrany mgr in. Stanis³aw Podkowa, rektor Wieczorowej Szko³y In ynierskiej, a nastêpnie Wy szej Szko³y In ynierskiej w Lublinie. Od tego czasu nast¹pi³o powa ne o ywienie dzia³alnoœci oraz znacz¹cy rozwój OW SIMP, który na koniec 1965 r. liczy³ ju 1050 cz³onków, zrzeszonych w 25 Ko³ach SIMP, w tym 2 nowych bardzo aktywnych Ko³ach Uczelnianych przy Wy szej Szkole In ynierskiej i Akademii Rolniczej. Najwiêkszy rozwój Oddzia³u SIMP w Lublinie dokona³ siê jednak w latach Iloœæ Kó³ SIMP wzros³a w tym czasie do 34, a iloœæ cz³onków do 3270, pomimo, e w tym okresie odesz³o z Oddzia³u lubelskiego 12 Kó³ do innych nowo utworzonych Oddzia³ów Wojewódzkich SIMP w Bia³ej Podlaskiej, Che³mie, Stalowej Woli i Zamoœciu, które powsta³y w wyniku przeprowadzonej reformy administracyjnej kraju. Przy Oddziale SIMP w Lublinie dzia³a³o równie 13 Sekcji naukowotechnicznych oraz 2 agendy gospodarcze SIMP, t.j.: ODK i ZORPOT. W latach przewodnicz¹cym Oddzia³u by³ in. Stanis³aw Pasko, dyrektor techniczny WSK Œwidnik. W latach 80-tych XX wieku nast¹pi³ nieznaczny regres w dzia³alnoœci Oddzia³u SIMP, wynikaj¹cy przede wszystkim z ogólnej sytuacji spo³eczno-politycznej i gospodarczej w kraju. Liczba cz³onków SIMP spad³a do 2970, a tak e znacznie zmniejszy³a siê aktywnoœæ Kó³ Zak³adowych. W tym czasie powsta³y natomiast dwie nowe agendy SIMP, t.j.: SIMPTEST i SIMPTUR, a dzia³alnoœæ merytoryczna Oddzia³u skupi³a siê g³ównie na prowadzeniu intensywnej wspó³pracy z Oddzia³em GTE Debreczyn na Wêgrzech i Oddzia³em NTS Plewen w Bu³garii oraz organizowaniem wycieczek krajowych i zagranicznych. Podjêto równie œcis³¹ wspó³pracê z nowotworzonym Zwi¹zkiem Zawodowym In ynierów i Techników w celu podejmowania wspólnych przedsiêwziêæ zmierzaj¹cych do poprawy sytuacji p³acowej kadry in y- 6

7 nieryjno-technicznej w zak³adach pracy. W latach przewodnicz¹cym OW SIMP by³ mgr in. Józef Weremczuk, który w nastêpnej kadencji pe³ni³ równie funkcjê Skarbnika Zarz¹du G³ównego SIMP. G³ównym celem dzia³alnoœci Zarz¹du Oddzia³u w tym czasie by³a aktywizacja Kó³ i Sekcji NT SIMP oraz zahamowanie spadku liczebnoœci cz³onków, a tak e powo³anie przy ZO SIMP Komisji Kwalifikacyjnej d.s. Specjalizacji Zawodowej In ynierów, która poprzez swoj¹ dzia³alnoœæ przyczyni³a siê do poprawy sytuacji p³acowej kadry in ynieryjno-technicznej w zak³adach pracy. Bardzo wa nym wydarzeniem w historii Oddzia³u SIMP by³a organizacja w Lublinie XXVII Walnego Zjazdu Delegatów SIMP, który obradowa³ w dniach wrzeœnia 1990 r. w sali konferencyjnej obecnego S¹du Apelacyjnego. Biuro Zjazdu pracowa³o w lubelskim Domu Technika. Na przewodnicz¹cego Komitetu Organizacyjnego Zjazdu zosta³ powo³any Kol. in. Lubos³aw Pruszkowski z WSK Œwidnik, który w tym czasie by³ równie przewodnicz¹cym Oddzia³u SIMP w Lublinie oraz wiceprzewodnicz¹cym ZG SIMP. Zjazd, w którym uczestniczy³o ponad 300 delegatów z 48 Oddzia³ów SIMP i Sekcji naukowo-technicznych oraz ok. 50 zaproszonych goœci zakoñczy³ siê pe³nym sukcesem organizacyjnym i Uchwa³¹ wytyczaj¹c¹ dalsze kierunki dzia³alnoœci Stowarzyszenia. Wielkim osi¹gniêciem Zarz¹du Oddzia³u SIMP, zwi¹zanym z ogromnym wysi³kiem organizacyjnym i du ym zaanga owaniem finansowym miejscowych agend gospodarczych i cz³onków lubelskiego Oddzia³u SIMP, przy poparciu ZG SIMP by³a budowa i oddanie do u ytku w 1994 r. Domu Mechanika w Lublinie. Znalaz³y w nim swoj¹ siedzibê lubelskie agendy gospodarcze oraz Biuro Zarz¹du Oddzia³u SIMP. Niestety ze wzglêdu na brak odpowiednich œrodków finansowych nie uda³o siê w pe³ni zakoñczyæ adaptacji IV piêtra ww. Domu. W latach dzia³alnoœci¹ Oddzia³u SIMP w Lublinie kierowa³ prezes mgr in. Jerzy Bartnicki, d³ugoletni dyrektor OKJW SIMPTEST Lublin. W okresie tym na szczególn¹ uwagê zas³uguje organizacja dziewiêciu edycji Konkursu dla absolwentów œrednich szkól technicznych o profilu mechanicznym z terenu województwa lubelskiego, który cieszy³ siê du ¹ popularnoœci¹, poniewa laureaci tych konkursów byli przyjmowani bez egzaminów wstêpnych na I rok studiów na Wydziale Mechanicznym Politechniki Lubelskiej. W 2001 roku Oddzia³ SIMP w Lublinie uroczyœcie obchodzi³ Jubileusz 50-lecia dzia³alnoœci. Uroczyste obchody uœwietnili swoj¹ obecnoœci¹ aktualni i byli zas³u- eni dzia³acze Oddzia³u SIMP, zaproszeni goœcie z Zarz¹du G³ównego i zaprzyjaÿnionych Oddzia³ów SIMP, a tak e innych Stowarzyszeñ NOT. Obecni byli te przedstawiciele miejscowych w³adz miejskich i wojewódzkich oraz delegacja zaprzyjaÿnionego Oddzia³u GTE z Debreczyna (Wêgry). Wielu dzia³aczy O/SIMP otrzyma³o odznaczenia i wyró nienia. Z tej okazji ukaza³a siê równie monografia p.t. Z dziejów przemys³u maszynowego na LubelszczyŸnie. 50 lat dzia³alnoœci Oddzia³u lubelskiego SIMP, której autorem jest d³ugoletni sekretarz Oddzia³u mgr in. Tadeusz Filipek. 7

8 Dnia 13 maja 2006 r. na XXVI Walnym Zgromadzeniu Delegatów Oddzia³u SIMP w Lublinie nowym prezesem zosta³ wybrany mgr in. Pawe³ Chojnacki z PZL- -Œwidnik. W tym czasie Oddzia³ zrzesza³ 539 cz³onków, zgrupowanych w 11 Ko³ach, wœród których jest równie najwiêksze w Polsce Kolo SIMP przy PZL-Œwidnik, licz¹ce ponad 200 cz³onków. Na terenie Oddzia³u dzia³a tak e 5 agend gospodarczych SIMP, t.j.: ODK SIMP Mechanika, OKJiR SIMPTEST, ZORPOT, AUTOZBYT i Dom Mechanika oraz kilka Sekcji i Towarzystw SIMP. Aktualnie Biuro i Sekretariat Oddzia³u ma swoj¹ siedzibê w budynku Domu Mechanika w Lublinie, przy ul. Chmielnej 2a, gdzie odbywaj¹ siê posiedzenia Zarz¹du Oddzia³u oraz szeregu Kó³ i Sekcji, a tak e dzia³aj¹ takie agendy, jak: ODK SIMP i SIMPTEST. Do najbardziej aktywnych nale ¹: Ko³o Zak³adowe przy PZL-Œwidnik, Ko³o Seniorów, Ko³o Zak³adowe przy F T Kraœnik, Ko³o Uczelniane na Politechnice Lubelskiej oraz Sekcja Ochrony Œrodowiska i Radiestezji. Oddzia³ SIMP w Lublinie posiada aktualnie czterech Honorowych Cz³onków SIMP. S¹ to Koledzy: Lubos³aw Pruszkowski, Józef Weremczuk, Zbigniew Wêglarz i Witold Witkowski. 8

9 Klaudiusz Lenik*, Mykhaylo Pashechko* PRZECIWZU YCIOWE MATERIA Y EUTEKTYCZNE NA BAZIE FE-MN-C-B I MO LIWOŒCI ICH BADAÑ NA ZMODERNIZOWANEJ MASZYNIE AMSLERA Streszczenie. W pracy przedstawiono za³o enia teoretyczne otrzymywania nowej rodziny stopów eutektycznych. W zakresie mo liwoœci oceny odpornoœci na zu ycie otrzymanych materia³ów przedstawiono mo liwoœci prowadzenia takich badañ na zmodernizowanej maszynie Amslera z wykorzystaniem wspomagania komputerowego do rejestracji i oceny uzyskiwanych wyników. Zastosowano zmianê g³owicy pomiarowej oraz uk³adów mechanicznych rejestruj¹co-pomiarowych. Pomiar dotyczy schematu badawczego trzpieñ tarcza. WPROWADZENIE Jednym z g³ównych kierunków badañ zwi¹zanych z doborem materia³ów na elementy podlegaj¹ce procesom zu ycia s¹ prace nad nowymi materia³ami. Zagadnienia te mog¹ dotyczyæ ca³ego materia³u lub te uszlachetniania warstw powierzchniowych [1 2]. W dotychczas stosowanych materia³ach par tr¹cych pracuj¹cych w warunkach szczególnie podatnych na zu ycie tribologiczne (g³ównie œcierne) w ma³ym stopniu wykorzystywane s¹ techniki otrzymywania specjalnych warstw powierzchniowych elementów wêz³ów tarcia. Dotyczy to miêdzy innymi uzyskiwania du ej trwa³oœci powierzchni wyrobów w wyniku formowania jej z materia³ów eutektycznych. Ró norodnoœæ charakteru pracy par tr¹cych i wymagania okreœlone charakterystykami kinematyki czy wielkoœciami obci¹ eñ daj¹ szerokie mo liwoœci zastosowania racjonalnie dobieranych materia³ów eutektycznych wielofazowych stopowanych odpowiednio wybranymi pierwiastkami daj¹cymi okreœlone ich w³asnoœci. Podstawowym zagadnieniem przedstawionych badañ s¹ prace nad otrzymaniem stopów eutektycznych na bazie uk³adu poczwórnego Fe-Mn-C-B. Oznacza to poszukiwanie odpowiedzi dotycz¹cej mo liwoœci uzyskiwania eutektycznych stopów, jako rodziny stopów kompozycyjnych wielofazowych dyspersyjnie wzmocnionych z gradientem strukturalnym. Przedstawiona praca podaje w sposób syntetyczny podstawowe zagadnienia dotycz¹ce otrzymywania i oceny w³asnoœci odpornoœci na zu ycie nowej rodziny stopów eutektycznych na bazie uk³adu Fe-Mn-C-B. * Klaudiusz LENIK, Mykhaylo PASHECHKO Katedra Podstaw Techniki, Politechnika Lubelska. 9

10 Okreœlono zakresy istnienia eutektyki przyjêtego bazowego uk³adu oraz sk³ady chemiczne pierwiastków. Podano mo liwoœci otrzymywania nowej rodziny stopów eutektycznych bazowego uk³adu poprzez stopowanie jego takimi pierwiastkami, jak: Si, Ni, Cr. W badaniach strukturalnych wykorzystano spektroskopiê Auger a, rentgenowsk¹ analizê sk³adu fazowego otrzymanych stopów, mikrorentgenowsk¹ i mikrostrukturaln¹ analizê zawartoœci pierwiastków. W zakresie mo liwoœci oceny odpornoœci na zu ycie otrzymanych materia³ów przedstawiono mo liwoœci prowadzenia takich badañ na zmodernizowanej maszynie Amslera z wykorzystaniem wspomagania komputerowego do rejestracji i oceny uzyskiwanych wyników. Stanowisko badawcze charakteryzuje siê zmian¹ g³owicy pomiarowej oraz uk³adów mechanicznych rejestruj¹co-pomiarowych. Pomiar dotyczy schematu badawczego trzpieñ tarcza. OTRZYMYWANIE MATERIA ÓW EUTEKTYCZNYCH NA BAZIE UK ADU FE-MN-C-B Otrzymywanie roztworów sta³ych, zwi¹zków chemicznych, mieszaniny okreœlonych pierwiastków o odpowiedniej okreœlonej budowie i zawartoœci stopu daje mo - liwoœæ przewidywania w³asnoœci otrzymanych stopów na podstawie w³asnoœci sk³adników wejœciowych. Innymi s³owami, istnieje okreœlona zale noœæ miêdzy uk³adem równowagi i w³asnoœciami stopów. W praktyce wiele materia³ów stopowych ma wiêcej ni dwa sk³adniki, chocia w literaturze opisane i przebadane uk³ady dotycz¹ g³ównie dwusk³adnikowych, niewiele przebadano uk³adów trójsk³adnikowych, a niemal zupe³nie brak opracowañ uk³adów o wiêkszej liczbie sk³adników. Maj¹c na uwadze pozytywny wp³yw borków i wêglików (a w szczególnoœci elaza i manganu) na w³asnoœci fizyczno-mechaniczne, charakterystyki eksploatacyjne materia³ów i warstw powierzchniowych oraz szczególne cechy otrzymywania warstw eutektycznych, przeanalizowano uk³ady równowagi z przemian¹ eutektyczn¹ z okreœlonymi pierwiastkami (sk³adnikami). Z analizy wynika, e uk³ady o charakterze eutektycznym uzyskujemy w uk³adach Fe-C, Fe-B, Fe Mn-C, Fe-Cr-C, Fe-Ni-C [3, 4]. Dla otrzymania materia³ów z okreœlonymi w³asnoœciami odpornoœci na zu ycie tribologiczne dobrano wêgliki Fe 3 C oraz borki, FeB i Cr 2 B. Wybór wêglików i borków jako faz dyspersyjnych (wzmacniaj¹cych) w strukturze stopu podyktowany jest ich wysok¹ twardoœci¹, odpornoœci¹ na zu ycie, korozjê i termiczn¹ stabilnoœci¹. Ponadto dodatek manganu pozwala zwiêkszyæ plastycznoœæ wêglika elaza Fe 3 C i uzyskiwanego stopu eutektycznego. Tworzy on (Mn) roztwór sta³y z elazem, rozszerza temperaturo-koncentracyjny obszar istnienia wêglików uk³adu Fe 3 C Mn 3 C i jednoczeœnie zwiêksza dyspersyjnoœæ ich rozmieszczenia [2, 4, 5]. 10

11 We wszystkich uk³adach równowagi tworzenie obszarów eutektycznych spowodowane jest oddzia³ywaniem takich pierwiastków, jak: Fe, Mn, C, B, Si, Ni, Cr. Prowadzone badania ukierunkowane s¹ na podwy szenie plastycznoœci warstw wierzchnich przy zapewnieniu ich wysokiej twardoœci. Mo na to osi¹gn¹æ dziêki wytworzeniu ró norodnych warstw eutektycznych poprzez wprowadzenie (stopowanie) pierwiastków zwiêkszaj¹cych twardoœæ i plastycznoœæ. Uwzglêdniaj¹c powy sze i analizuj¹c w³aœciwoœci sk³adników fazowych, najbardziej efektywny okazuje siê uk³ad Fe-B-C, a nastêpnie uk³ad Fe-Mn-C. Dlatego celowym jest otrzymywanie i wytwarzanie materia³ów proszkowych i warstw eutektycznych uk³adu Fe-Mn-C-B. Na podstawie rentgenostrukturalnych i mikrostrukturalnych badañ oraz analizy termicznej stopów uk³adu Fe-Mn-C-B ustalono zawartoœæ pierwiastków w obszarach eutektycznych uk³adów Fe-Mn-C, Fe-B-C [4, 6, 10]. Tabela 1. Zawartoœæ (% masowych) pierwiastków w obszarach eutektycznych uk³adów Fe-Mn-C, Fe-B-C 3LHUZLDVWHN )H0Q& )H%& )H ± ± 0Q ± ± & ± ± % ± ± Uwzglêdniaj¹c specyfikê i szczegó³y technologiczne otrzymywania stopów eutektycznych i warstw powierzchniowych, jak i otrzymywane w³asnoœci, a w szczególnoœci zmniejszenie sk³onnoœci do pêkania wskazane jest przyj¹æ zawartoœæ wêgla i boru, tak jak w eutektyce Fe-Mn-C. Pierwiastki uk³adu Fe-Mn-C stwarzaj¹ mo liwoœæ stopowania takimi sk³adnikami, jak Si, Ni, Cr, Ni-Cr i innymi. Umo liwia to otrzymywanie materia³ów proszkowych ze zró nicowanymi w³asnoœciami, czyli daje mo liwoœæ wp³ywu na w³asnoœci wytwarzanych warstw powierzchniowych. W zwi¹zku z powy szym, uzasadnionym jest wybór jako podstawowych pierwiastków dla otrzymywania bazowego materia³u eutektycznego proszkowego: elaza, manganu, wêgla i boru. Próbki do badañ uk³adu równowagi fazowej Fe-Mn-C-B przygotowano z proszków elaza karbonylkowego (99,99 %), manganu (99,5 %), boru amorficznego (99,3 %), grafitu syntetycznego (99,94 %), metod¹ ich stopowania w piecu elektrycznym, w atmosferze oczyszczonego argonu. Wy arzanie próbek przeprowadzono w pró niowych pojemnikach kwarcowych w temperaturze 1273 K w ci¹gu 350 godzin. W celu okreœlenia próbek ze struktur¹ eutektyczn¹ przeprowadzono badania termiczne i metalograficzne (Neophot-2, MIM-8, DAT, AÒ) oraz przeanalizowano stê enie pierwiastków ( Kamebax, Superprobe 733) stopów w stanie wy arzo- 11

12 nym (1273K, 350 godzin) i w stanie znormalizowanym. W efekcie uzyskanych danych opracowano quasipotrójny uk³ad Fe-Mn-C-B. Zawartoœæ sk³adników w poszczególnych przeciêciach zmieniano co dziesiêæ molowych czêœci. Obszar stê enia elaza wynosi 0,67...0,79 procentów atomowych [7, 8, 10]. Przeprowadzono analizê rentgenowsk¹ sk³adu fazowego otrzymanych stopów i mikrorentgenostrukturaln¹ analizê zawartoœci pierwiastków. W wyniku przeprowadzonych badañ otrzymano materia³y eutektyczne, których mikrostruktury pokazano na rysunkach 1 i 2. a) b) Rys. 1. Mikrostruktura (x200) stopu nadeutektycznego: a po normalizacji, b po wy arzaniu a) b) Rys. 2. Mikrostruktura (x200) stopu podeutektycznego: a po normalizacji, b po wy arzaniu Otrzymane wyniki badañ by³y podstaw¹ opracowania ogólnych wytycznych projektowania materia³ów eutektycznych oraz oceny stanu warstwy powierzchniowej stopów eutektycznych w badaniach procesów zu ycia na maszynie Amslera. 12

13 PRZEBIEG PROCESU BADAÑ ZU YCIA I MO LIWOŒCI REJESTRACJI OTRZYMYWANYCH WYNIKÓW NA ZMODERNIZOWANEJ MASZYNIE AMSLERA Ocenê odpornoœci na zu ycie œcierne materia³ów eutektycznych przeprowadzono na zmodernizowanej maszynie Amslera. Wyposa ono j¹ w opracowany uk³ad pomiarowo-rejestruj¹cy ze wspomaganiem komputerowym. Zaprojektowane stanowisko pomiarowe z mikroprocesorowym rejestratorem X-Y i Y-t zamontowano na maszynie Amslera (rys. 3). Zaprojektowana i wykonana g³owica badawcza z czujnikiem momentu tarcia umo liwia badanie procesu tarcia wg schematu trzpieñ tarcza (pin of disk). Istnieje mo liwoœæ jednoczesnego badania jednej, trzech lub wiêkszej iloœci próbek [9, 10]. Rys. 3. Widok ogólny zmodyfikowanej maszyny Amslera: 1 zasilanie i sterowanie; 2 silnik elektryczny; 3 przek³adnia planetarna; 4 g³owica badawcza z czujnikiem momentu tarcia; 5 czujnik si³y obci¹ enia; 6 uk³ad obci¹ aj¹cy; 7 przy³¹cza do uk³adu rejestruj¹co-pomiarowego l l l l l Uk³ad rejestruj¹co-pomiarowy (rys. 4) umo liwia monitoring takich wielkoœci jak: si³y docisku; prêdkoœci wzglêdnej uk³adu pary tr¹cej; drogi tarcia; momentu tarcia; wielkoœci zu ycia liniowego. Realizacja pomiarów za³o onych parametrów w procesie tarcia, polega na wykorzystaniu tensometrii pomiarowej i zast¹pienia uk³adu mechanicznego uk³adem elektronicznym. Napêd realizowany jest od silnika pr¹du sta³ego z mo liwoœci¹ regulacji obrotów wa³u g³ównego. 13

14 Przedstawione na rys. 3 i 4 stanowisko badawcze wyposa one jest w uk³ad pomiarowo-rejestruj¹cy z programem komputerowym, pod nazw¹ Tribol 1. Program Tribol 1 s³u y do pomiarów prêdkoœci obrotowej g³owicy i siedmiu wielkoœci analogowych oraz zamiany ich na dane cyfrowe z komputerow¹ rejestracj¹ danych. Posiada on osiem kana³ów pomiarowych. Wybór ich zale y od przyjêtych do rejestracji monitorowanych parametrów badanego procesu zu ycia. W wersji standardowej do kolejnych kana³ów przypisano pomiar wartoœci nastêpuj¹cych wielkoœci: l kana³ 1 pomiar wartoœci momentu si³y tarcia; l kana³ 2 pomiar wartoœci si³y nacisku na próbki; l kana³ 3 pomiar wartoœci liniowego zu ycia próbek; l kana³y 4, 5 i 6 pomiary temperatur; l kana³ 8 nie wykorzystywany. Mo liwa jest zmiana wielkoœci mierzonych w tych kana³ach po dokonaniu odpowiednich deklaracji w programie obs³ugi pomiarów. Urz¹dzenie Tribol 1 wspó³pracuje z komputerem PC poprzez port drukarkowy Centronics. Pomiary, zapis danych i ich odtwarzanie, a tak e graficzn¹ lub tabelaryczn¹ prezentacjê wyników pomiarów nadzoruje specjalny program obs³ugi Triprog 1. Program mo e realizowaæ nastêpuj¹ce procedury (rys. 5): l POMIARY, l ODCZYT Z DYSKU, l PARAMETRY WYKRESÓW, l SKALOWANIE, l SYMULACJA, l KONIEC PRACY. Ka da z procedur posiada w³asne funkcje. Do wyboru procedur i ich funkcji s³u ¹ klawisze ze strza³kami oraz klawisz Enter. Wybór lub zadawanie wartoœci parametrów pracy programu u³atwiaj¹ pojawiaj¹ce siê na ekranie komunikaty. 14 Rys. 4. Uk³ad rejestruj¹co-pomiarowy

15 Rys. 5. Procedury realizowane przez program BADANIA PROCESU TARCIA MATERIA ÓW EUTEKTYCZNYCH NA BAZIE UK ADU FE-MN-C-B Badania odpornoœci na zu ycie przeprowadzono na zmodernizowanej maszyny Amslera (rys. 3). Schemat tarcia: tarcza-trzpieñ (pin of disk). Próbki wykonane by³y ze stali 45 o œrednicy zewnêtrznej 10 mm i d³ugoœci 20 mm z eutektyczn¹ warstw¹ wierzchni¹, na powierzchni czo³owej próbki (rys. 6). Jako przeciwpróbki wykorzystano pierœcienie ze stali 45 po hartowaniu i niskim odpuszczaniu HRC Prêdkoœæ poœlizgu stanowi³a 0,8 m/s, ciœnienie jednostkowe 4 MPa, czas badañ 6 godzin. Jako smar wybrano olej MI-20A (GOST ) oraz M10, który by³ podawany w obszar tarcia kroplami, na minutê. Dla okreœlenia wp³ywu struktury warstw eutektycznych i struktur wtórnych na odpornoœæ na zu ycie warstwy powierzchniowe otrzymano z opracowanego stopu eutektycznego metodami napawania plazmowego [6, 10]. a) b) Rys. 6. Widok próbki z naniesion¹ warstw¹ eutektyczn¹ (a) i jej zamocowanie (b) 15

16 ZAKOÑCZENIE Badania struktury i mikrotwardoœci warstw eutektycznych po próbach na zu ycie nie wykazuj¹ widocznych zmian charakterystyk w porównaniu ze stanem wejœciowym (do badañ). Analiza mikrozg³adów powierzchni tarcia wskazuje na obecnoœæ mikroskrawania w kierunku przemieszczania cz¹steczek œciernych. Wyniki elektrono-mikroskopowej analizy powierzchni tarcia warstwy eutektycznej wskazuj¹ na jej polerowanie w kierunku tarcia z okreœlon¹ zmian¹ chropowatoœci powierzchni. Na podstawie przeprowadzonych badañ mo na stwierdziæ, e stop eutektyczny uk³adu Fe-Mn-C-B w porównaniu z takimi materia³ami, jak PG-SR3 (Rosja) lub PG-10N-0101 (licencja firmy Castolin Szwajcaria) charakteryzuje siê wiêksz¹ odpornoœci¹ na zu ycie œcierne [11]. Przyk³adowo utrata masy eutektycznej warstwy otrzymanej metod¹ plazmowego napawania wynosi 4 mg z jednostki powierzchni próbki o œrednicy 10 mm. Dla porównania danych firmowych, utrata masy stopu PG-SR3 stanowi 20 mg, a PG-10N-01 8 mg, przy v = 0,8 m/s, p = 0,15 MPa, t = 8 godz. Jednym z ciekawszych zjawisk zaobserwowanych po badaniach zu ycia to fakt zwiêkszenia na powierzchni tarcia pierwiastków C, B i Si okreœlonych w wyniku analizy segregacji atomów za pomoc¹ spektroskopii Auge ra. Na rysunku 7. pokazano rozk³ad pierwiastków na powierzchni tarcia i w stopie uk³adu Fe-Mn-C-B stopowanego Cr. Rys. 7. Rozk³ad pierwiastków na powierzchni tarcia i w stopie w postaci proszku uk³adu Fe-Mn-C-B stopowanego Cr Zaobserwowany efekt mo e oznaczaæ i na fizycznych powierzchniach tarcia materia³ów eutektycznych mo liwe jest formowanie faz tlenków uk³adu B 2 O 3 SiO 2. Zjawisko to mo e miêdzy innymi wyjaœniaæ efekt wysokich w³asnoœci przeciwzu yciowych opracowanych materia³ów eutektycznych. 16

17 LITERATURA 1. Szczelek M, Wiœniewski M. (red.): Tribologia i tribotechnika. Instytut Technologii i Eksploatacji, Radom Dobrzañski L.A.: Podstawy nauki o materia³ach i metaloznawstwo. WNT, Warszawa Granat K.: Wytwarzanie powierzchniowych warstw stopowych typu Fe-Cr-Si-C metod¹ natryskiwania plazmowego. Archiwum TMiA. Komitet Budowy Maszyn PAN Oddz. Poznañ, Vol. 18, 1998: Czerniec M., Paszeczko M., Niewczas A.: Metody prognozowannia ta pidwyszczennia znosostijkoœci tribotechnicznych system kowzannia. T.3: Ewtektyczni znosostijki pokryttia systemy Fe-Mn-C-B. Drohobycz Ko³o 2001, ss Adamczyk J.: In ynieria wyrobów stopowych. Wydawnictwo Œl¹skie, Gliwice Lenik K., Paszeczko M.: Opracowanie nowej rodziny stopów eutektycznych odpornych na zu ycie. Prace Naukowe Instytutu Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, Nr 87. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroc³awskiej. XXV Szko³a Tribologiczna, Nr 27, 2002: Paszeczko M., Lenik K., Czerniec M., Gorecki T.: Konstytuowanie warstwy wierzchniej z wykorzystaniem kompozytów eutektycznych uk³adu Fe-Mn-C-B-Si. In ynieria Powierzchni Nr 2, 2001: Paszeczko M., Lenik K., Gorecki T.: The eutectic powder materials for endurance increasing of a sliding bearings. Maszynoznawstwo, Nr 7(49), 2001: Paszeczko M., Lenik K.: Segregation of C, B, Si in the surface layers of new eutectic Fe-Mn-C-B-Si-Ni-Cr-Al-Sc at friction wear. Universita di Roma La Sapienza. TOFA Rome, Italy, September PO Lenik K.: Otrzymywanie odpornych na zu ycie eutektycznych pokryæ uk³adu Fe-Mn- C-B. Akademia Nauk, Kijów Paszeczko M., Lenik K., Paszeczko L.: Pidwyszczennia dowgowicznoœti detalej maszyn metodom p³azmowogo nap³awlennia z wykorystanniam ewtektycznych sp³awiw systemy Fe-Mn-C-B. Wisnyk Dwigatelestrojenija N o 1, 2002: The eutectic materials on base Fe-Mn-C-B and possibility of their investigations on modernized Amsler machine Summary The theoretical foundations of receiving the new family of eutectic alloys were introduced in the paper. On range of possibility of opinion resistance on waste of received materials was introduced and chosen results of leadership of such investigations on modernized Amsler machine from it utilization the computer aid to registration and the opinion of got results. It change was applied as well as arrangements mechanical measuring head recording-measuring. Measurement concerns investigative patern pin of disk. 17

18 Jacek Czerwiñski*, Aneta Duda** TECHNIKI SPEKTROSKOPOWE W SPRZÊ ENIU Z ROZDZIELANIEM CHROMATOGRAFICZNYM W ZASTOSOWANIACH IN YNIERII I OCHRONY ŒRODOWISKA Streszczenie. Przedstawiono zastosowania chromatograficznych technik rozdzielania w sprzê eniu z technikami spektroskopowymi do oznaczania priorytetowych zanieczyszczeñ œrodowiska. Omówiono sprzê enia GC-MS oraz HPLC-MS wraz z tandemowymi odmianami spektrometrii mas a wiêc uk³adami umo liwiaj¹cymwielokrotn¹ fragmentacjê jonów (pu³apki jonowe) oraz uk³ady typu triple stage quadrupol. Przedstawiono zalety i wady ka dej z technik na przyk³adach zastosowañ w in ynierii i ochronie œrodowiska. Omówiono równie technikê GC-AES (wraz z odmian¹ GC-AED) wykorzystywan¹ coraz chêtniej do specjacyjnego oznaczania zwi¹zków metaloorganicznych. WSTÊP W ostatnich latach obserwuje siê stale rosn¹ce zainteresowanie sprzê onymi technikami rozdzielania i spektroskopowymi, w szczególnoœci ró nymi odmianami systemów GC-MS i HPLC-MS. Jest to spowodowane tym, e istnieje potrzeba kontroli zanieczyszczeñ szeroko pojêtego œrodowiska ze wzglêdu na to, e wiele zwi¹zków chemicznych na poziomie ng/l czy ng/kg wp³ywa w sposób istotny na rozwój biocenozy. Do tego typu zwi¹zków nale ¹ zarówno pozosta³oœci antybiotyków, których obecnoœæ w œrodowisku mo e wp³ywaæ na pojawianie siê lekoopornych szczepów bakterii; zwi¹zki metaloorganiczne np. tributylocyna powoduj¹ca zaburzenia w rozwoju p³ciowym ryb; czy te ca³a grupa zwi¹zków dioksynopodobnych (w tym polibromowane etery difenylowe), które zaburzaj¹ rozwój osobniczy organizmów na wielu poziomach ³añcucha troficznego w œrodowisku. Dlatego te obserwuje siê rozwój i udoskonalanie technik sprzê onych (chromatografia i ró ne typy spektroskopii) które jeszcze w latach 90-tych ubieg³ego wieku by³y praktycznie niedostêpne, natomiast dzisiaj omal e ka de laboratorium posiada systemy GC-MS typu bench-top. Coraz powszechniej dostêpne s¹ równie systemy sprzê one pracuj¹ce w uk³adach tandemowych a wiêc uk³ady typu ion-trap, potrójnego kwadrupola czy te kwadrupoli sprzê onych z pu³apkami jonowymi lub spektrometrami czasu przelotu. * Jacek Czerwiñski Laboratorium Analiz Œrodowiskowych, Wydzia³ In ynierii Œrodowiska, Politechnika Lubelska. ** Aneta Duda Katedra Podstaw Techniki, Wydzia³ Podstaw Techniki, Politechnika Lubelska. 18

19 Podobnie zauwa a siê zainteresowanie chromatografi¹ w sprzê eniu z technikami emisyjnymi detekcj¹ ICP-MS czy te ICP-OES. Obie techniki umo liwiaj¹ analizê sk³adu pierwiastkowego analizowanych zwi¹zków chemicznych. Nie nale y jednak uznawaæ wy szoœci którejkolwiek ze spektrometrii mas lub technik emisyjnych poniewa s¹ to techniki komplementarne, a wiêc informacje o próbkach uzyskanych za ich poœrednictwem uzupe³niaj¹ siê. UK ADY SPRZÊ ONE CHROMATOGRAFII I TANDEMOWEJ SPEKTROMETRII MAS Technik¹ oznaczeñ koñcowych z wyboru stosowan¹ w wielu oznaczeniach np. polibromowanych eterów difenylowych, (PBDE) jest tak jak w przypadku polichlorowanych dibenzodioksyn i furanów (PCDD/Fs) wysokosprawna chromatografia gazowa w sprzê eniu z wysokorozdzielcz¹ spektrometri¹ mas (HRGC/HRMS), która jest stosowana zazwyczaj z jonizacj¹ bombardowaniem strumieniem elektronów (elektron impact) [North 2004; Hites et al., 2004; March, 200a,b]. W innych badaniach testowano tak e zastosowanie innych trybów jonizacji (innych Ÿróde³ jonów) g³ównie w sprzê eniu ze spektrometri¹ mas niskiej rozdzielczoœci [Thomson et al., 2002; Harrad et al., 2004], spektrometri¹ czasu przelotu (time-of-flight TOF) [Sjödin et al., 2001; Focant et al., 2004, 2005] lub tandemow¹ spektrometri¹ mas (MS/MS) [Helen et al., 2001]. Badania te wskazuj¹ jednoznacznie e GC-HRMS jest najbardziej precyzyjn¹ i dok³adn¹ technik¹ oznaczania PBDE w ró nego typu próbkach jak równie daje mo liwoœæ wykorzystania techniki rozcieñczeñ izotopowych w oznaczeniach iloœciowych. Pracuj¹c z rozdzielczoœci¹ m/dm zapewniaj¹ odpowiedni stopieñ selektywnoœci i czu³oœci do oznaczeñ PBDE w próbkach œrodowiskowych a z rozdzielczoœci¹ m/dm w stosunku do polichlorowanych dibenzotiofenów [Cai, 1994; Sinkkonen, 2001]. Technika ta ma równie swoje ograniczenia. Po pierwsze jest ni¹ dostêpnoœæ systemów wysokiej rozdzielczoœci, a jest ni¹ koszt aparatury i co za tym idzie koszt pojedynczej analizy. W zwi¹zku z czym przydatnoœæ GC-HRMS szczególnie w przypadku badañ monitoringowych jest ograniczona. Po drugie technika ta nie jest bezwzglêdnie odporna na interferencje. Przyk³ady takich interferencji oraz zdolnoœæ rozdzielcza spektrometru mas wymagana do ich rozdzielenia przedstawiono w tabeli 1. Poniewa natywne PCB jak równie 13 C-PCB zawieraj¹ izobaryczne jony molekularne, których przyk³adem jest koelucja BDE-47 i PCB-180 na 30 m kolumnach typu DB-5. Dlatego te coraz czêœciej wykorzystuje siê spektrometry mas niskiej rozdzielczoœci (ju doœæ rozpowszechnione) z ujemn¹ jonizacj¹ chemiczn¹ (Negative Chemical Ionization NCI) która umo liwia oznaczenia iloœciowe jonów Br z wysok¹ czu³oœci¹, lub z jonizacj¹ strumieniem elektronów (electron impact) EI w przypadku której tworz¹ siê jony [M] + oraz [M-Br 2 ] + z wy sz¹ selektywnoœci¹ [Sjödin et al., 19

20 Tabela 1. ród³a potencjalnych interferencji dla jonów molekularnych TeCDD dla przy m/z 319,8966 oraz 321,8936, o ile nie mo na ich chromatograficznie rozdzieliæ [Buser, Rappe 1991, Cai, 1994] =ZL ]NLGLRNV\QRSRGREQHZ\ZRáXM FH SRWHQFMDOQHLQWHUIHUHQFMH P]LQWHUIHUXM F\FK MRQyZ :\PDJDQD]GROQR ü UR]G]LHOF]D]JRGQLH ]GHILQLFM ÄGROLQ\ 7HWUDFKORURGLEHQ]RWLRIHQ\ +HSWDFKORURELIHQ\OH+S&%V 1RQDFKORURELIHQ\OH1&%V 7HWUDFKORURPHWRNV\ELIHQ\O (WHUWHWUDFKORUREHQ]\ORIHQ\ORZ\ (WHUSHQWDFKORUREHQ]\ORIHQ\ORZ\ 7HWUDFKORUR[DQWHQ\ +\GURNV\WHWUDFKORURGLEHQ]RIXUDQ\ 7HWUDFKORURIHQ\OREHQ]RFKLQRQ QLHUR]G]LHODM VL QLHUR]G]LHODM VL 2001]. Aczkolwiek ujemna jonizacja chemiczna oferuje wysok¹ czu³oœæ, szczególnie w przypadku kongenerów PBDE zawieraj¹cych wiêcej ni cztery atomy bromu, to technika jonizacji strumieniem elektronów jest technik¹ z wyboru do analiz PBDE poniewa umo liwia ona wykrycie jonów molekularnych (lub fragmentów jonów o wysokich masach cz¹steczkowych) prowadz¹c do wiêkszej pewnoœci w identyfikacji. Ponadto jonizacja strumieniem elektronów umo liwia stosowanie znakowanych wêglem 13 C 12 standardów wewnêtrznych co umo liwia wiêksz¹ precyzjê w oznaczeniach kongenerów PBDE, odmiennie do metody NCI, która wykrywa jedynie jony Br co jest kluczowe w przypadku jednoczesnego oznaczania PCB i PCDD/Fs [Covaci et al., 2003]. NCI pozwala tak e wykorzystanie najbardziej popularnych detektorów masowych opartych na kwadrupolowych analizatorach mas. Wiêkszoœæ danych dotycz¹cych obecnoœci PBDE w próbkach œrodowiskowych bazuje na oznaczeniach z wykorzystaniem techniki GC-MS w trybie ECNI ECCI Electron Capture Negative Ion jonizacji chemicznej z wychwytem elektronów. W metodzie tej spektrometr pracuje w trybie SIM i monitorowane s¹ jony m/z 79 i 81 a metan jest wykorzysty- 20

21 wany jako gaz reakcyjny. Warunki pracy spektrometru s¹ bardzo zale ne od jego typu (producenta). Metodyka ta jest selektywna w stosunku do wszystkich zwi¹zków zawieraj¹cych atom bromu w cz¹steczce w zwi¹zku z tym wszystkie zwi¹zki bromoorganiczne mog¹ generowaæ sygna³ i zak³ócaæ rozdzielanie i identyfikacjê (po czasach retencji) uprzednio zidentyfikowanych zwi¹zków w mieszaninie wzorców. W³aœnie to jest najwiêksz¹ wad¹ techniki wykorzystuj¹cej GC-NCI-MS gdzie tetrabromobisfenol A koeluuje z BDE-153 na kolumnach pokrytych faz¹ stacjonarn¹ zawieraj¹c¹ 5% grup fenylowych co wynika st¹d, e analizowane te same jony fragmentacyjne. Poniewa polibromowane etery difenylowe posiadaj¹ masy w zakresie od 248 do 976Da jest to poza zakresem pracy wiêkszoœci najbardziej popularnych spektrometrów opartych o analizatory kwadrupolowe (typowy zakres ). Dlatego te kwadrupolowe spektrometry mas pracuj¹ce w trybie jonizacji elektronowej nie s¹ powszechnie wykorzystywane do tego typu oznaczeñ (wyj¹tek DSQ firmy Thermo którego zakres pracy do 1050 Da) [Elijart et al. 2002]. Technika MS/MS z wykorzystaniem pu³apek jonowych (ITD) jest wskazywana jako wymierna alternatywa systemów HRGC-HRMS do analizy trwa³ych zanieczyszczeñ œrodowiska takich jak PCB [Larrazabal et al. 2003] PCDFs [Kemmochi et al., 2002; Fabrellas et al., 2004] PBDE [Wang et al., 2005] w próbkach œrodowiskowych (osadach i œciekach) posiadaj¹cych wysokie stê enia tych zwi¹zków. To podejœcie zapewnia wysok¹ czu³oœæ jak i selektywnoœæ oznaczeñ. Ponadto zastosowanie ITD jest znacznie tañsze i nie wymaga tak dok³adnego, a wiêc czasoch³onnego, oczyszczania próbek jak w przypadku HRMS. Jednak e mo liwoœæ stosowania techniki opartej na pu³apkach jonowych zosta³a znacznie s³abiej rozpoznana jeœli chodzi o próbki biologiczne i ywnoœciowe, zawieraj¹ce zwykle znacznie ni sze stê- enia analizowanych zanieczyszczeñ, a literatura na ten temat jest ograniczona. Ostatnie badania prowadzone w laboratoriach wydzia³ów chemicznych w Barcelonie, Madrycie jak i w Politechnice Lubelskiej pokazuj¹ mo liwoœæ zastosowania GC/ITD-MS/ MS do oznaczania PCBs jak i PCDD/Fs w ywnoœci [Gomara et al.; 2005; Focant et al.,2001] materiale biologicznym [Naert et al., 2004], natomiast informacje dotycz¹ce oznaczania PBDE s¹ znacznie rzadsze. Tandemowa spektrometria MS pozwala na oznaczenia wykonywane w kilku trybach (rysunek 1). To daje mo liwoœci oznaczania równie pochodnych, np. hydroksylowych, ale te zabezpiecza przed interferencjami zwi¹zków o takich samych masach cz¹steczkowych, które fragmentuj¹ w odmienny sposób. Rysunek 2 przedstawia trójk¹t analityczny pozwalaj¹cy dobraæ optymalne parametry sprzêtowe w³¹czaj¹c w to czu³oœæ selektywnoœæ i szybkoœæ systemów. W tabeli 2 przedstawiono charakterystyki analityczne systemów opartych na spektrometrii mas (w ró nych konfiguracjach) najbardziej popularnych i najbardziej przydatnych w analizie mikrozanieczyszczeñ œrodowiska. 21

22 Przemiatanie widma Full Scan MS $QDOL]DPDV UIVFDQ QDSHáQLDQLH SXODSNLMRQDPL =DSLVQD G\VN Analiza produktów wtórnej fragmentacji Produkt Ion MS/MS QDSHáQLDQLH SXODSNL MRQDPL 6HOHNFMDMRQyZ SUHNXUVRUyZ UILVRODWLRQ '\VRFMDFMDMRQyZ SUHNXUVRUyZ UIH[FLWDWLRQ $QDOL]DPDV UIVFDQ =DSLVQD G\VN Monitorowanie reakcji nastêpczych MRM QDSHáQLDQLH SXODSNL MRQDPL W 6HOHNFMDMRQyZ SUHNXUVRUyZ UILVRODWLRQ '\VRFMDFMDMRQyZ SUHNXUVRUyZ UIH[FLWDWLRQ &]DV 6HOHNFMDMRQyZ SRWRPQ\FK $QDOL]DPDV UILVRODWLRQ UIVFDQ =DSLVQD G\VN Rys. 1. Porównanie cykli skanowania i cykli czasowych wykorzystywanych w czasie pracy pu³apki jonowej w ró nych trybach pracy: MS 1 monitoringu wszystkich jonów (full scan monitoring); MS 2 monitorowania wybranych produktów oraz w trybie monitorowania reakcji nastêpczych (MRM) 22

23 &]XáR ü *& /9*&0606 *&[*&72)06 )*&72)06 Rys. 2. Trójk¹t analityczny charakteryzuj¹cy wybrane metody analityczne maj¹ce zastosowanie do analizy zwi¹zków dioksynopodobnych mas [Focant et al., 2004] Tabela 2. Porównanie g³ównych cech charakterystycznych metod analitycznych bazuj¹cych na spektrometrii mas [Focant et al., 2004].U\WHULXP 6\VWHP\ NZDGUXSRORZH 3XáDSND MRQRZD,7' 6SHNWURPHWU VHNWRURZ\ ]SRGZyMQ\P RJQLVNRZDQLHP.RV]WLQVWDODFML QLVNL QLVNL EDUG]RZ\VRNL Z\VRNL HCB heksachlorobenzen; OFN oktafluoronaftalen. 6SHNWURPHWU F]DVXSU]HORWX 72) =DNUHV 'D 'D 'D 'D DQDOL]RZDQ\FKPDV 'DGOD ZL NV]R FL 'RNáDGQR ü DQDOL]RZDQ\FKPDV P] P] SSP P'D GRSSP P'DGOD *&7Œ0LFURPDVV 6]\ENR ü VNDQRZDQLD DPXV DPXV VGHNDG SU]HORWyZV 7U\EVNDQRZDQLD &]XáR ü =DNUHVOLQLRZ\ )XOOVFDQ6,0 MHGQRF]HVQ\ IXOOVFDQ6,0 (,IXOOVFDQ SJ2)1 61P] (,6,0 IJ2)1 61P] U] GyZ ZLHONR FL )XOOVFDQ6,0 IXOOVFDQMRQyZ SRWRPQ\FK (,IXOOVFDQ SJ2)1 61 GODP] U] GyZ ZLHONR FL 8QLZHUVDOQR ü (,3&,1&, (,3&,1&, Z\á F]QLH 3RODULV4 )XOOVFDQ6,0 SHáQ\]DNUHV VSHNWUXP IJRI SJ+&% 7&''61 61 P] GODP] ZWU\ELH6,0SU]\ UR]G]LHOF]R FL!U] GyZZLHONR FL (,3&,1&,), MRQL]DFMDSROHP 5RG]LHOF]R üpdv\mhgqrvwnrzd MHGQRVWNRZD! Z\VRNR FL GROLQ\ 7U\E0606 6HOHNW\ZQR ü PR OLZ\Z\á F]QH ZV\VWHPDFK ]SRWUyMQ\P NZDGUXSROHP 06QQ 6]\ENR ü U] GyZ ZLHONR FL (,3&,1&,), MRQL]DFMDSROHP ):+0 Z\VRNR FL GROLQ\ Z\á F]QLHZV\WHPDFK EUDNPR OLZR FL ]NRQILJXUDFM (%(T4 23

24 SPRZÊ ENIE SPEKTROSKOPII EMISJI ATOMOWEJ Z CHROMATOGRAFI Spektroskopia emisji atomowej (AES) jest selektywn¹ i czu³¹ technik¹ analityczn¹, która znalaz³a swoje zastosowanie tak e jako technika detekcji w chromatografii gazowej. Bazuje ona na dobrze zdefiniowanych i zidentyfikowanych przejœciach elektronów we wzbudzonych atomach lub jonach pierwiastków, które emituj¹c promieniowanie o œciœle okreœlonej d³ugoœci fali stanowi¹ najlepsz¹ informacjê dostêpn¹ dla analityków. W latach 90-tych XX w. pojawi³y siê pierwsze systemy AES, wprowadzone na rynek przez firmê Hewlett Packard, które umo liwia³y sprzê enie z kapilarn¹ chromatografi¹ gazow¹. Od tego czasu obserwuje siê rozkwit techniki sprzê onej GC-AES. Detektor emisji atomowej AED (Atomie Emission Detector) jest szczególnym typem detektora, gdy jest to jednoczeœnie detektor uniwersalny (nadaje siê do analizy wszystkich typów zwi¹zków) i specyficzny, bo umo liwia badanie zawartoœci poszczególnych pierwiastków w sk³adnikach próbki. W tabeli 3 zestawiono charakterystykê analityczn¹ detektora AED. Tabela 3. Charakterystyka analityczna detektora AED w oznaczeniach wybranych pierwiastków 3LHUZLDVWHN 'áxjr üolqll DQDOLW\F]QHM QP 5] GZLGPD Ã /2'SJV 6HOHNW\ZQR ü Z]JO GHPZ JOD [ ± 1 ± ± 6 ± ± & ± ± 3 ± ± & ± + ± ± &O ± ± %U ± ± ) ± ± 2 ± ± 6L ± +J ± 3E ± 6Q 1! 24

25 AED jest szczególnie przydatny do analizy próbek œrodowiskowych, produktów petrochemicznych, dodatków do polimerów i zawsze k³opotliwych w analizie zwi¹zków metaloorganicznych. Zasada dzia³ania detektora jest nastêpuj¹ca: rozdzielone na kolumnie chromatograficznej sk³adniki próbki wprowadza siê do indukowanej mikrofalowo plazmy helowej o temperaturze w zakresie K, która powoduje rozpad cz¹steczek na wzbudzone atomy. Elektrony wzbudzonych atomów, wracaj¹c do ni szych stanów energetycznych, emituj¹ promieniowanie charakterystyczne dla danego pierwiastka. Promieniowanie, które trafia do czêœci optycznej detektora, ulega rozszczepieniu na siatce dyfrakcyjnej na charakterystyczne d³ugoœci fal, rejestrowane przez pozycjonowan¹ matrycê fotodiod. Przyk³ady oznaczeñ z wykorzystaniem techniki GC-AES(AED) przedstawiono w tabeli 4. Tabela 4. Przyk³ady oznaczeñ z wykorzystaniem GC-AED w próbkach œrodowiskowych i biologicznych [ró ni autorzy] 5RG]DMSUyEHN 0XV]OHPL F]DNyZ 7HFKQLND SU]\JRWRZDQLDSUyENL.RPHQWDU] Uy QH FKDUDNWHU\VW\ND]DZDUWR FLPXV]OL ]Z\NRU]\VWDQLHPUy Q\FKWHFKQLNDQDOLW\F]Q\FK :RGD FLHNLJOHED 63(GHU\ZDW\]DFMD R]QDF]DQLHNZDVyZDONLORIRVIRQLRZ\FK :RGD FLHNL Uy QH Uy QH]ZL ]NLPHWDORRUJDQLF]QH*&,5 2GSDG\ ]DQLHF]\V]F]RQH LSHU\WHP 2GSDG\FKHPLF]QH 6/( //( VLDUNRZHSURGXNW\GHJUDGDFMLLSHU\WX VLDUNRZHSURGXNW\GHJUDGDFMLLSHU\WX]UR]WZRUyZ GHNRQWDPLQXM F\FK 2GSDG\DGDPV\WX 6/(GHU\ZDW\]DFMD R]QDF]HQLDSR]RVWDáR FLDGDPV\WX 2GSDG\WRNV\F]QH //(GHU\ZDW\]DFMD R]QDF]HQLDSR]RVWDáR FLOXL]\WX 2OHMHU\EQHLWáXV]F]H ]ZLHU] FH 7NDQNLIRNLV]DUHM 2UJDQL]P\PRUVNLH 6/( 6/(*3& 6/(GLDOL]D*3& 3&%ZSUyENDFKELORJLF]Q\FK PJNJ(&' PHW\ORZ\FK,VXOIRQ\ORZ\FKSRFKRGQ\FK3&%V ]Z\NNDQDáX6L&O(&' 3&%V''7VLPHW\ORVXOIRQRUD]LFKPHWDEROLW\ 06 : WUREDP\V]\ //( ]ZL ]NLNU]HPRRUJDQLF]QH06 Rá GHN.DF]NL 6/( ]ZL ]NLIRVIRURRUJDQLF]QH 7NDQNLU\E 6/( 3%'(V 0RF] //(GHU\ZDW\]DFMD &±]QDNRZDQHPHWDEROLW\NRIHLQ\ 7NDQLNLUR OLQQH 6/(GHU\ZDW\]DFMD FKORURQDIWDOHQ\LLFKPHWDEROLW\SOXV06 2OHMNLHWHU\F]QH GHVW\ODFMD]SDU ]ZL ]NLVLDUNRRUJDQLF]QH*&06L)7,5 25

26 Ten typ detekcji wykorzystywany by³ przez Wiedmana czy te Anderssona [1998] do oznaczania PCDT natomiast dotychczas nie by³ wykorzystywany do oznaczania PBDE w próbkach œrodowiskowych, a jedynie w materiale biologicznym. PODSUMOWANIE Techniki sprzê one rozdzielania i spektroskopowe systemy detekcji, w szczególnoœci ró ne odmiany systemów GC-MS i HPLC-MS oraz GC-AED czy HPLC AES znajduj¹ coraz szersze zastosowanie w systemach kontroli zanieczyszczeñ œrodowiska. Umo liwiaj¹ detekcjê zwi¹zków chemicznych na poziomie ng/l czy ng/kg. Zainteresowanie budz¹ nie tylko powszechnie oznaczane tzw. target compounds, ale te te których bardzo niskie stê enia wp³ywaj¹ na organizmy ywe. St¹d te nale y przypuszczaæ, e bêdzie nastêpowa³ dalszy rozwój technik sprzê onych, i bêd¹ one szerzej ni obecnie dostêpne. Podziêkowania Praca ta powsta³a w ramach projektu badawczego MNiSW 1 T09D LITERATURA 1. Andersson J.T., Schmid B., 1995: Polycyclic aromatic sulfur heterocycles. IV Determination of polycyclic aromatic compounds in a shale oil with the atomic emission detector, J. Chromatogr. A, 693, Andersson J.T., 2002: Some unique properties of gas chromatography coupled with atomic emission detection, Anal. Bioanal. Chem., 373, Athanasiadou M., Marsh G., Athanassiadis I., Asplund L., Bergman A., 2006: Gas chromatography and mass spectrometry of methoxylated polybrominated diphenyl ethers (MeO-PBDEs), J. Mass Spec., 41, Becker G., Colmsjö A., 1998a: Gas chromatography-atomic emission detection for quantification of polycyclic aromatic sulfur heterocycles, Anal. Chim. Acta, 376, Becker G., Nilsson U., Colmsjö A., Õstman C., 1998b: Determination of polycyclic aromatic sulfur heterocyclic compounds in airborne particulate by gas chromatography with atomic emission and mass spectrometric detection, J. Chromatogr. A, 826, Björklund J., Tollbäck P., Östman C., 2003: Mass spectrometric characteristics of decabromodiphenyl ether and the application of isotopic dilution in the electron capture negative ionization mode for the analysis of polybrominated diphenyl ethers, J. Mass Spec.,38, Buser H-R., Rappe C., 1991: Determination of polychlorodibenzotiophenes, the sulfur analogues of polychlorodibenzofurans, using various gas chromatographic/ mass spectrometric techniques, Anal. Chem., 63,

27 8. Cai Z., Ramanujam V.M.S., Gross M.L., Cristini A., Tucker R.K., 1994a: Levels of polychlorodibenzo-p-dioxins and dibenzofurans in crab tissues from Newark /Raritan Bay system, Environ. Sci. Technol., 28, Cai Z., Giblin D.E., Ramanujam V.M.S., Gross M.L., Cristini A., 1994b: Mass-profile monitoring in trace analysis: Identification of polychlorodibenzothiophenes in crab tissues collected from the Newark/Raritan Bay system, Environ. Sci. Technol., 28, Covaci A., Voorspoels S., de Boer J., 2003: Determination of brominated flame retardants, with emphasis on polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) in environmental and human samples: a review. Environ. Internat., 29, Echarri I., Nerin C., Wells D.E., Domeño C., Cacho J., 1998: Multivariate analysis applied to the study of the distribution of chlorobiphenyls (CBs), including the nonortho-cbs, in fish and sea mammals, Analyst,. 123, Eljarrat E., Lacorte S., Barceló D., 2002: Optimization of congener-specific analysis of 40 polybrominated diphenyl ethers by gas chromatography/mass spectrometry, J. Mass Spec., 37, Fabrellas B., Sanz P., Abad E., Rivera J., Larrazabal D., 2004: Analysis of dioxins and furans in environmental samples by GC-ion-trap MS/MS, Chemosphere, 55, Focant J-F., Eppe G., De Pauw E., 2001: Optimisation and use of tandem-in-time mass spectrometry in comparison with immunoassay and HRGC/HRMS for PCDD/F screening, Chemosphere, 43, Focant J-F., Pirard C., De Pauw E., 2004: Automated sample preparation-fractionation for the measurement of dioxins and related compounds in biological matrices: a review, Talanta, 63, Focant J-F., Eppe G., Scippo M-L., Massart A-C., Pirard C., Maghuin-Rogister G., De Pauw E., 2005: Comprehensive two-dimensional gas chromatography with isotope dilution time-of-flight mass spectrometry for the measurement of dioxins and polychlorinated biphenyls in foodstuffs. Comparison with other methods, J. Chromatogr. A, 1086, Frenich-Garrido A., Gonzalez-Romero R., Vidal-Martinez J.L., Bolanos-Plaza P., Rodriguez-Cuadros L., Abdo-Herrera M.A., 2006: Characterization of recovery profiles using gas chromatography-triple quadrupole mass spectrometry for determination of pesticide residues in meat samples, J. Chromatogr. A, 1133, Go mara B., Garci a-ruiz C., Gonza lez M.J., Marina M.L., 2006a: Fractionation of chlorinated and brominated persistent organic pollutants in several food samples by pyrenyl-silica liquid chromatography prior to GC-MS determination, Anal. Chim. Acta, 565, Gómara B., Herrero L., Bordajandi L.R., González M.J., 2006b: Quantitative analysis of polybrominated diphenyl ethers in adipose tissue, human serum and foodstuff samples by gas chromatography with ion trap tandem mass spectrometry and isotope dilution, Rapid Comm. Mass Spec., 20, Harrad S., Wijesekera R., Hunter S., Halliwell C., Baker R., 2004: Preliminary Assessment of U.K. Human Dietary and Inhalation Exposure to Polybrominated Diphenyl Ethers, Environ. Sci. Tech., 38,

28 21. Helen C., Lemasle M., Laplanche A., Genin E., 2001: Determination of polychlorodibenzo-p-dioxins and polychlorodibenzofurans by gas chromatography/tandem mass spectrometry and gas chromatography/ triple mass spectrometry in a quadrupole ion trap, J. Mass Spectrom., 36, Hites R.A., Foran J.A., Schwager S.J., Knuth B.A., Hamilton M.C., Carpenter D.O., 2004: Global Assessment of Polybrominated Diphenyl Ethers in Farmed and Wild Salmon, Environ. Sci. Tech., 38, de Hoffmann J., 1996: Tandem mass spectrometry: a primer, J. Mass Spectrom., 31, Kemmochi Y., Tsutsumi K., 2001: Rapid PCDD/PCDF screening method for fly ash with ion trap MS/MS, Chemosphere, 43, Kemmochi Y., Tsutsumi K., Futami K., 2002: Optimization of the ionization conditions for the trace analysis PCDD/PCDF with ion trap MS/MS, Chemosphere, 46, Larrazábal D., Martínez M.A., Eljarrat E., Barceló D., Fabrellas B., 2004: Optimization of quadrupole ion storage mass spectrometric conditions for the analysis of selected polybrominated diphenyl ethers. Comparative approach with negative chemical ionization and electron impact mass spectrometry, J. Mass Spec., 39, March R.E., Splendore M., Reiner E.J., Mercer R.S., Plomley J.B., Waddell D.S., Mac- Pherson K.A., 2000a: Erratum to A comparison of three mass spectrometric methods for the determination of dioxins/furans, International Journal of Mass Spectrometry, 197, March R.E., Splendore M., Reiner E.J., Mercer R.S., Plomley J.B., Waddell D.S., MacPherson K.A., 2000b: A comparison of three mass spectrometric methods for the determination of dioxins/furans, International Journal of Mass Spectrometry, 194, Naert C., De Saeger S., Van Peteghem C., 2004: Development of a gas chromatography/ion trap mass spectrometry based method for the quantification of polybrominated diphenyl ethers and polychlorinated biphenyls in adipose tissue, Rapid Comm. Mass Spec., 18, North K.D, 2004: Tracking polybrominated diphenyl ether releases in a wastewater treatment plant effluent, Palo Alto, California. Environ. Sci. Tech., 38, Santos F.J., Galceran M.T., (2003), Modern developments in gas chromatography mass spectrometry-based environmental analysis, J. Chromatogr. A, 1000, Sinkkonen S., Paasivirta J., Lahtiperä M., 2001: Chlorinated and methylated dibenzothiophenes in sediment samples from a river contaminated by organochlorine wastes, J. Soils & Sediments, 1, Sjödin A., Carlsson H., Thuresson K., Sjölin S., Bergman A., Östman C., 2001: Flame Retardants in Indoor Air at an Electronics Recycling Plant and at Other Work Environments, Environ. Sci. Tech., 35, Wang D., Cai Z., Jiang G., Wong M.H., Wong W.K., 2005: Gas chromatography/ion trap mass spectrometry applied for the determination of polybrominated diphenyl ethers in soil, Rapid Comm. Mass Spec., 19, Wiedmann T., Schimmel H., Ballschmiter, K-H., 1998: Ion trap MS/MS of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans: confirming the concept of the molar response, Fresenius J. Anal. Chem., 360,

29 36. Worrall K., Robinson C., Wood D., Harrington P., 2001: Optimization of a HRGC- HRMS method for the analysis of PCDD/F s in salmon and spinach using PTV and/or splitless injection coupled with thin film capillary GC, DIOXIN 2001, 9 14 th September, KYONGJU, KOREA, Zhu L., Ma B., Liang X., 2008: Quantitative analysis of polybrominated diphenyl ethers in earthworms and soil by gas chromatography coupled to ion-trap tandem mass spectrometry, Rapid Comm. Mass Spec., 22, Spectroscopic techniques combined with chromatographic of separation in the engineering and environmental protection application Summary The article presents the application of chromatographic techniques of separation combined with spectroscopic techniques for determination of major environmental pollutants. Combinations of GC-MS and/or HPLC-MS have been presented together with the tandem of mass spectroscopy systems enabling multiple ion fragmentation (ion traps) and systems based on triple stage quadrupol. Advantages and disadvantages of each technique have been presented on the basis of application in the branch of environmental protection and engineering. We have also depicted in this article the GC-EAS technique (with GC-AED) which is more commonly applied for speciation of metal-organic compounds. 29

30 Aneta Duda*, Jakub Guzy**, Joanna Pytel**, Renata Rubinkiewicz*** DOBÓR POD Ó I SPRAWDZENIE METODY WYKRYWANIA I IZOLACJI BAKTERII SALMONELLA W WODACH POWIERZCHNIOWYCH METOD FILTRACJI MEMBRANOWEJ Streszczenie. W pracy przedstawiono metodykê badawcz¹ wykrywania i izolacji bakterii Salmonella w wodach powierzchniowych metod¹ filtracji membranowej. Dokonano doboru p³ynnych po ywek namna aj¹cych i selektywnych po ywek agarowych do wykrywania typowych i nietypowych serotypów. Po ywki zosta³y dobrane tak, aby wyeliminowaæ w znacznym stopniu zaburzenia ze strony towarzysz¹cej mikroflory podczas procesu wykrywania chorobotwórczych bakterii Salmonella. Opracowana metodyka ma na celu wykrycie zarówno odzwierzêcych serotypów pa³eczek Salmonella, jak i S. Typhi, S. Paratyphi. Metodê sprawdzono w konkretnych warunkach laboratoryjnych przeprowadzaj¹c proces walidacji obejmuj¹cy: wyznaczenie granicy wykrywalnoœci, sprawdzenie poprawnoœæ metody za pomoc¹ metod standardowych w porównaniu z testem API 20E (porównanie metody standardowej z metod¹ alternatywn¹), podanie prawdopodobieñstwa podania wyniku fa³szywego. Wykazano, e czynniki selektywne zawarte w po ywkach RVS i MKKTn najlepiej hamowa³y wzrost obfitej flory towarzysz¹cej w wodach powierzchniowych, a po ywka XLD jest idealnym pod³o em do wykrywania typowych bakterii Salmonella spp. Jedyn¹ ze sprawdzanych po ywek, która umo liwia³a wykrycie laktozododatnich Salmonella okaza³ siê agar z siarczynem bizmutu wg Wilson-Blair a. Metodê sprawdzono i stwierdzono, e jest selektywna, specyficzna, powtarzalna i odtwarzalna w warunkach laboratoryjnych. Granica wykrywalnoœci zosta³a okreœlona na poziomie od 1 do 3 jednostek tworz¹cych kolonie. 1. WSTÊP Obowi¹zek badania w kierunku wykrywania Salmonella w wodach powierzchniowych zosta³ na³o ony Rozporz¹dzeniem Ministra Zdrowia z dnia r. w sprawie wymagañ, jakim powinny odpowiadaæ wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludnoœci w wodê przeznaczon¹ do spo ycia oraz Rozporz¹dzeniem Ministra Zdrowia z dnia r. w sprawie wymagañ, jakim powinna odpowiadaæ woda w k¹pieliskach [1, 2]. * Aneta DUDA Katedra Podstaw Techniki, Wydzia³ Podstaw Techniki, Politechnika Lubelska. ** Jakub GUZY, Joanna PYTEL Œwiêtokrzyskie Centrum Onkologii, Kielce. *** Renata RUBINKIEWICZ Wojewódzka Stacja Sanitarno-Epidemiologiczna, Kielce. 30

31 Rodzaj Salmonella nale y do rodziny Enterobacteriaceae i obejmuje dwa gatunki, tj.: Salmonella bongori oraz Salmonella enterica (klastfikacja wg Le Minor a i Popoff a 1992 WHO Collaborating Center for Reference and Research on Salmonella) [3]. Ich naturalnym rezerwuarem jest przewód pokarmowy ludzi i zwierz¹t. S¹ one Gram-ujemnymi, nieprzetrwalnikuj¹cymi pa³eczkami o wymiarach 2 3 µm/0,6 µm, s¹ zazwyczaj ruchliwe (wyj¹tek: S. Pullorum, S. Gallinarum). Formy ruchliwe s¹ zazwyczaj perytrichalnie urzêsione. Istniej¹ jednak informacje o izolacji szczepów, które w wyniku oddzia³ywania czynników œrodowiska zatraci³y zdolnoœæ ruchu. S¹ one wzglêdnymi beztlenowcami [4]. Prze ywalnoœæ bakterii Salmonella jest zale na od temperatury, ph i aktywnoœci wodnej (a w ). Silne dzia³anie hamuj¹ce na ich rozwój maj¹ œrodowisko kwaœne, temperatura poni ej 25 o C, du a iloœæ tlenu oraz ogrzewanie w temperaturze 72 C przez 15 sekund [5]. Pa³eczki Salmonella s¹ równie wra liwe na promieniowanie gamma i beta oraz na dzia³anie chloru, kwasu mlekowego i innych œrodków dezynfekcyjnych. Takie procesy jak: solenie i wêdzenie maj¹ ograniczony wp³yw na prze ywanie pa³eczek Salmonella, np. w suszonych i wêdzonych produktach miêsnych prze ywaj¹ tygodnie, a nawet miesi¹ce. Salmonella s¹ oporne na wysychanie (nawet przez dwa lata), szczególnie w suszonym kale, kurzu, paszach i ywnoœci. Woda nie jest dla bakterii Salmonella naturalnym œrodowiskiem. Trafiaj¹ one bezpoœrednio do wody z chorego organizmu ludzi lub zwierz¹t (ptactwo domowe i dzikie, gryzonie) lub poœrednio poprzez œcieki, a tak e poprzez sp³ywy ze ska onej gleby. Woda jest jedynie wektorem bakterii i to tylko w okresie, w jakim organizmy te mog¹ utrzymywaæ siê przy yciu [6]. Podaje siê, e Salmonella mo e prze ywaæ w wodach stoj¹cych 115 dni, w glebie ³¹kowej 120 dni, w glebie uprawnej 180 dni, a w nawozie ptasim i krowim do miesiêcy [7]. Niekiedy bakteriami Salmonella mog¹ byæ zara one produkty roœlinne zraszane lub podlewane zaka on¹ wod¹ (sa³ata) oraz w wyniku zaka enia gleby nawo onej odchodami ludzi lub zwierz¹t [8]. Bakterie w œrodowisku wodnym, znajduj¹ce siê w stanie VBNC, stanowi¹ równie niew¹tpliwe zagro enie dla zdrowia publicznego, gdy wykazuj¹c pewn¹ aktywnoœæ metaboliczn¹, zachowuj¹ wirulencjê, a nie s¹ wykrywane w badaniach mikrobiologicznych wód metod¹ hodowlan¹ [9]. Pa³eczki Salmonella powoduj¹ wiele schorzeñ [10, 11, 12]: ostre choroby zakaÿne (dur brzuszny wywo³ywany przez Salmonella Typhi oraz dury rzekome wywo- ³ywane przez Salmonella Paratyphi A, B i C), zatrucia pokarmowe typu zakaÿnego (tzw. salmonelozy), posocznicê lub bakteriemiê, zespó³ gor¹czki jelitowej (enteric fever), zaka enia uk³adu moczowego, oddechowego, skórne, ropnie narz¹dów, stan nosicielstwa pochorobowego jako nastêpstwo wczeœniejszego zaka enia. W przypadku salmoneloz rezerwuarem i Ÿród³em zaka enia jest zwierzê, a noœnikiem czynnika patogennego jest produkt pochodzenia zwierzêcego (miêso, mleko, jaja) oraz ska ona odchodami zwierzêcymi woda u ywana do sporz¹dzania potraw, mycia owoców, p³ukania naczyñ, podlewania upraw, a tak e przyprawy dodawane do gotowych potraw poddanych wczeœniej obróbce cieplnej. Chorobotwórcze dla cz³owieka 31

32 pa³eczki Salmonella nale ¹ do gatunku Salmonella enterica subsp. enterica i stanowi¹ one ponad 99,5% izolowanych szczepów. Sporadycznie izoluje siê pa³eczki Salmonella enterica subsp. arizonae i diarizonae. Mo na uznaæ, e zatrucia pokarmowe s¹ najczêœciej spotykanym schorzeniem odzwierzêcych w krajach przemys³owo rozwiniêtych. W krajach Ameryki Pó³nocnej oraz Europy, pocz¹wszy od po³owy lat 80, najwa niejsze znaczenie epidemiologiczne mia³y odzwierzêce serovary Salmonella. Wed³ug danych opublikowanych przez amerykañskie Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorób (CDC), w USA w latach serovarem odpowiedzialnym za 55% zachorowañ na salmonelozy by³a S. Enteritidis [13]. W Polsce w okresie udzia³ S. Enteritidis w zachorowaniach wynosi³ ponad 90%, S. Typhimurium ok. 6% [14, 15, 16]. W Polsce w 2001 roku S. Enteritidis wywo- ³a³a 93,4% zachorowañ bakteryjnych (w tym jeden zgon), spoœród pozosta³ych typów najwiêcej zachorowañ spowodowa³a S. Virchow 2,2%, a za pozosta³e odpowiada³y: S. Typhimurium, S. Indiana, S. Hadar i inne [17]. Obecnie nie ma dostêpnej spójnej normy a wykrywanie Salmonella jest wymogiem do oceny wód powierzchniowych. Dlatego celem niniejszej pracy by³o opracowanie metodyki badawczej wykrywania i izolacji bakterii Salmonella w wodzie powierzchniowej metod¹ filtracji membranowej, dobór p³ynnych po ywek namna aj¹cych i selektywnych po ywek agarowych do wykrywania typowych i nietypowych serotypów Salmonella, które eliminowa³yby w znacznym stopniu wzrost towarzysz¹cej mikroflory przeszkadzaj¹cej w wykrywaniu chorobotwórczych bakterii Salmonella, oraz sprawdzenie metody w konkretnych warunkach laboratoryjnych. Metodyka ta ma na celu wykrycie zarówno odzwierzêcych serotypów pa³eczek Salmonella, jak i S. Typhi, S. Paratyphi. W badaniach istotny jest te wp³yw matrycy wody powierzchniowej, która mo e charakteryzowaæ siê du ¹ zawartoœci¹ innych mikroorganizmów, co ma wp³yw na powtarzalnoœæ, odtwarzalnoœæ, specyficznoœæ i czu- ³oœæ metod badawczych. Pa³eczki Salmonella nie s¹ organizmem wskaÿnikowym zanieczyszczenia wód powierzchniowych, które s¹ doœæ bogate pod wzglêdem ró norodnoœci i iloœci organizmów ywych [18]. Jednak obowi¹zek ich oznaczania wynika z koniecznoœæ klasyfikacji i dopuszczania k¹pielisk publicznych i stad ma istotne znaczenie dla zdrowia publicznego. Celem niniejszej pracy by³o opracowanie metodyki badawczej, która eliminowa- ³yby w znacznym stopniu wzrost towarzysz¹cej mikroflory przeszkadzaj¹cej w wykrywaniu chorobotwórczych bakterii Salmonella oraz zwalidowanie metody w konkretnych warunkach laboratoryjnych. 2. METODYKA BADANIA Badaniom poddano próbki wody powierzchniowej z rzeki Bobrzy (woj. œwiêtokrzyskie) stanowi¹c¹ matrycê. Zasada badania i dobór pod³ó zosta³ oparty na: 32

33 Metodyce wykrywania i izolacji Salmonella z wód powierzchniowych i œcieków metodyka Pañstwowego Zak³adu Higieny (2001) [19] oraz normach PN-A :1994, PN-EN ISO 6579:2003 i PN-A-04023:2001 [20, 21, 22, 23]. W chwili obecnej metodyka Pañstwowego Zak³adu Higieny [19] obejmuje jedynie diagnostykê Salmonella do etapu krótkiego szeregu biochemicznego, co nie gwarantuje identyfikacji pa³eczek Salmonella do gatunku i typu serologicznego. Tak¹ mo liwoœæ daj¹ z kolei wy ej powo³ane normy Badanie matrycy, izolacja Salmonella Matryca zosta³a przebadana w kierunku: ogólna liczba bakterii na agarze od ywczym (inkubacja w temp. 22 o C 72 h, 37 o C 24 h), bakterie grupy coli, bakterie grupy coli termotolerancyjne, enterokoki ka³owe. Pobran¹ próbkê homogenizowano poprzez wytrz¹sanie, filtrowano a nastêpnie poddano preinkubacji na nie selektywnym pod³o u p³ynnym zbuforowanej wodzie peptonowej (BWP) w temp. 36 C ± 2 C przez 18 ± 2 h. Nastêpnie namna ono na: zmodyfikowanej po ywce Rappapport-Vassiliadis (RVS) inkubacja w temp. 41,5 C ± 0,5 C przez 21 ± 3 h, po ywce Müller a-kauffmanna z tetrationianem i nowobiocyn¹ (MKTTn) inkubacja w temp. 36 C ± 2 C, przez 21 ± 3 h, pod³o u z kwaœnym seleninem sodu (SF) inkubacja temp. 36 C±2 C, przez 21±3 h, pod³o u z kwaœnym seleninem sodu i cystyn¹ (SC) inkubacja w temp. 36 C ± 2 C, przez 21 ± 3 h. Nastêpnie dokonano namna ania selektywno-ró nicuj¹cego równolegle na podlo ach: XLD (po ywka z lizyn¹, ksyloz¹ i dezoksycholanem) oraz po ywce z siarczynem bizmutowym (zmodyfikowana po ywka Wilson-Blaira), po ywce SS (Salmonella Shigella) i po ywce BGA wg Edel i Kampelmacher (z zieleni¹ brylantow¹ i czerwieni¹ fenolow¹). Próbki inkubowano w temp. 36 C ± 2 C, przez 21 ± 3 h (po ywka XLD, BGA) i 44 ± 4 h (SS, zmodyfikowane pod³o e Wilson-Blaira). W kolejnym etapie kolonie poddano badaniom potwierdzaj¹cym. W tym celu z ka dej p³ytki przeszczepiono wszystkie lub minimum 5 kolonii wykazuj¹cych wzrost charakterystyczny dla Salmonella. Przesiano je na p³ytkê z agarem od ywczym i inkubowano w temp. 36 C ± 2 C przez 21 ± 3 h. Nastêpnie dokonano potwierdzeñ poprzez badania biochemiczne i serologiczne. W celu potwierdzeñ biochemicznych przeszczepiono charakterystyczne kolonie do probówek zawieraj¹cych: po ywkê TSI, po ywkê agarow¹ z mocznikiem, wodê peptonow¹ z tryptofanem, po ywkê z malonianem sodu, po ywkê do wykrywania dekarboksylacji L-Lizyny, po ywkê z cyjankiem potasu (KCN), 33

34 po ywkê Simmonsa, po ywkê Clarka do testu Voges-Proskauera (VP) oraz równolegle wykonano test API 20E. Potwierdzeñ serologicznych dokonano (po wykluczeniu autoaglutynacji szczepu) metod¹ aglutynacji szkie³kowej z wielowa n¹ surowic¹ HM (zawieraj¹c¹ przeciwcia- ³a przeciw wszystkim sk³adnikom antygenów rzêskowych i przeciw niektórym antygenom somatycznym). Szczepy aglutynuj¹ce w tej surowicy zbadano z surowicami grupowymi AO, BO, CO, DO, i EO. W przypadku ujemnego wyniku aglutynacji z surowicami dla grup AO, BO, CO, DO i EO wykonano badanie odczynu z surowic¹ dla antygenu Vi (aglutynacja drobnoziarnista typu O ). W przypadku dodatniego wyniku aglutynacji z surowic¹ Vi, w celu ustalenia przynale noœci do grupy powtarzano badanie z surowicami grupowymi BO i DO, u ywaj¹c jako antygenu gêstej zawiesiny bakterii w fizjologicznym roztworze soli, ogrzanej przez 30 min. w temp. 100 C. W toku badañ zastosowano szczepy wzorcowe: Escherichia coli ATCC 25922, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Salmonella Enteritidis ATTC 13076, Salmonella Typhimurium ATCC o udokumentowanych w³aœciwoœciach fizjologicznych, wymaganiach wzrostowych i aktywnoœci biochemicznej oraz szczep roboczy Salmonella Paratyphi B z akredytowanego laboratorium diagnostyki medycznej Powtarzalnoœæ metody Powtarzalnoœæ metody okreœlono sporz¹dzaj¹c z jednej próbki piêæ podróbek, które by³y badane, oceniane i interpretowane przez dwóch niezale nych analityków w tych samych warunkach. Uzyskanie takiego samego wyniku: obecnoœci lub nieobecnoœci drobnoustrojów we wszystkich podpróbkach, przez ka dego z analityków, œwiadczy o powtarzalnoœci metody Odtwarzalnoœæ metody Odtwarzalnoœæ metody okreœlono na podstawie badañ, ocen i interpretacji wyników przez dwóch niezale nych analityków w tych samych warunkach tego samego rodzaju próbek. Wykorzystano próbki: œlepa (woda ja³owa) oraz próbki kontaminowane S. Eneritidis (wysoki poziom kontaminacji pow. 100 j.t.k.), E. coli (wysoki poziom kontaminacji pow. 100 j.t.k.), S. Eneritidis (niski poziom kontaminacji 10 j.t.k.) + E. coli (wysoki poziom kontaminacji pow. 100 j.t.k.) oraz S. Eneritidis (niski poziom kontaminacji 10 j.t.k.). 34

35 2.4. Specyficznoœæ i czu³oœæ metody Specyficznoœæ metody okreœlono wg zale noœci: ª )3 º 63 u, 1 ¹ ¼ gdzie: SP specyficznoœæ, N liczba próbek niekontaminowanych, FP liczba próbek fa³szywie pozytywnych. Czu³oœæ metody okreœlono wg wzoru: 73 6( u, 1 gdzie: SE czu³oœæ, N + liczba próbek kontaminowanych, TP liczba próbek prawdziwie pozytywnych Granica wykrywalnoœci metody Oznaczenia granicy wykrywalnoœci dokonano posiewaj¹c szczepy wzorcowe Salmonella spp. na pod³o u Ringera na ró nym poziomie kontaminacji (znamiennie istotnym ) na 5 p³ytkach niewybiórczego pod³o a agarowego. Celem potwierdzenia w warunkach laboratoryjnych dokonano równie oznaczenia granicy wykrywalnoœci dla najlepiej ocenionej kombinacji po ywek selektywnie ró - nicuj¹cych. Badanie wykonano dla ka dego rozcieñczenia badanego szczepu wzorcowego z p³ynnej po ywki selektywnej na 5 p³ytkach ka dego pod³o a ró nicuj¹cego Porównanie metody alternatywnej z referencyjn¹ Przebadano 35 próbek wody powierzchniowej przebadano metod¹ alternatywn¹ i referencyjn¹. By³y to próbki dodatnie i ujemne. Na podstawie odczytów szeregów biochemicznych i testów API 20E okreœlono wzglêdn¹ dok³adnoœæ, wzglêdn¹ selektywnoœæ oraz wzglêdn¹ czu³oœæ. 3$ 1$ AC Wzglêdna dok³adnoœæ $& u, 1 1$ SP Wzglêdna selektywnoœæ 63 u, 1 3$ SE Wzglêdna czu³oœæ 63 u, 1 35

36 gdzie: N ogólna liczba próbek, N - ogólna liczba ujemnych wyników uzyskanych metod¹ odniesienia, N + ogólna liczba dodatnich wyników uzyskanych metod¹ odniesienia, PA zgodnoœæ dodatnia, NA zgodnoœæ ujemna. 3. WYNIKI BADAÑ I ICH DYSKUSJA Wstêpna analiza wody surowej z rzeki Bobrzy nie wykaza³a obecnoœci Salmonella spp. Natomiast w kolejnych rozcieñczeniach (100 ml, 10 ml, 1 ml i 0,1 ml) w matrycy stwierdzono: ogóln¹ liczba bakterii na agarze od ywczym w 22 o C po 72 h pow. 300 j.t.k./1 ml, ogóln¹ liczba bakterii na agarze od ywczym w 22 o C po 72 h 54 j.t.k./0,1 ml, ogóln¹ liczba bakterii w 37 o C po 24h pow. 300 j.t.k./1 ml, ogóln¹ liczba bakterii w 37 o C po 24h 157 j.t.k./0,1 ml, bakterie grupy coli w 37 o C po 24h pow. 100 j.t.k./100 ml, bakterie grupy coli w 37 o C po 24h 68 j.t.k./10 ml, bakterie grupy coli termotolerancyjne w 44 o C po 24h pow. 100 j.t.k./100 ml, bakterie grupy coli termotolerancyjne w 44 o C po 24h 47 j.t.k./10 ml, Enterokoki ka³owe w 37 o C po 48h pow. 100 j.t.k./100 ml, Enterokoki ka³owe w 37 o C po 48h 42 j.t.k./10 ml. Na pod³o ach ró nicuj¹cych stwierdzono wzrost flory towarzysz¹cej, w ró nej obfitoœci tab. 1. Zidentyfikowano nastêpuj¹ce szczepy E. coli, P. aeruginosa, P. vulgaris, P. mirabilis, które potencjalnie mog¹ wp³ywaæ na mo liwoœæ wykrycia Salmonella spp. W próbce œrodowiskowej nie wykryto obecnoœci Salmonella ssp. dlatego kontaminowano j¹ szczepami wzorcowymi na ró nym poziomie kontaminacji. Do kontaminacji u yto szczepów Salmonella jak i szczepów to samych z flor¹ stwierdzon¹ w matrycy, tj. E. coli i P. aeruginosa. W celu wybrania odpowiedniej kombinacji po ywek selektywno-róznicuj¹cych, po etapie preinkubacji w BWP próbki namna- ono selektywnie na czterech po ywkach: RVS, MKKTn, SF i S.C., z których dokonano przesiewu na po ywki agarowe ró nicuj¹ce: XLD oraz BGA, SS i WB [24]. Wyniki oceny hodowli szczepów wzorcowych oraz szczepów z matrycy przedstawiono w tabeli 2. Analiza wzrostu na po ywkach agarowych wykaza³a, e najwy sz¹ selektywnoœci¹ wykaza³y siê RVS, MKKTn, SC, SF. Po ywki RVS i MKKTn najlepiej hamowa³y wzrost bakterii flory towarzysz¹cej. Na po ywce WB szczepy S. Paratyphi B i w mniejszym stopniu S. Typhimurium wykaza³y wzrost z charakterystycznym, metalicznym po³yskiem, natomiast S. Enteritidis wzrost w postaci zielono-czarnych kolonii. Na po ywce SS wszystkie 36

37 Tabela 1. Charakterystyka wzrostu wodnej flory towarzysz¹cej na selektywnych po ywkach agarowych 1D]ZD SR \ZNL 6]F]HS\ QLHVSHF\ILF]QH (FROL =VLDUF]\QHP EL]PXWXZJ 3DHUXJLQRVD :LOVRQ%ODLUD :% %*$ 66 ;/' 3YXOJDULV (FROL 3DHUXJLQRVD 3YXOJDULV (FROL 3DHUXJLQRVD 3YXOJDULV 3PLUDELOLV (FROL 3DHUXJLQRVD 3YXOJDULV :\JO GNRORQLL NRORQLHGUREQH]LHORQRV]DUH EUDNPHWDOLF]QR FL REILW\Z]URVW NRORQLHEDUG]RGUREQHV]RUVWNLH]LHORQRV]DUH EUDNPHWDOLF]QR FL LQWHQV\ZQ\FKDUDNWHU\VW\F]Q\]DSDFK REILW\Z]URVW NRORQLH]LHORQRF]DUQH REILW\Z]URVW NRORQLH yáwh ]D yáfhqlhsr \ZNL REILW\Z]URVW NRORQLHV]RUVWNLHNRORUXSR \ZNLMDVQRUy RZH LQWHQV\ZQ\FKDUDNWHU\VW\F]Q\]DSDFK REILW\Z]URVW NRORQLHNRORUXSR \ZNLMDVQRUy RZH REILW\Z]URVW NRORQLHUy RZH REILW\Z]URVW NRORQLHMDVQREU ]RZHGUREQH LQWHQV\ZQ\FKDUDNWHU\VW\F]Q\]DSDFK REILW\Z]URVW NRORQLHGX HSU]H]URF]\VWHOXEPOHF]QH]Z\SXNá\P F]DUQ\P URGNLHP REILW\Z]URVW NRORQLHGX HQLHVSHF\ILF]QH yáwreu ]RZH]Z\SXNá\P EU ]RZ\P URGNLHP VáDE\Z]URVW NRORQLH yáwh ]D yáfhqlhsrgár D NRORQLHGUREQHV]RUVWNLHNRORUXSR \ZNLMDVQRUy RZH LQWHQV\ZQ\FKDUDNWHU\VW\F]Q\]DSDFK REILW\Z]URVW NRORQLHGX HSU]H]URF]\VWHNRORUXSRGáR DOXEPOHF]QH ]Z\SXNá\PF]DUQ\P URGNLHP 37

38 Tabela 2. Ocena wzrostu bakterii Salmonella i flory towarzysz¹cej na selektywnych po- ywkach agarowych po inkubacji na po ywce RVS 5RG]DMSUyENL 596 :% 66 %*$ ;/' 3UyEND OHSD± MDáRZ\Sá\Q5LQJHUD EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX 3UyEND OHSD±ZRGD!MWN Ã!MWN Ã Z]URVW]OHZQ\ Ã!MWN Ã SRZLHU]FKQLRZD RNMWN RNMWN ]U]HNL%REU]\ (FROL 3DHUXJLQRVD!MWN Ã MWN Ã!MWN Ã MWN Ã Z]URVW Ã ]OHZQ\!MWN Ã MWN Ã (FROL 3DHUXJLQRVD 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% RNMWN!MWN Ã!MWN RNMWN!MWN MWN RNMWN MWN RNMWN!MWN RNMWN Ã RNMWN Ã!MWN!MWN RNMWN Ã Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\!MWN RNMWN Ã Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ RNMWN RNMWN Ã * E. coli, ** P. aeruginosa, *** P. vulgaris, **** P. mirabilis. Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ RNMWN RNMWN Ã RNMWN Ã RNMWN Ã RNMWN MWN Ã MWN Ã!MWN RNMWN Ã RNMWN MWN MWN Ã RNMWN MWN Ã MWN Ã!MWN MWN Ã 38

39 Tabela 3. Ocena wzrostu bakterii Salmonella i flory towarzysz¹cej na selektywnych po- ywkach agarowych po inkubacji na po ywce MKKTn 5RG]DMSUyENL 3UyEND OHSD±MDáRZ\ Sá\Q5LQJHUD 3UyEND OHSD±ZRGD SRZLHU]FKQLRZD ]U]HNL%REU]\ (FROL 3DHUXJLQRVD (FROL 3DHUXJLQRVD 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 0..7Q :% 66 %*$ ;/' EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX!MWN Ã RNMWN Ã RNMWN Ã MWN!MWN Ã!MWN Ã!MWN!MWN Ã!MWN!MWN RNMWN RNMWN MWN RNMWN RNMWN Ã MWN RNMWN RNMWN Ã!MWN Ã MWN Ã!MWN Ã MWN Ã!MWN Ã!MWN MWN Ã RNMWN RNMWN Ã!MWN Ã MWN Ã!MWN Ã MWN!MWN Ã MWN MWN MWN Ã!MWN Ã * E. coli, ** P. aeruginosa, *** P. vulgaris, **** P. mirabilis.!mwn Ã!MWN Ã Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\!MWN Ã!MWN Ã!MWN MWN Ã MWN Ã MWN!MWN Ã!MWN MWN Ã MWN!MWN Ã RNMWN!MWN Ã RNMWN!MWN Ã 39

40 Tabela 4. Ocena wzrostu bakterii Salmonella i flory towarzysz¹cej na selektywnych po- ywkach agarowych po inkubacji na po ywce SC 5RG]DMSUyENL 3UyEND OHSD±MDáRZ\ Sá\Q5LQJHUD 3UyEND OHSD±ZRGD SRZLHU]FKQLRZD] U]HNL%REU]\ (FROL 3DHUXJLQRVD (FROL 3DHUXJLQRVD 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% * E. coli, ** P. aeruginosa, *** P. vulgaris, **** P. mirabilis..zd Q\6HOHQLQ]&\VW\Q 6& :% 66 %*$ ;/' EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX RNMWN Ã RNMWN Ã!MWN Ã!MWN Ã RNMWN RNMWN!MWN RNMWN!MWN MWN!MWN!MWN Ã!MWN Ã!MWN!MWN Ã!MWN!MWN Ã RNMWN Ã MWN!MWN Ã RNMWN Ã RNMWN RNMWN Ã RNMWN!MWN Ã!MWN Ã RNMWN RNMWN Ã Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\!MWN Ã RNMWN Ã RNMWN Ã MWN Ã RNMWN RNMWN Ã RNMWN RNMWN Ã!MWN RNMWN RNMWN Ã RNMWN RNMWN 40

41 Tabela 5. Ocena wzrostu bakterii Salmonella i flory towarzysz¹cej na selektywnych po- ywkach agarowych po inkubacji na po ywce SF 5RG]DMSUyENL 3UyEND OHSD± MDáRZ\Sá\Q5LQJHUD 3UyEND OHSD±ZRGD SRZLHU]FKQLRZD] U]HNL%REU]\ (FROL 3DHUXJLQRVD (FROL 3DHUXJLQRVD 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL%.ZD Q\6HOHQLQ6) :% 66 %*$ ;/' EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX EUDNZ]URVWX MWN Ã MWN Ã RNMWN RNMWN RNMWN MWN RNMWN MWN MWN Ã RNMWN Ã RNMWN Ã RNMWN Ã MWN MWN Ã RNMWN Ã MWN RNMWN Ã RNMWN MWN MWN Ã RNMWN Ã MWN Ã * E. coli, ** P. aeruginosa, *** P. vulgaris, **** P. mirabilis. Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ Z]URVW]OHZQ\ MWN Ã RNMWN Ã MWN Ã MWN RNMWN Ã MWN RNMWN Ã RNMWN RNMWN Ã MWN MWN Ã RNMWN RNMWN Ã MWN Ã serotypy ros³y charakterystycznie w postaci kolonii przezroczystych lub lekko ó³tych, w wiêkszoœci z czarnym œrodkiem. Podobny wzrost wykazywa³y Proteus mirabilis i Proteus vulgaris pochodz¹ce z matrycy. Analiza wzrostu na po ywce BGA wykaza³a obfity wzrost obcej mikroflory (E. coli, P. aeruginosa), która hamowa³a wzrost bakterii Salmonella. W przypadku czystych hodowli Salmonella odnotowano wzrost zlewny charakterystycznych i nie charakterystycznych kolonii (z matrycy), który uniemo liwia³ izolacjê pojedynczych kolonii, niezale nie od zastosowanego selektywnie namna aj¹cego p³ynnego pod³o a. Wszystkie serovary Salmonella na po ywce XLD wykaza³y siê charakterystycznym wzrostem. Do oceny szeregu biochemicznego i metody alternatywnej wyizolowano kolonie ró nych drobnoustrojów z matrycy (woda powierzchniowa kontaminowana Salmonella spp.) W tabeli 6 i na rys. 1 4 przedstawiono przyk³adowe wyniki porównawcze obu metod. 41

42 Tabela 6. Wyniki odczytów biochemicznych metod¹ odniesienia =HVSyáFHFKELRFKHPLF]Q\FK 3R \ZND 76, DJDURZD JOXNR]DODNWR]D +6 JD] PRF]QLNLQGROPDORQLDQ UHDNFMD SRGáR H OL]\QD.&1 VRGX 9±3 6LPPRQVD Z\QLNL :% ± ± ± ± ± ± :% ± ± ± ± ± ± ;/' ± ± ± ± ± ± $3, ± $3, $3, ;/' ± ± ± ± ± ± $3, * E. coli, **** P. mirabilis. 1 Salmonella Paratyphi B (0,85% NaCl -, HM +++, BO +++, , b +++, 2 H +++, 5 H - ). 2 Salmonella Typhimurium (0,85% NaCl -, HM +++, BO +++, , i +++, 2 H +++, 5 H - ). Rys. 1. Identyfikacja biochemiczna za pomoc¹ testu API 20E pojedynczej kolonii Salmonella ssp. wyizolowanej z pod³o a WB 42

43 Rys. 2. Identyfikacja biochemiczna za pomoc¹ testu API 20E pojedynczej kolonii E. coli wyizolowanej z pod³o a WB Rys. 3. Identyfikacja biochemiczna za pomoc¹ testu API 20E pojedynczej kolonii Salmonella ssp. wyizolowanej z pod³o a XLD Rys. 4. Identyfikacja biochemiczna za pomoc¹ testu API 20E pojedynczej kolonii P. mirabilis wyizolowanej z pod³o a XLD 43

44 Z wody powierzchniowej jako matrycy przebadano metod¹ alternatywn¹ i referencyjn¹ 35 próbek (niezbêdne jest min. 20 próbek). By³y to próbki dodatnie i ujemne. Na podstawie odczytów szeregów biochemicznych i testów API 20E okreœlono wzglêdn¹ czu³oœæ, wzglêdn¹ specyficznoœæ, wzglêdn¹ dok³adnoœæ. Wyniki przedstawiono w tabeli 7. Tabela 7. Obliczanie wzglêdnej dok³adnoœci, wzglêdnej czu³oœci oraz wzglêdnej selektywnoœci wg EN-ISO 16140:2003 [23] 3$ 1$ 1 :]JO GQD GRNáDGQR ü$& 1 :]JO GQD F]XáR ü6( 1 :]JO GQD VHOHNW\ZQR ü63 Na podstawie zestawienia porównañ odczytu wyników mo na stwierdziæ, e metoda alternatywna pozwala na: wykrycie pa³eczek Salmonella spp, wtedy, gdy s¹ obecne w badanej próbce i by³y wykryte metod¹ odniesienia (wzglêdna czu³oœæ), brak zdolnoœci wyhodowania pa³eczek Salmonella spp., gdy nie s¹ obecne w badanej próbce i nie zosta³y wykryte metod¹ odniesienia (wzglêdna selektywnoœæ). Oceniaj¹c szereg biochemiczny w porównaniu do testu komercyjnego API 20E otrzymano 100% zgodnoœci wyników dla wszystkich izolatów (dodatnich i ujemnych) pochodz¹cych z po ywek ró nicuj¹cych. W zakresie powtarzalnoœci metody z jednej próbki wody sporz¹dzono piêæ podpróbek (tab. 8), które zbada³ ka dy z analityków w tych samych warunkach. Uzyskano taki sam wynik we wszystkich podróbkach, co œwiadczy o powtarzalnoœci metody. Przeprowadzone badania odtwarzalnoœci metody dla wszystkich 5-ciu próbek (jednej œlepej i czterech kontaminowanych na ró nych poziomach kontaminacji szczepami wzorcowymi: specyficznym S. Enteritidis i niespecyficznym E. coli) przez ró nych analityków, pozwoli³y na stwierdzenie zgodnoœci wyników uzyskanych w warunkach odtwarzalnoœci. W tabeli 9 przedstawiono procedurê postêpowania i wyniki dla próbki kontaminowanej S. Enteritidis na wysokim poziomie zanieczyszczenia powy ej 100 j.t.k. Przeprowadzone badania w celu zbadania odtwarzalnoœci pozwoli³y jednoczeœnie na okreœlenie czu³oœci i specyficznoœci metody. Czu³oœæ metody (selektywnoœæ) jest równa 100% (tab. 10). Specyficznoœæ metody jest równa 100%. Wyznaczono granicê wykrywalnoœci dla metody wykrywania bakterii Salmonella metod¹ filtracji membranowej wynosi ona od 1 do 3 j.t.k. (tab. 11). Jest to taki poziom zanieczyszczenia próbki, w którym niekoniecznie w ka dym powtórzeniu 44

45 Tabela 8. Zestawienie wyników powtarzalnoœci badanej próbki w piêciu powtórzeniach (podpróbkach) przez ka dego z analityków $QDOLW\N 3RGSUyENL,9 =EXIRURZDQDZRGDSHSWRQRZD POPO Q ;/':%;/':% NRONRONRONRO $JDURG \ZF]\ 6]HUHJELRFKHPLF]Q\SR]QHJ WHVW$3,(SR]QHJ 6DOPRQHOODVSS 6XURZLFD+01D&/ SR]QHJSR]QHJ 6XURZLFHZJVFKHPDWX.DXIIPDQD:KLWH D +0'JP Z\PDJDQHGRFKRG]HQLHHSLGHPLRORJ $QDOLW\N 3RGSUyENL,9 =EXIRURZDQDZRGDSHSWRQRZD POPO Q ;/':%;/':% NRONRONRONRO $JDURG \ZF]\ 6]HUHJELRFKHPLF]Q\SR]QHJ WHVW$3,(SR]QHJ 6DOPRQHOODVSS 6XURZLFD+01D&/ SR]QHJSR]QHJ 6XURZLFHZJVFKHPDWX.DXIIPDQD:KLWH D +0'JP Z\PDJDQHGRFKRG]HQLHHSLGHPLRORJ 45

46 Tabela 9. Zestawienie wyników posiewu próbki nr 2 przez dwóch analityków 35Ï%.$15SUyENDNRQWDPLQRZDQD6(QWHULWLGLV QDZ\VRNLPSR]LRPLH]DQLHF]\V]F]HQLDSRZ\ HMMWN $QDOLW\N 3UyEND =EXIRURZDQDZRGDSHSWRQRZD POPO Q ;/':%;/':% NRONRONRONRO $JDURG \ZF]\ 6]HUHJELRFKHPLF]Q\SR]QHJ 7HVW$3,(SR]QHJ 6DOPRQHOODVSS 6XURZLFD+01D&/ SR]QHJSR]QHJ 6XURZLFHZJVFKHPDWX.DXIIPDQD:KLWH D +0'JP Z\PDJDQHGRFKRG]HQLHHSLGHPLRORJ $QDOLW\N 3UyEND =EXIRURZDQDZRGDSHSWRQRZD POPO Q ;/':%;/':% NRONRONRONRO $JDURG \ZF]\ 6]HUHJELRFKHPLF]Q\SR]QHJ 7HVW$3,(SR]QHJ 6DOPRQHOODVSS 6XURZLFD+01D&/ SR]QHJSR]QHJ 6XURZLFHZJVFKHPDWX.DXIIPDQD:KLWH D +0'JP Z\PDJDQHGRFKRG]HQLHHSLGHPLRORJ 46

47 Tabela 10. Zestawienie wyników posiewu piêciu przez dwóch analityków :\QLN $QDOLW\N 3UyEND 3UyEND 3UyEND 3UyEND 3UyEND $QDOLW\N QLHREHFQD 6(QWHULWLGLV QLHREHFQD 6(QWHULWLGLV 6(QWHULWLGLV $QDOLW\N QLHREHFQD 6(QWHULWLGLV QLHREHFQD 6(QWHULWLGLV 6(QWHULWLGLV Tabela 11. Poziom kontaminacji u ytych szczepów i okreœlenie granicy wykrywalnoœci 3R \ZND Sá\QQD 3á\Q 5LQJHUD 3R]LRPNRQWDPLQDFML QDQLHZ\ELyUF]\P 8 \W\V]F]HS SRGáR XDJDURZ\P 6(QWHULWLGLV 67\SKLPXULXP 63DUDW\SKL% MWNPO MWNPO MWNPO MWNPO stwierdza siê obecnoœæ 1 j.t.k. w jednostce objêtoœci. Potwierdza to sprawdzenie metody w warunkach laboratoryjnych na poziomie zanieczyszczenia 10-9 j.t.k./1 ml (tab. 12), na którym stwierdzono od 0 do 3 j.t.k, a po etapach namna aj¹cych od 0 do 20 j.t.k. Opracowana metodyka badawcza wykrywania i izolacji bakterii Salmonella w wodach powierzchniowych metod¹ filtracji membranowej, spe³ni³a postawione za³o enia w zakresie doboru selektywnie namna aj¹cych po ywek p³ynnych i agarowych i uniemo liwienie lub w znacznym stopniu ograniczenie wp³ywu drobnoustrojów pochodz¹cych ze œrodowiska. Zminimalizowanie wp³ywu mikroflory towarzysz¹cej i przeszkadzaj¹cej w wykryciu chorobotwórczych bakterii jest mo liwe dziêki po ywce RVS i MKTTn. Zastosowanie po ywki XLD i WB umo liwia wykrycie i izolacjê typowych i laktozododatnich pa³eczek Salmonella spp. Kombinacja powy - szych po ywek daje mo liwoœæ izolacji pojedynczych kolonii w celu dalszej diagnostyki biochemicznej i serologicznej (niezbêdnej w dochodzeniu epidemiologicznym). Metodyka umo liwia wybór pomiêdzy tradycyjnym badaniem szeregiem biochemicznym, a komercyjnym zestawem API 20E. Œwiadczy o tym stopieñ zgodnoœci (AC) pomiêdzy wynikami badañ identycznych próbek (dodatnich i ujemnych) uzyskanych za pomoc¹ obu metod, który wynosi 100%. Granica wykrywalnoœci metody okreœlona na poziomie od 1 do 3 j.t.k. pozwala na wykrycie pa³eczek Salmonella spp. Wykazano czu³oœæ (selektywnoœæ) i specyficznoœæ metody umo liwiaj¹ce wyizolowanie obecnego drobnoustroju b¹dÿ nie wykrycie Salmonella, wtedy gdy jest on nieobecny w badanej próbce. 47

48 Tabela 12. Poziom kontaminacji u ytych szczepów po etapie namna ania na p³ynnych po ywkach selektywnych i okreœlenie granicy wykrywalnoœci Pożywka płynna MKKTn Rozcieńczenie szczepu >100>100/>100/>100/> 100/>100-8 >100/>100/>100/> 100/>100 Użyty szczep / Pożywka agarowa S. Enteritidis S. Typhimurium S. Paratyphi B XLD WB XLD WB XLD WB >100/>100/ >100/>100/ >100/>100/ >100 >100/>100/>100/>100/>100 >100>100/ > /80/>100/ 100/>100 60/40/30/10/ /60/45/50/80 80/10/0/20/0 2/10/0/0/1 >100/>100/ >100>100/ >100 >100/>100/>100/>100/>100 60/60/30/20/60 >100/>100/ >100>100/ >100 >100/>100/ >100/80/60 80/0/70/0/0 3/9/15/0/0/ 0/0/5/10/5 RVS /0/0/0/0 0/0/0/0/0 0/0/0/0/0 0/0/0/0/0 0/0/0/0/0 0/0/0/0/ >100/>100/>100/>100/> >100/>100/>100/> 100/>100 >100/>100/>100/> 100/>100 40/0/10/0/10 >100/>100/>100/>100/>100 >100/>100/>100/> 100/>100 >100/>100/ >100/>100/ >100 15/30/45/10/0 >100/>100/>100/>100/>100 >100/>100/>100/> 100/>100 >100/>100/ >100/>100/ >100 80/100/100/ 45/ /10/0/0/0 10/0/0/0/5 0/0/2/5/0 0/0/1/1/1 70/50/10/15/25 0/0/3/5/ /0/0/0/0 0/0/0/0/0 0/0/0/0/0 0/0/0/0/0 0/0/0/0/0 0/0/0/0/0 48

49 Metodê sprawdzono w warunkach konkretnego laboratorium. Udowodniono, i metoda mo e byæ zastosowana w warunkach laboratoryjnych poprzez wykazanie zgodnoœci wyników uzyskanych w warunkach powtarzalnoœci (ten sam wykonawca, to samo laboratorium, ta sama aparatura, w krótkim czasie) i odtwarzalnoœci (ta sama matryca a ró ne warunki badania, tzn. ró ni wykonawcy, inne serie testów, po ywek). Sprawdzenie metody w warunkach powtarzalnoœci i odtwarzalnoœci umo liwia wykonywanie porównañ miêdzylaboratoryjnych. 4. WNIOSKI 1. W oparciu o analizê wzrostu na po ywkach agarowych próbek wody powierzchniowej wytypowano: a. RVS i MKKTn dwie p³ynne po ywki namna aj¹ce, poniewa : wykaza³y siê najwy sz¹ selektywnoœci¹ (równie dla bakterii Salmonella) selektywnoœæ w kolejnoœci: RVS, MKKTn, SC, SF, czynniki selektywne zawarte w po ywkach RVS i MKKTn najlepiej hamowa³y wzrost obfitej flory towarzysz¹cej, b. XLD i WB dwie selektywne po ywki agarowe, poniewa : po ywka XLD jest idealn¹ po ywk¹ do wykrywania typowych bakterii Salmonella spp., jedyn¹ po ywk¹ umo liwiaj¹c¹ wykrycie laktozododatnich Salmonella jest agar z siarczynem bizmutu wg Wilson Blair a. Na po ywce WB szczepy S. Paratyphi B i w mniejszym stopniu S. Typhimurium wykaza³y wzrost z charakterystycznym, metalicznym po³yskiem, natomiast S. Enteritidis wzrost w postaci zielono-czarnych kolonii. 2. Wyeliminowano po ywkê BGA, poniewa wykaza³a obfity wzrost mikroflory towarzysz¹cej (E. coli, P. aeruginosa), która hamowa³a wzrost bakterii Salmonella. W przypadku czystych hodowli Salmonella odnotowano wzrost zlewny charakterystycznych i niecharakterystycznych kolonii (z matrycy), który uniemo liwia³ izolacjê pojedynczych kolonii, niezale nie od zastosowanego selektywnie namna aj¹cego p³ynnego pod³o a. 3. Na po ywce SS wszystkie serotypy ros³y charakterystycznie w postaci kolonii przezroczystych lub lekko ó³tych, w wiêkszoœci z czarnym œrodkiem. Podobny wzrost wykazywa³y Proteus mirabilis i Proteus vulgaris pochodz¹ce z matrycy. 4. Wykazano, e metoda jest selektywna, specyficzna, powtarzalna i odtwarzalna w warunkach laboratoryjnych. 5. Granica wykrywalnoœci metody zosta³a okreœlona na poziomie od 1do 3 j.t.k. 6. Prawdopodobieñstwo podania wyniku fa³szywego w zakresie biochemicznej identyfikacji bakterii Salmonella opracowan¹ metod¹ referencyjn¹ w stosunku do metody alternatywnej (API 20E) wynosi 0%. 49

50 LITERATURA 1. Rozporz¹dzenie Ministra Zdrowia z dnia 27 listopada 2002 roku w sprawie wymagañ, jakim powinny odpowiadaæ wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludnoœci w wodê przeznaczon¹ do spo ycia. Dz. U. Nr 204 z 2002 r., poz Rozporz¹dzenie Ministra Zdrowia z dnia 16 paÿdziernika 2002 roku w sprawie wymagañ, jakim powinna odpowiadaæ woda w k¹pieliskach. Dz. U. Nr 183 z 2002 r., poz Ka³u ewski S., Szych J.: Nowelizacja metodyki wykrywania i identyfikacja pa³eczek z rodziny Enterobacteriacae. PZH. Zak³ad Promocji Zdrowia i Szkolenia Podyplomowego, Warszawa Burbianka M., Pliszka A., Burzycka H.: Mikrobiologia ywnoœci. PZWL, Warszawa Ko³o en-krajewska D.: Wirusy mutanty atakuj¹. Czêœæ II. Bezpieczeñstwo i higiena ywnoœci. 2/19/ Smy³³a A., Piotrowska-Seget Z., Tyflewska A.: Patogenic bacteria hazard in suface waters. Acta UNC Pr. Limn. 23, Czajkowska D.: Salmonella w ywnoœci jako przyczyna chorób ludzi. Diagnostyka Ÿród³em dobrego zdrowia. Wyd. BioMerieux Polska, Stypu³kowska-Misiurewicz H.: Zatrucia pokarmowe Salmonella. Laboratorium Medyczne 5/ Dohm H., Strzelczyk E.: yj¹ce lecz nie daj¹ce siê hodowaæ bakterie. Post. Microbiol., 43, 3, Pawelec D.P., Jagusztyn-Krynicka E.K.: Atenuowane szczepy Salmonella enterica - noœniki heterologicznych antygenów. Post. Microbiol., 39, Virella V. G.: Mikrobiologia i choroby zakaÿne. Wydawnictwo Medyczne Urban & Partner, Wroc³aw Zaremba M.L., Baranowski J.: Mikrobiologia Lekarska dla studentów medycyny. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa Rzêdzicki J., Boœ M.: Sytuacja epizootyczna patogenów zaka eñ pokarmowych (salmonelozy). Wyd. PIWet, Pu³awy Przybylska A.: Ogniska zbiorowych zatruæ i zaka eñ pokarmowych o etiologii bakteryjnej w Polsce w latach Przegl¹d Epidemiologiczny, 52, Przybylska A.: Zatrucia i zaka enia pokarmowe w Przegl¹d Epidemiologiczny, 54, Przybylska A.: Ogniska zbiorowych zatruæ i zaka eñ pokarmowych w Polsce w latach Przegl¹d Epidemiologiczny, 55, Przybylska A.: Zatrucia i zaka enia pokarmowe w Przegl¹d Epidemiologiczny, 57, Kowal. A., Œwiderska-Bró M.: Oczyszczanie wody. PWN, Warszawa-Wroc³aw Metodyka wykrywania i izolacji Salmonella z wód powierzchniowych i œcieków. Wydawnictwo Metodyczne Pañstwowego Zak³adu Higieny, Warszawa PN-A-82055:1994. Miêso i przetwory miêsne. Badania mikrobiologiczne. Wykrywanie obecnoœci pa³eczek z rodzaju Salmonella. 21. PN-EN ISO 6579:2003. Mikrobiologia ywnoœci i pasz. Horyzontalna metoda wykrywania Salmonella spp. 50

51 22. PN-A-04023:2001. Mikrobiologia ywnoœci. Wykrywanie i identyfikacja drobnoustrojów z Enterobacteriaceae. 23. PN-EN ISO 16140:2004. Mikrobiologia ywnoœci i pasz. Protokó³ walidacji metod alternatywnych. 24. Pytel J., Rubinkiewicz R.: Metodyka wykrywania i izolacji bakterii Salmonella z wód powierzchniowych. Opracowanie i walidacja. Materia³y seminarium Doskonalenie funkcjonowania laboratorium mikrobiologicznego woda, str. 1 15, Gdañsk Selection of the base and verification of salmonella bacteria detection and isolation method in the surface waters using membrane filtration Summary The article presents the methodology of detection and isolation of Salmonella bacteria in surface waters using membrane filtration. Liquid propagating and selective agar bouillons have been chosen to detect the typical and untypical serotypes. The bullions have been chosen to eliminate the perturbations from accompanying micro flora during process of Salmonella bacteria detection. Formulated methodology should help to detect both epizootic serotypes of Salmonella like S. Typhi, S. Paratyphi. The methodology was verified in the laboratory conditions by validation process covering: determination of detection threshold, comparison with standard methods like API 20E test (comparison of standard method with the alternative one), probability of false result determination. It was showed that selective factors contained in the RVS and MKKTn bullions slowed the growth of rich accompanying flora in the surface waters and XLD bullion is the ideal base for the typical Salmonell ssp. bacteria. The only one of the verified bullions which enabled detection of lactose-positive Salmonella bacteria was agar with bismuth sulfite according to Wilson-Blair. The method was verified and it was observed that it is selective and reproducible in the laboratory conditions. The detection threshold was established at the level from 1 to 3 of the colony forming units.. 51

52 Marek A. Jakubowski* ZASTOSOWANIE REGRESJI ROZMYTEJ W BADANIACH PEDAGOGICZNYCH Streszczenie. Celem artyku³u jest przedstawienie podstawowych pojêæ systemów rozmytych oraz zwiêz³y opis najwa niejszych metod modelowania matematycznego. Zebrane informacje powinny zainteresowaæ wiêkszoœæ pedagogów, szczególnie zajmuj¹cych siê zarz¹dzaniem szko³¹, ze wzglêdu na udane implementacje systemów rozmytych w zarz¹dzaniu. Przedstawiono klasyczne metody przydatne w dzia³alnoœci nauczyciela dla okreœlania zwi¹zków iloœciowych i jakoœciowych w ocenie zajêæ dydaktycznych oraz metody wspó³czesne wykorzystuj¹ce aparat matematyczny zbiorów rozmytych. W podsumowaniu stwierdzono, e do budowy modeli logiki rozmytej w wielu przypadkach du ¹ przydatnoœæ maj¹ metody sieci neuronowych. 1. WSTÊP W zwi¹zku z narastaj¹c¹ konkurencj¹ na rynku edukacyjnym oraz ni em demograficznym szko³y rywalizuj¹ o zdobycie uczniów czy studentów. Wszystkie szko³y pojmowane s¹ jako przedsiêwziêcia biznesowe w dziedzinie relacji publicznych (public relations) [1]. Barnes [2] definiuje w nastêpuj¹cy sposób pojêcie marketingu szkolnego: Jest to filozofia i systematyczne podejœcie do zarz¹dzania szko³¹, którego celem jest tzw. serwis edukacyjny zorientowany na konsumenta. Podejœcie to obejmuje: identyfikacjê potrzeb i pragnieñ specyficznego klienta; projektowanie (z uwzglêdnieniem wprowadzonych stopniowo standardów edukacji ogólnej i zawodowej oraz tzw. etosu zawodowego) odpowiedniego serwisu edukacyjnego w celu zaspokojenia potrzeb i pragnieñ klienta; komunikacjê klientów istniej¹cych i planowanych serwisów edukacyjnych oraz dostarczenie po ¹danego producenta klientom. Nale y podkreœliæ fakt, e zdefiniowany marketing szkolny ró ni siê od marketingu klasycznego tym, e nie k³adzie siê g³ównego nacisku na maksymalizacjê zysku biznesu, lecz bardzo mocno akcentuje siê rolê tzw. wartoœci socjalnej, jako g³ównego celu serwisu edukacyjnego. * Marek A. JAKUBOWSKI Katedra Podstaw Techniki, Politechnika Lubelska. 52

53 W opisanej sytuacji poszczególne szko³y zostaj¹ zmuszone do opracowania ci¹g³ej aktualizacji strategii biznesowej (wychodz¹c od tzw. misji szko³y ), która powinna uwzglêdniaæ, miêdzy innymi, wysok¹ elastycznoœæ, krótsze czasy przygotowania nowej oferty edukacyjnej oraz podwy szon¹ jakoœæ. Wspomniane g³ówne cechy strategii biznesowej zwiêkszaj¹ konkurencyjnoœæ danej szko³y i umacniaj¹ jej pozycjê na wolnym rynku. Osi¹gniêcie podwy szonych celów mo liwe jest tylko z wykorzystaniem najnowszych osi¹gniêæ technologii komputerowych i metod przetwarzania danych i wiedzy. St¹d wzrastaj¹ca rola systemów baz wiedzy i metod sztucznej inteligencji, jak: systemy eksperckie, systemy rozmyte, najnowsze metody tzw. inteligentnych obliczeñ (po³¹czenie technologii sztucznych sieci neuronowych i systemów rozmytych). W obecnej sytuacji gospodarczej klient systemu edukacji stanowi szybko zmieniaj¹cy siê cel. Bardzo szybko i ci¹gle zmieniaj¹ siê jego potrzeby [3]. Ka da szko³a i placówka oœwiatowa us³ugowa musi wci¹ zmieniaæ swoj¹ strategiê rozwoju, elastycznoœæ, przede wszystkim jednak jakoœæ i konkurencyjnoœæ. Powy sze cele mo na osi¹gn¹æ tylko poprzez integracjê dotychczasowych i nowych metod technologii informatycznych jak np. systemy logiki rozmytej, sieci neuronowych i algorytmów genetycznych. 2. SYSTEMY ROZMYTE I ICH ROLA WE WSPÓ CZESNEJ GOSPODARCE W klasycznej teorii mnogoœci, która swój rozwój zawdziêcza pracom G. Cantona ( ), pojêcia zbiór i relacja element zbioru s¹ pojêciami pierwotnymi. Jak wiadomo zbiór A jest dobrze opisywany przez tzw. funkcjê charakterystyczn¹ ë A. Pojêcie to wprowadzi³ w 1950 roku de la Valee Poussin [4]. Mo liwoœci stosowania do opisu zjawisk rzeczywistych metod opieraj¹cych siê na logice dwuwartoœciowej s¹ ograniczone. Nie mo na, bowiem przeprowadziæ ostrego podzia³u dychotomicznego tych zjawisk. Bardzo czêsto mamy do czynienia z sytuacjami nieostrymi, ma³o precyzyjnymi, w których trudno ustaliæ granicê miêdzy prawd¹ i fa³szem, np. spróbujmy wyodrêbniæ w zbiorze liczb rzeczywistych zbiór liczb ma³ych. Jak to zrobiæ? Mo emy np. stwierdziæ, e liczba 4 jest mniejsza od liczby 5, ale czy to oznacza, e 4 jest ma³e, a 5 ju nie? Je eli podstawowe trudnoœci z dok³adnym okreœleniem przynale noœci elementu do zbioru pojawiaj¹ siê ju w tak prostych przypadkach, ³atwo sobie wyobraziæ sytuacje bardzo z³o one. W przypadku z³o onych systemów z udzia³em cz³owieka (systemy edukacji, gdzie ludzkie s¹dy, postawy, przekonania odgrywaj¹ wa n¹ rolê) badacz, maj¹cy do dyspozycji jedynie arystotelesowsk¹ logikê doœwiadczaln¹ jest czêsto bezradny. Wspomniana bezradnoœæ jest w przypadku badania systemów edukacji i procesów kszta³cenia bardzo czêsto nieœwiadoma. Zdecydowana wiêkszoœæ z nich nie 53

54 zna bowiem podstaw i mo liwoœci aplikacyjnych systemów rozmytych i innych wspó³czesnych metod sztucznej inteligencji. Przyczyn¹ tego faktu jest niechêæ wiêkszoœci pedagogów do matematyki i nauk œcis³ych. Nale y podkreœliæ fakt du ego wk³adu polskich uczonych w rozwój teorii podzbiorów rozmytych. Za twórcê tej teorii uwa any jest Lofti A. Zadeh, którego praca z 1965 r. zapocz¹tkowa³a jej rozwój [5]. W pracach przedwojennych S. Leœniewskiego, mo na spotkaæ okreœlenia nieostry, które dotyczy³o wyra eñ. W latach piêædziesi¹tych pojawi³o siê w pracach innego polskiego uczonego T. Kubiñskiego pojêcie zbioru nieostrego. Terminem tym okreœlone zosta³y zbiory, w których przejœcie od pe³nej przynale noœci do jej braku odbywa siê ³agodnie zbiór nie ma ostrych granic [6, 7]. Nie potrzeba nikogo przekonywaæ, e systemy edukacji i procesy kszta³cenia, stanowi¹ typowy przyk³ad wy ej wymienionych obiektów. Stanowi¹ tezê, e od czasów H. Franka (Kybernetische Pedagogik, D. Meder [8]) zastosowanie wybranych metod teorii podzbiorów rozmytych w ujêciu teoretycznym oraz programów komputerowych systemów rozmytych np. fuzzytech w praktyce szkolnej i w zarz¹dzaniu szko³¹, stanowi¹ potencjalnie nowy paradygmat rozwoju komputerowo wspomaganej organizacji i kierowania tymi systemami. Podstawowa przeszkoda to nik³a znajomoœæ teorii i oprogramowania w gronie potencjalnych u ytkowników, st¹d potrzeba opracowañ popularyzatorskich. 3. WPROWADZENIE DO KLASYCZNEJ ANALIZY REGRESJI Analiza regresji stanowi uniwersalny aparat matematyczny czêsto stosowany do badania zale noœci statystycznych w pedagogice. Metoda analizy regresji umo liwia wyznaczanie opisu matematycznego obiektów o nieznanych charakterystykach na podstawie obserwacji wartoœci wejœæ i wyjœæ. Z regu³y, zale noœci obserwowane w praktyce s¹ zale noœciami stochastycznymi, tzn. zale noœciami niejednoznacznymi. Istot¹ zale noœci stochastycznej pewnej zmiennej losowej Y od zmiennej losowej X jest jednoznaczna zale noœæ rozk³adu prawdopodobieñstwa Y od wartoœci x przybranej przez zmienn¹ losow¹ X. Mówimy na przyk³ad, e zmienna losowa Y jest zale na stochastycznie od zmiennej losowej X, jeœli dystrybuanta F zmiennej losowej Y przy warunkach X=x jest nie tylko funkcj¹ wartoœci y zmiennej losowej Y, lecz i wartoœci x. 54 F(y/x)=P(Y<y/X=x)=f(y,x) (1) Przy wyznaczaniu opisu matematycznego obiektu najbardziej interesuje nas wartoœæ oczekiwana zmiennej losowej Y przy warunku X=x. Jeœli warunkowa wartoœæ oczekiwana zmiennej losowej Y jest funkcja x [9] E(Y/X=x)=f(x) (2) to mówimy o korelacji miêdzy zmiennymi losowymi Y i X.

55 Przyjmiemy, e w chwilach N s¹ znane wartoœci wejœæ x 11, x 12,..., x 1S, y 1 x 21, x 22,..., x 2S, y 2... x N1, x N2,..., x NS, y N przy czym: x ns wartoœæ wejœcia x s w chwili n, y n wartoœæ wyjœcia y w chwili n. Naszym celem jest wyznaczenie charakterystyki zastêpczej o postaci wybranej arbitralnie ý = f(x 1, x 2,...,x S ; b 0, b 1, b 2,...,b k ) (3) zawieraj¹cej k+1 nieznanych wspó³czynników b k (k=0, 1, 2,..., k< N-1). Dla zadanej chwili czasowej n funkcja (3) przyjmuje wartoœæ ý n = f(x n1, x n2,...,x ns ; b 0, b 1, b 2,...,b k ) (4) Charakterystyka (4) aproksymuje rzeczywist¹ charakterystykê obiektu niewyznaczaln¹ z powodu niemierzalnoœci zak³ócenia z w kolejnych chwilach n (n = 1, 2,..., N), a tak e czêsto z powodu nieznajomoœci kszta³tu nieliniowej charakterystyki obiektu. Charakterystyka (3) aproksymuj¹ca charakterystykê (1) jest czêsto zwana modelem matematycznym obiektu. Z regu³y przyjmujemy, bez specjalnego zmniejszania ogólnoœci rozwa añ, e funkcje regresji s¹ liniowe wzglêdem nieznanych parametrów oznaczaj¹c ý n = ý(x; b 0, b 1, b 2,...,b k ) = b 0 + b 1 f 1 (x) + b 2 f 2 (x) b K f K (x) R(5) x = [x 1, x 2,..., x S ] (6) przy czym funkcje f K (x) dla k = 1, 2,..., K s¹ znane, liniowo niezale ne, aczkolwiek w przypadku ogólnym mog¹ byæ nieliniowe. 4. POSYBILISTYCZNA ANALIZA REGRESJI Z WYKORZYSTANIEM PROGRAMOWANIA LINIOWEGO Krótko przedstawiê metodê tzw. posybilistycznej analizy regresji dla dwóch przypadków: 1) liniowego modelu interwa³owego dla danych rzeczywistych, 2) dla tego samego modelu, lecz z danymi interwa³owymi. W latach osiemdziesi¹tych wprowadzono tzw. liniowy model rozmyty z wykorzystaniem programowania liniowego z u yciem tzw. trójk¹tnych liczb rozmytych [10]. 55

56 Niech X j = (X 1j, X 2j,..., X nj ) stanowi wektor danych wejœciowych, Yj odpowiednio wektor danych wyjœciowych. Liniowy model interwa³owy mo na przedstawiæ jako: Y(X j ) = A 0 + A 1 X 1j A n X nj (7) gdzie Y(X j ) stanowi¹ prognozowane interwa³y odpowiadaj¹ce wektorowi wejœciowemu X j Matematyka interwa³owa Du ymi literami alfabetu ³aciñskiego A, B,..., Z oznaczamy tzw. interwa³y. Interwa³ definiujemy jako parê uporz¹dkowan¹: A = [a l., a R ] = { a: a L a a R } (8) gdzie: a l stanowi zakres interwa³u, a R odpowiednio prawy zakres interwa³u A. A mo na tak e okreœliæ podaj¹c jego centrum i promieñ: A = <a C, a W > = { a: a C a W a a C + a W } (9) gdzie: a C stanowi centrum interwa³u, a W promieñ (jest on równy po³owie tzw. szerokoœci interwa³u). Centrum i promieñ mo na obliczyæ wg nastêpuj¹cych zale noœci: a C = (a R + a l./2) (10) a W = (a R a l./2) (11) Zastosowanie pojêcia interwa³u w matematyce znane jest jako tzw. matematyka interwa³owa (szczegó³y mo na znaleÿæ w literaturze [11,12]). Podstawowe operacje matematyki interwa³owej ilustruj¹ nastêpuj¹ce zale noœci: A + B = <a C, a W > + <b C, b W > = < a C + b c, a w + b w > (12) gdzie K liczba rzeczywista Liniowy model interwa³owy K A = K <a C, a W > = <Ka C, [K] a w > (13) Liniowy model interwa³owy mo na sformu³owaæ na podstawie powy szych zale noœci: Y(X j )=A 0 +A 1 X 1j +...+AnX nj =<a 0c, a 0w >+<a 1c, a 1w >+... +<a nc, a nw >X nj =<Yc(Xj), Y W (X j )> (14) Y C (X j ) = a 0c + a 1c X 1j a nc X nj (15) 56

57 Y W (X j ) = a 0w + a 1w [X 1j ]+...+a nw [X nj ] (16) Gdzie Y C (X j ) stanowi centrum, Y xy (X j ) promieñ prognozowanego interwa³u Y(X j ) Liniowy model interwa³owy z wykorzystaniem prognozowania liniowego Problem prognozowania liniowego mo na sformu³owaæ w nastêpuj¹cy sposób (problem minimalizacji dla danych pomiarowych) [13]: Min y v (x 1 ) + y v (x 2 ) y v (x m ) (17) Dla y j ÎY(X j ), j = 1, 2,...,m (18) a iw ³ 0; i = 0, 1, 2,..., n (19) Zgodnie z warunkiem (19) promieñ parametrów interwa³owych jest zawsze dodatni. Na podstawie zale noœci (14) (16) problem programowania liniowego mo na alternatywnie sformu³owaæ w nastêpuj¹cy sposób: P 0LQ D D [ D [ Z Z M DZ QM (20) M GOD D Q Q D [ D F F M Z L L D LZ [ LM d \ M M P (21) D Q Q D [ D F F LM Z L L D LZ [ LM t \ M M P (22) a iw ³ 0; i = 0, 1, 2,..., n Parametry interwa³owe modelu A i = <a ic,a iw > oblicza siê poprzez rozwi¹zanie problemu (20) (22). 5. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Przy stosowaniu klasycznych metod modelowania matematycznego, np. dzia³alnoœci nauczyciela lub mikrosystemów nauczania i uczenia siê, badacz napotyka czêsto na znaczne trudnoœci przy okreœlaniu zwi¹zków iloœciowych. Uniemo liwiaj¹ one budowê modelu bez wprowadzenia ograniczeñ, albo daj¹ w rezultacie model zbyt skomplikowany, by móg³ byæ stosowany w praktyce (np. model BLMPSZ [14]). Z dotychczasowych badañ wynika, e lepsze rezultaty daje wzorowanie siê na charakterystykach jakoœciowych (otrzymywanych na podstawie badañ z wykorzystaniem dobrze opracowanych kwestionariuszy np. kwestionariusze Kruszewskiego oceny zajêæ dydaktycznych, kwestionariusze wypalenia zawodowego). 57

58 Nastêpny krok to wykorzystanie aparatu matematycznego teorii podzbiorów rozmytych. Punktem wyjœcia do tworzenia modeli rozmytych mog¹ byæ tak e opisy i opinie ekspertów ludzi maj¹cych doœwiadczenie w obserwacji zjawisk lub prowadzenia procesów. Ze wzglêdu na du ¹ pracoch³onnoœæ, koszty budowy systemu eksperckiego, postulujemy wykorzystanie w tym przypadku metod sieci neuronowych do budowy prostych modeli typy we wy, nastêpnie logiki rozmytej. LITERATURA 1. Oxley H.: The of Public Reletions. Kogan Page, London Barnes C.: Practical Marketing for school. Blackwell, Oxford Dean I.: Managing the Primary School. Routledge, London N. York de la Vallee Poussin Ch.: Integrales de Lekesque, fouctions d ensemble, classes de Baire. Gauthiar Villars, Paris Zadeh L.A.: Fuzzy Sets. Inf. Control 8, 1965: Kubiñski T.: Nazwy nieostre. Studia Logica 7, 1958: Kubiñski T.: An Attempt to Bring Logic Near to Colloquial Language. Studia Logica 10, 1960: Frank H.: Kybernetische Grundlagen der Pedagogik. Baden Baden Mañczak K.: Technika Planowania Eksperymentu. WNT, Warszawa Tanaka H., Uejima S., Asai K.: Linear regression analysis with fuzzy model. IEEE Trans. Syst. Man. Cybernet, SMC 12: Alefeld G., Herzberger I.: Introduction to interval computations. Academic Press, N. York Moore R.E.: Methods and applications of interval analysis. SIAM (Society for Industral and Applied Mathematics), Philadelphia Kacprzyk I., Fedrizzi M. (Ed.): Fuzzy Regression Analysis. H. Tanaka, H. Ishibushi, Possibilistic regression analysis based on linear programming. Springer Verlag, Omni- Tech Press. Warsaw Heidelberg 1992: Peeke G.: Mission and change. Institutional mission and its applications to the management of further and higher education. The Society for Research into Higher Education and Open University Press, London Ishibushi H., Tanaka H.: Identification of fuzzy parameters by interval regression models. Electronics and Communications in Japan Part 3, 73, No 12/1990: Melezinek A.: Pedagogika in ynierska. Metodologia nauczania techniki. Wyd. Politechniki Œl¹skiej, Gliwice Application of fuzzy regression in pedagogies research Summary. The paper goal is to describe an essential ideas of fuzzy systems and most important modelling methods as well. Assembled information should be interested for pedagogues, especially school managers, because of successfully implementations of fuzzy systems in management. The classic methods were presented to use by teachers to define quantitative and qualitative connections for lessons estimation and the modern methods as well, with mathematical appliances of fuzzy systems. For modelling of fuzzy systems there are a lot of cases of neural networks applied, concluded. 58

59 Micha³ Charlak*, Marek A. Jakubowski* PORÓWNANIE PRZYDATNOŒCI WYBRANYCH MODELI REGRESJI W BADANIACH PEDAGOGICZNYCH Streszczenie. W publikacji przedstawiono genezê zbioru rozmytego oraz mo liwoœci wykorzystania systemów rozmytych w praktyce. Szczególn¹ uwagê zwrócono na modele rozmyte procesów nauczania i uczenia siê. Wykorzystuj¹c wybrane modele oraz wspomaganie komputerowe uzyskuje siê istotne poszerzenie podstawowych funkcji poznania naukowego uwzglêdnieniem czynników dotychczas nie rozpatrywanych. Uwzglêdnienie tych dodatkowych danych pozwala znacznie usprawniæ pracê pedagogiczn¹ nauczyciela jako twórcy i badacza zjawisk. 1. WSTÊP We wspó³czesnym rozumieniu pedagogika jest uznana za naukê zajmuj¹c¹ siê ca³oœci¹ zjawisk wychowawczych, tzn. warunkami, w których zjawiska wychowawcze przebiegaj¹ celami, którym ma s³u yæ wychowanie, treœciami dzia³alnoœci wychowawczej oraz metodami, formami i œrodkami, które maj¹ zapewniæ skutecznoœæ oddzia³ywania wychowawczego. Przedmiotem pedagogiki jest wychowanie pojmowane ogólnie jako œwiadome i zamierzone kszta³towanie ró nych stron osobowoœci wg przyjêtych wzorów w toku stosunków i interakcji spo³ecznych. Pedagogika bada zatem obiektywne procesy i zjawiska wychowawcze w ca³ej ró norodnoœci ich warunków, treœci, form, przebiegu i rezultatów. Przede wszystkim jednak bada zale noœci pomiêdzy ró nymi zjawiskami wychowawczymi, aby na tej podstawie wykrywaæ rozmaite prawid³owoœci i formu³owaæ twierdzenia lub s¹dy ogólne, stanowi¹ce teoretyczn¹ podstawê budowania programów dzia³ania praktycznego. Tak okreœlone pojêcie pedagogiki jako nauki oraz przedmiotu jej badañ lokuje j¹ w grupie nauk empirycznych, której znamienn¹ wartoœci¹ jest poznawanie realnej rzeczywistoœci i gromadzenie o niej faktów. Rzeczywistoœæ t¹ trzeba jednak poznaæ w sposób naukowy. Aby poznanie by³o uznane za naukowe musi spe³niaæ trzy podstawowe funkcje (zadania): opisowa (deskryptywna), wyjaœniaj¹ca (eksplanacyjna), przewidywawcza. * Micha³ CHARLAK, Marek A. JAKUBOWSKI Katedra Podstaw Techniki, Politechnika Lubelska. 59

60 Te trzy podstawowe funkcje spe³niaj¹ wszystkie nauki empiryczne, a wiêc i pedagogika, choæ pogl¹dy pedagogów co do iloœci i podzia³ów klasyfikacyjnych funkcji pedagogiki nie s¹ w pe³ni ujednolicone. Poznanie naukowe w pedagogice ma do spe³nienia jeszcze jedn¹ podstawow¹ funkcjê: instrumentalno-techniczn¹ (praktyczn¹), czyli by zgromadzona i uporz¹dkowana wiedza mog³a byæ wykorzystana w praktyce. Dzia³anie to ma za zadanie dostarczenie wiedzy o tym, za pomoc¹ jakich dzia³añ, metod, form i œrodków mo na wywo³aæ zjawiska po ¹dane oraz unikaæ zjawisk niepo ¹danych. Wymienione funkcje znajduj¹ odzwierciedlenie w organizacji procesu badawczego, jak równie w ogólnometodologicznym wzorze pedagogicznych badañ empirycznych [1]. 2. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA FORMALIZMU ROZMYTOŒCI W roku 1965 naukowiec amerykañski urodzony w Baku wprowadzi³ pojêcie zbioru rozmytego [2]. Oznaczmy jako X zbiór niepusty uniwersum. Jak wiadomo z logiki formalnej dowolny podzbiór A zbioru X w logice klasycznej mo na zdefiniowaæ za pomoc¹ tzw. funkcji charakterystycznej: fa(x) = 1 jeœli x Î X; fa(x) = 0 jeœli x Ï X (1) Wspomniane oszacowanie wartoœci funkcji przynale noœci elementu do podzbioru rozmytego najczêœciej posiada charakter oszacowania subiektywnego. W tym fakcie zawarta jest niezwyk³a si³a formalizmu rozmytoœci, dziêki któremu mo na zapisaæ matematycznie dotychczas nieuchwytne i nieœcis³e s¹dy ekspertów oraz modelowaæ pojêcia nieœcis³e, dwuznaczne itp. Nastêpna bardzo wa na zaleta opisywanego formalizmu rozmytoœci wi¹ e siê z ci¹g³ym przebiegiem funkcji przynale noœci. Obecnie w systemach rozmytych stosowane s¹ standardowe funkcje przynale noœci, najczêœciej trójk¹tne lub trapezoidalne. Dziêki temu w prosty sposób mo na stosowaæ podstawowe operatory teorii mnogoœci (operacje: negacji, iloczynu logicznego zbiorów, sumy logicznej i inne). Mo na zaryzykowaæ twierdzenie, e prof. L.A. Zadeh nieco zmodyfikowa³ logikê wielowartoœciow¹. Dlatego w pierwszym okresie rozwoju teorii zbiorów rozmytych prof. Susan Haack w swoim s³ynnym artykule Do we need fuzzy logic? zakwestionowa³a potrzebê wprowadzania jeszcze jednej logiki. Pomijaj¹c spory terminologiczne logików stwierdzamy jednoznacznie, e dziêki udanym implementacjom logiki rozmytej w urz¹dzeniach elektronicznych, w technice samochodowej, medycynie, napêdach elektrycznych i w wielu innych dziedzinach nauki i techniki przydatnoœæ omawianego formalizmu jest nie do podwa enia. Szczegó³y dotycz¹ce podstaw teoretycznych oraz zastosowañ formalizmu mo - na znaleÿæ w bardzo bogatej literaturze przedmiotu. Wymienimy tylko kilka pozycji [3, 4, 5]. Œcis³y opis matematyczny mo na znaleÿæ miêdzy innymi w monografii prof. C.V. Negoity [6]. 60

61 W dalszym ci¹gu artyku³u przedstawiamy definicje elementarnych operacji teoriomnogoœciowych z wykorzystaniem podzbiorów rozmytych. Niech X oznacza zbiór niepusty, natomiast wartoœci funkcji przynale noœci podzbiorów rozmytych zawarte s¹ w przedziale [0, 1]. Pusty zbiór rozmyty f definiuje siê jako f{f( x)} dla xîx (2) Dope³nienie A* podzbioru rozmytego A mo na zdefiniowaæ jako: f{a*(x)} = 1 fa(x) dla xî X (3) Mówimy, e podzbiór rozmyty A jest zawarty w podzbiorze rozmytym B, (piszemy AÌ B), jeœli: f{a(x)} f{b(x)} dla xî X (4) Sumê logiczn¹ dwóch podzbiorów rozmytych A È B definiujemy nastêpuj¹co: f{aèb}(x) = max{fa(x), fb(x)} dla x Î X (5) Iloczyn logiczny dwóch podzbiorów rozmytych A Ç B definiuje siê nastêpuj¹co: f{açb}(x) = min{fa(x), fb(x)} dla x Î X (6) Podsumowuj¹c stwierdzamy, e ogólnie rzecz ujmuj¹c algebra podzbiorów rozmytych zachowuje wszystkie operacje teoriomnogoœciowe klasycznej teorii zbiorów. Wyj¹tek stanowi¹ nastêpuj¹ce prawa logiki: A È A* ¹ X (7) A Ç A* ¹ Æ (8) 3. MODELE PROBABILISTYCZNE A MODELE ROZMYTE PROCESÓW KSZTA CENIA Pod pojêciem modeli probabilistycznych nale a³oby rozumieæ tylko modele formu³owane i badane na gruncie teorii prawdopodobieñstwa. W tym przypadku modele statystyczne, tworzone na podstawie danych pochodz¹cych z obserwacji stanowi- ³yby odrêbn¹ jakoœæ. W zastosowaniach praktycznych rozró nienia tego na ogó³ siê nie przestrzega. Podejœcie probabilistyczne jest uto samiane z ka dym odwzorowaniem losowoœci. W ten sposób rozumiany jest termin model probabilistyczny u ywany w tej pracy. Mo na wymieniæ liczne udane próby budowy modeli probabilistycznych, tzw. systemów edukacyjnych, zarówno w Polsce [7] jak i za granic¹ [8]. Wyczerpuj¹cy przegl¹d zastosowañ, które mo na by nazwaæ klasycznymi podaje D.J. Bartholo- 61

62 mew [9]. Dla przyk³adu opiszemy w skrócie podstawowe za³o enia modelu probabilistycznego wed³ug Bartholomewa. Prosty model procesu kszta³cenia zak³ada, e populacja studentów (np. licencjat) jest scharakteryzowana przez trzy zmienne: x(n), y(n) i z(n). Oznaczaj¹ one liczby studentów pod koniec roku akademickiego (po sesji letniej) dla pierwszego, drugiego i trzeciego roku odpowiednio. Zak³ada siê, e zmiany liczby studentów z roku n w stosunku do roku nastêpnego n+1 (dla ka dego roku studiów) s¹ stochastyczne i zale ¹ od nastêpuj¹cych wielkoœci: 1) prawdopodobieñstwo p ij tego, e indywidualny student, który jest na roku i przejdzie na rok j, 2) prawdopodobieñstwo q i tego, e dany student który jest na roku i opuœci uczelniê, np. zrezygnuje ze studiów, zachoruje itp., 3) liczby nowych studentów e i (n), dla danego roku studiów i, którzy np. przenieœli siê z innej uczelni itp., i = 1, 2, 3. Wprowadzone wielkoœci nazywamy zmiennymi stochastycznymi. Zak³ada siê ponadto, e znane s¹ ich rozk³ady statystyczne oraz, e s¹ one wzajemnie niezale ne. Mo na postawiæ tezê, e prawdopodobieñstwa przejœæ poszczególnych x(n) do x(n+1) s¹ w pe³ni scharakteryzowane statystycznie. Przedstawiony powy ej model elementarny jest sukcesywnie rozbudowywany. Szczegó³y mo na znaleÿæ w literaturze przedmiotu. Nale y podkreœliæ fakt, e wspomniany model stanowi podstawê dalszych jego rozszerzeñ, których celem mo e byæ prognozowanie przep³ywu studentów przez system w ramach pojedynczej uczelni, regionu, pañstwa lub w skali miêdzynarodowej [10]. Do celu prognozowania wy ej wymienionych procesów dogodnie jest wykorzystywaæ teoriê ³añcuchów Markowa. 4. ROZMYTE MODELE REGRESJI LINIOWEJ W PRZYPADKU DANYCH POMIAROWYCH INTERWA OWYCH Podstawowym pojêciem u ywanym w teorii podzbiorów rozmytych jest wprowadzona przez prof. L.A. Zadeha uogólniona funkcja charakterystyczna, inaczej funkcja przynale noœci elementu do zbioru (membership function). Funkcja ta przyporz¹dkowuje ka demu elementowi x zbioru X u³amek dziesiêtny z przedzia³u {0; 1}. Zatem wartoœæ fa(x) mo e byæ rozwa ana jako stopieñ akceptacji zdania logicznego x jest elementem A. Zak³adamy, e dane wyjœciowe modelu posiadaj¹ nastêpuj¹c¹ postaæ: Y j stanowi wektor liczb rzeczywistych. Y j = [y jl,y jr ] = < yj c,y jw >, j = 1, 2,..., m (9) 62

63 4.1. Analiza posybilistyczna modelu Mamy: Y * (X j ) = A 0 * + A 1 * X 1j A n * X nj = <a 0c *, a 0w * > + <a 1c *, a 1w * > x 1j <a nc *, a nw * > (10) x nj = <y c * (x j ), y w * (x j )> (11) dla Y j Y * (x j ), j = 1, 2,..., m (12) Y * (x j ) oznacza oszacowanie posybilistyczne Y j, w tym sensie, e symbol Y * (x j ) reprezentuje zbiór estymat mo liwych wartoœci Y j. Problem minimalizacji dla przypadku danych interwa³owych mo na sformowaæ nastêpuj¹co: Min y w (x 1 ) + y w (x 2 ) y u (x m ) (13) dla Y j Y*(X j ), j = 1, 2,..., m (14) a iw ³ 0, i = 0, 1,..., n (15) Analogicznie jak dla przypadku poprzedniego, alternatywne sformu³owanie problemu LP, bêdzie mia³o postaæ: Dla D P Min D D ; D RZ LZ LM M Q Q D ; D D ; d \ RF LF LM RZ LZ LM L L XZ MO ; XM (16), j = 1, 2,..., m (17) D Q Q D ; D D ; t \ RF LF LM RZ LZ LM L L MU, j = 1, 2,..., m (18) D t, i = 1, 2,..., n (27) LZ 4.2. Analiza koniecznoœciowa modelu (necessity analysis) Wprowadzamy nastêpuj¹ce oznaczenia: < ; $ $ ; $ ; = D D D D ; D D ; 2& RZ F Z M XF XZ XM (19) = < ; < F M Z ; M 63

64 Dla: < ; M d <, j = 1, 2,..., m (20) M Poniewa liniowy model interwa³owy Y(X ) zawarty jest w danych, mo e byæ interpretowany jako oszacowanie, e Y(X j ) oznacza koniecznie zawarte w Y j. Na podstawie warunku 20 widaæ, e im wiêksze jest y w tym lepsza jest estymacja. Zatem promieñ Y w (X j ) prognozowanego interwa³u Y(X ) powinien podlegaæ maksymalizacji. St¹d nastêpuj¹ce sformu³owanie problemu prognozowania liniowego: dla Max < ; < ; < ; Z Z Z P (21) ; M < M < d, j = 1, 2,..., m (22) Analogicznie jak przednio, alternatywne sformu³owanie problemu LP dla opisanego przypadku, ma postaæ: Dla P Max DRZ DZ ; M D M Q Q RO D O ; LM DLZ ; < LO L L D LM t XZ ; XM (23), j = 1, 2,..., m (24) D Q Q RO D O ; LM DLZ ; LM d < MU L L, j = 1, 2,..., m (25) D t, i = 0, 1, 2,..., n (26) LZ Uwaga: W przypadku, gdy nie mo na otrzymaæ rozwi¹zania LP problemu wg wzorów (24) (26) nale y zastosowaæ model interwa³owy nieliniowy. Szczegó³y w literaturze [11] Porównanie wybranych modeli regresji Poni sza tabela porównuje wybrane techniki modelowania regresji. Istotnym jest, i metoda interpolacji ma ograniczone zastosowania, ale zosta³a umieszczona w tabeli ze wzglêdu na jej odmienne w³aœciwoœci w porównaniu do regresji wielowymiarowej. W³aœciwoœci modelowania regresji metod¹ logiki rozmytej znajduj¹ siê pomiêdzy regresj¹ wielowymiarow¹ a interpolacj¹. 64

65 Tabela 1. Porównanie wybranych modeli regresji [12] :\V]F]HJyOQLHQLH :ád FLZR FL NRUHODFML $SURNV\PDFMD EDUG]R]áR RQ\FK SURFHVyZ 5R]V]HU]HQLHGR ZLHOXZ\PLDUyZ :UD OLZR ü QDGDQHRGX R ZL NV]HMZDUWR FL :á F]DQLH LZ\FL JQLH ZQLRVNyZ &]DVREOLF]H GR LGHQW\ILNDFML PRGHOX &]DVREOLF]H GR X]\VNDQLDGDQ\FK Z\M FLRZ\FK PRGHOX :LHOHZ\M ü ]SRMHG\QF]HJR PRGHOX 5. WNIOSKI 5HJUHVMD ZLHORZ\PLDURZD JOREDOQH,QWHUSRODFMD 6LHüQHXURQRZD /RJLNDUR]P\WD ORNDOQH SRá F]HQLH ORNDOQ\FKL JOREDOQ\FK SRá F]HQLH ORNDOQ\FKL JOREDOQ\FK VáDED GREUD GRVNRQDáD GRVNRQDáD ádwzh WUXGQH ádwzh ádwzh QLHZUD OLZD EDUG]RF]XáD QLHZUD OLZD QLHZUD OLZD PR OLZH WUXGQH WUXGQH PR OLZH V]\ENL V]\ENL SRZROQ\ SRZROQ\ V]\ENL V]\ENL V]\ENL V]\ENL WUXGQHX \ZD PRGHOL]áR RQ\FK WUXGQHX \ZD PRGHOL]áR RQ\FK ádwzh WUXGQHX \ZD PRGHOL]áR RQ\FK Modele rozmyte procesów i zjawisk wychowawczych, procesów i heurystyk nauczania i uczenia siê itp. stanowi¹ nowy paradygmat rozwoju, szczególnie w zakresie komputerowego wspomagania pracy nauczyciela. Zgodnie z tez¹ Imre Lokatosa za paradygmat uwa amy nie teorie, ale program badañ (rolê nauczyciela jako twórcy i badacza). Klasyczna teoria ³añcuchów Markowa mo e byæ rozszerzona do modelu rozmytego. Prof. L.A. Zadeh wprowadzi³ pojêcie tzw. miary probabilistycznej zdarzeñ rozmytych [13]. Natomiast pojêcie rozmytego procesu stochastycznego, bêd¹ce istotnym rozszerzeniem zadehowskiej definicji zmiennej losowej pojawi³o siê po raz pierwszy w opublikowanej w 1980 roku pracy [14] autorstwa A. Kandela i W.J. Byatta. Z kolei w pracy polskiego badacza [15] opisano niektóre w³asnoœci tzw. rozmytego procesu ga³¹zkowego, jako szczególny przypadek rozmytego procesu Markowa. Przedstawiona w pracy metodyka rozmytej analizy regresji liniowej jest zgodna z intuicj¹ badacza, jest tak e bardzo przydatna w analizie numerycznej, symulacji jakoœciowej oraz wizualizacji komputerowej. 65

66 Modelowanie rozmyte pozwala istotnie poszerzyæ i pog³êbiæ wszystkie trzy podstawowe funkcje poznania naukowego (funkcja: opisowa, wyjaœniaj¹ca i prognostyczna), poniewa uwzglêdnia dotychczas nie rozpatrywane aspekty rzeczywistoœci badanej (dane nieœcis³e, pojêcia z³o one itp.) równie w zakresie dzia³añ praktycznych (np. program fuzzytech) pozwala usprawniæ pracê. LITERATURA 1. eczkowska B.: Wybrane metodologiczne wzory badañ empirycznych w pedagogice. Uniwersytet Œl¹ski, Katowice Zadeh L.A.: Fuzzy sets. Information and Control, 8, 1965: Yager R.R., Filev D.P.: Podstawy modelowania i sterowania rozmytego. WNT-Wiley, Warszawa Rutkowska D., Piliñski M., Rutkowski L.: Sieci neuronowe, algorytmy genetyczne i systemy rozmyte. PWN, Warszawa Driankov D., Hellendoorn H., Reinfrank M.: An introduction to fuzzy control. Springer Verlag, N. York Negoita C.V., Ralescu D.A.: Application of fuzzy sets to systems analysis. Birkhauser Verlag, Boston Grabowski A., Piasecki S.: Model sterowania procesem kszta³cenia przy zadanych potrzebach kadr wykwalifikowanych. [W:] Problemy prognozowania i planowania rozwoju spo³eczno-gospodarczego. IBS, PAN, Ossolineum, Warszawa Norman M.E.: Markov processes and learning models. Academic Press Bartholomew D.J.: Stochastic models for social processes. Wiley, London Kulikowski R. (red.): Modelowanie systemowe spo³eczno-gospodarczego rozwoju kraju. PWN, Warszawa Ishibushi H., Tanaka H.: Identification of fuzzy parameters by interval regression models. Electronics and Communications in Japan, Part 3, 73, No 12/1990: Schaible B., Lee Y.C.: Fuzzy logic based regression models for electronics manufacturing applications Zadeh L.A.: Probability measures of fuzzy events. Journal Math. Anal. and Appl., 23, Kandel A., Bayatt W.J.: Fuzzy processes. Fuzzy sets and systems, 4, Kuiñski J.: Rozmyte procesy ga³¹zkowe. Rozprawy. Politechnika Poznañska, Nr 199, Poznañ Comparing of selected regression models to use in pedagogies research Summary Genesis of fuzzy set and possibilities of use fuzzy systems in practice were presented in the paper. There were special attention taken to fuzzy models of teaching processes. Using the computer aided modelling a widening of fundamental function of perceptive study are obtained. New factors there were taken under consideration that were allowed to rationalize teachers work as phenomenon creator and investigator. 66

67 Gabriel Borowski* OKREŒLENIE W AŒCIWOŒCI FIZYCZNO-MECHANICZNYCH MATERIA ÓW DROBNOZIARNISTYCH W CELU ICH ZAGOSPODAROWANIA Streszczenie. W publikacji omówiono najistotniejsze cechy i w³aœciwoœci fizyczno-mechaniczne materia³ów drobnoziarnistych maj¹ce wp³yw na ich cechy u ytkowe oraz mo liwoœci gospodarczego wykorzystania. Przedstawiono cechy charakteryzuj¹ce materia³ zarówno w postaci sypkiej, jak i zawiesiny czy szlamu. Niektóre materia³y drobnoziarniste powstaj¹ w procesach technologicznych jako odpady przemys³owe, które powinny byæ kierowane do przetworzenia w celu odzysku cennych surowców. W oparciu o dostêpne w kraju technologie istniej¹ mo liwoœci zagospodarowania wiêkszoœci rodzajów odpadów drobnoziarnistych. Szczególnie du e zastosowanie maj¹ procesy granulacji oraz brykietowana, w których nadaje siê materia³om sypkim formê kawa³kow¹ i dodaje siê je do wsadu pieców hutniczych. Potwierdzaj¹ to pokazane w pracy przyk³ady technologii zagospodarowania niektórych rodzajów odpadów drobnoziarnistych. 1. SPECYFIKA MATERIA ÓW DROBNOZIARNISTYCH Do materia³ów drobnoziarnistych zaliczamy substancje w postaci sta³ej lub ciek³ej sk³adaj¹ce siê z ziaren których wymiary wynosz¹ najczêœciej od 0,05 mm do 2,0 mm. Materia³y te czêsto wystêpuj¹ z ró nymi domieszkami i zanieczyszczeniami, które powinno siê odseparowaæ. Ze wzglêdu na zale noœci wielkoœciowe ziaren mo na wyró niæ struktury: równoziarniste które maj¹ ziarna w przybli eniu jednakowej wielkoœci. nierównoziarniste w których ziarna ró ni¹ siê wielkoœci¹ [Lutyñski 2005]. Na podstawie kszta³tu ziaren wyró nia siê nastêpuj¹ce struktury ziarniste: o ostrych krawêdziach, o krawêdziach wyg³adzonych, mieszane. Materia³ drobnoziarnisty w postaci sta³ej (sypkiej) posiada charakterystyczne w³aœciwoœci i cechy. Jedn¹ z najwa niejszych jest sk³ad granulometryczny, czyli iloœciowy rozk³ad ziaren materia³u pod wzglêdem ich wielkoœci. Wielkoœæ ziaren jest okreœlona wymiarami liniowymi: d³ugoœci¹, szerokoœci¹ i gruboœci¹, mierzonymi w dwóch wzajemnie prostopad³ych do siebie p³aszczyznach. * Gabriel BOROWSKI Katedra Podstaw Techniki, Politechnika Lubelska. 67

68 Rozk³ad granulometryczny cz¹stek w mieszaninie ziarnistej wyznacza siê doœæ czêsto w celu zorientowania siê z jakich frakcji i klas wymiarowych sk³ada siê mieszanina. Oznaczenie wykonuje siê za pomoc¹ klasyfikatora wielositowego, dobieraj¹c zestaw sit odpowiedni do zakresu wymiarowego cz¹stek. Stosuje siê zwykle od kilku do kilkunastu sit, zale nie od wymaganej dok³adnoœci analizy. Po przesianiu próbki mieszaniny wa y siê pozosta³oœæ na ka dym sicie i wyra a w procentach (w stosunku do wyjœciowej masy próbki). Stopieñ rozdrobnienia cz¹stek jest czêsto wyra any jedn¹ liczb¹, nazywana modu³em rozdrabniania lub œrednim wymiarem cz¹stek (M). Wielkoœæ t¹ oblicza siê wed³ug wzoru: gdzie: GL3L G3 G3 GQ3 PP (1) 0 Q d i œredni wymiar otworów dwóch s¹siednich sit (mm), P i iloœæ cz¹stek zatrzymanych na danym sicie (%). Sposób wykonania analizy sitowej jest w Polsce okreœlony norm¹ PN-71/C WYBRANE W AŒCIWOŒCI FIZYCZNO-MECHANICZNE CIA SYPKICH Wilgotnoœæ wp³ywa w istotny sposób na pozosta³e cechy fizyczno-mechaniczne cia³ sypkich, a w szczególnoœci na wspó³czynnik tarcia zewnêtrznego i wewnêtrznego, wytrzyma³oœæ, w³aœciwoœci sprê yste i inne. Miar¹ wilgotnoœci, czyli nawilgocenia cia³a sta³ego, jest iloœæ zawartej w nim wody. Z punktu widzenia ruchu wody w wilgotnym materiale sypkim istotne znaczenie ma sposób wi¹zania wody przez cia³o sta³e. Rozró nia siê trzy sposoby wi¹zania wody: wi¹zanie chemiczne, fizykochemiczne i mechaniczne. Woda zwi¹zana chemicznie wchodzi w sk³ad zwi¹zku chemicznego z jakiego zbudowany jest dany materia³. Woda ta nie uchodzi z cia³a przy podgrzaniu powy ej punktu wrzenia. Cia³o zawieraj¹ce tylko wodê zwi¹zan¹ chemicznie nazywamy suchym. Wi¹zanie fizykochemiczne wody z cia³em sta³ym mo e byæ wi¹zaniem adsorbcyjnym, osmotycznym lub strukturalnym. W wyniku fizykochemicznego wi¹zania wody cia³o sta³e zmienia swoje w³aœciwoœci. Wodê tê mo na usun¹æ z cia³a w procesie suszenia, przy czym mo e temu towarzyszyæ zmiana dotychczasowej struktury i w³aœciwoœci cia³a. Woda zwi¹zana mechanicznie mo e tworzyæ cienk¹ warstwê na powierzchni cz¹stek lub wype³niaæ wolne przestrzenie miêdzy cz¹stkami. Cia³a zawieraj¹ce wodê zwi¹zan¹ mechanicznie nazywamy wilgotnymi. W wyniku naturalnego lub sztucznego suszenia mo na odparowaæ wodê zwi¹zan¹ mechanicznie. 68

69 Zawartoœci¹ wody U okreœlamy stosunek masy wody W zawartej w ciele do masy ca³kowicie suchego cia³a Ms wyra ony w kilogramach wody na kilogram suchej masy: 8 : 0 V NJZRG\ NJVP Wilgotnoœci¹ w, wyra on¹ w procentach, nazywamy stosunek masy zawartej w ciele zwi¹zanej mechanicznie wody W do masy wilgotnego cia³a M: (2) a poniewa M = M s + W to: : Z (3) 0 Z : 0 : Przez gêstoœæ w stanie zsypnym (masê usypow¹) r s materia³u sypkiego rozumiemy masê jednostkowej objêtoœci tego materia³u (1 m 3 ) w stanie swobodnie usypanym. Masê usypowa wyra amy najczêœciej w kg/m 3. Do wyznaczania masy usypowej stosuje siê przyrz¹d zwany gêstoœciomierzem. Sk³ada siê on z naczynia pomiarowego z przymocowanym do niego prêtem i pierœcienia, który mo e obracaæ siê wokó³ prêta. Chc¹c wyznaczyæ masê usypow¹ sypie siê badany materia³ do naczynia pomiarowego przez ustawiony nad nim pierœcieñ a do nape³nienia naczynia. Po nape³nieniu naczynia pomiarowego obraca siê pierœcieñ dooko³a prêta do po³o enia, tak e nadmiar nasypanego materia³u zostaje zgarniêty równo z powierzchni¹ górnej krawêdzi i spada na podstawkê przyrz¹du. Po zdjêciu pierœcienia wa y siê naczynie pomiarowe z nasypanym do niego materia³em. Masê usypow¹ oblicza siê ze wzoru: P P U V 9 (5) gdzie: V m 1 masa nape³nionego naczynia pomiarowego, m 0 masa pustego naczynia pomiarowego, V 1 objêtoœæ naczynia pomiarowego. Materia³y sypkie dzielimy pod wzglêdem ich masy usypowej na lekkie, dla których r s = 600 kg/m 3 (plewy, torf), œrednio ciê kie r s = kg/m 3 (nasiona zbó, biomasa), ciê kie r s = kg/m 3 (mu³y wêglowe, opi³ki metali). (4) 69

70 Oprócz masy usypowej przy projektowaniu maszyn i urz¹dzeñ do przeróbki i transportu materia³ów sypkich konieczna jest znajomoœæ gêstoœci (masy w³aœciwej). Przez gêstoœæ materia³u sypkiego rozumie siê œredni¹ gêstoœæ cz¹stek, z jakich siê on sk³ada. Znajomoœæ masy usypowej niezbêdna jest m.in. do obliczania nastêpuj¹cych parametrów: wydajnoœci œrodków transportowych, wyboru typu i rodzaju transportu, obliczania si³ wystêpuj¹cych w urz¹dzeniach transportowych, okreœlenia parcia na œciany i otwory wylotowe zbiorników, w³aœciwego nape³nienia skrzyñ ³adunkowych pojazdów. Innym wskaÿnikiem oceny w³aœciwoœci materia³ów sypkich jest masa utrzêsiona q u. Dla okreœlonych warunków drgañ, którym poddawana jest próbka materia³u, wskazuje zmniejszenie objêtoœci tego materia³u, w zale noœci od cech granulometrycznych, wilgotnoœci itd. gdzie: T X P P 9 9 m 1 masa nape³nionego naczynia pomiarowego, m 0 masa pustego naczynia pomiarowego, V 2 objêtoœæ naczynia pomiarowego po utrzêsieniu, V 1 objêtoœæ naczynia pomiarowego przed utrzêsieniem. Masa utrzêsiona (zwana tak e gêstoœci¹ pozorn¹) wyznaczana jest dla surowców pylistych przy u yciu aparatu Engelsmanna. W tym przypadku materia³ wsypuje siê do wyskalowanego cylindra o pojemnoœci 0,5 dm 3 przy amplitudzie 10 mm i czêstotliwoœci wstrz¹sów 150 min -1. Po zakoñczeniu utrzêsienia odczytuje siê objêtoœæ próbki oraz wa y siê j¹. Wartoœæ podawana jest w kg/m 3. Niektóre materia³y sypkie, m.in. œruta i m¹ka, przy d³ugotrwa³ym przechowywaniu zbrylaj¹ siê tj. tworz¹ wiêksze, nie rozsypuj¹ce siê samorzutnie aglomeraty. Sk³onnoœæ do zbrylania wzrasta wraz z wysokoœci¹ warstwy sk³adowanego materia³u i najwiêksze bry³y tworz¹ siê przede wszystkim w dalszej czêœci warstwy. Wilgotne materia³y sypkie (tj. materia³y zawieraj¹ce wodê zwi¹zan¹ mechanicznie) zamra aj¹ przy temperaturze otoczenia ni ej ni 0 C, tworz¹c zbit¹, trudno daj¹c¹ siê rozbiæ masê. Dalsz¹ cech¹ charakteryzuj¹c¹ materia³ sypki jest jego przyczepnoœæ (adhezja). Du ¹ przyczepnoœæ wykazuj¹ zw³aszcza materia³y wilgotne. Przylepianie siê tj. ³¹czenie siê powierzchniowe warstwy dwóch ró nych materia³ów, mo na wyjaœniæ wzajemnym oddzia³ywaniem cz¹steczek materia³u, œcianek ograniczaj¹cych materia³ sypki i b³onki wodnej, tworz¹cej siê na powierzchni cz¹stek wilgotnego materia³u sypkiego (6) 70

71 i rodzaju materia³u oraz stanu powierzchni œcianek ograniczaj¹cych. Przez odpowiedni dobór materia³u œcianek i g³adkoœæ ich powierzchni mo na znacznie ograniczyæ przylepianie siê materia³u sypkiego. Przy wysypywaniu siê niektórych materia³ów sypkich przez otwory wylotowe ze zbiorników tworz¹ siê nad tymi otworami nieruchome sklepienia, ograniczaj¹ce lub nawet ca³kowicie uniemo liwiaj¹ce dalsze wysypywanie siê materia³u ze zbiornika. Jest to zjawisko niepo ¹dane. Tworzeniu siê sklepieñ sprzyjaj¹ takie w³aœciwoœci materia³u jak: sk³onnoœæ do zbrylania siê i do zamarzania materia³ów wilgotnych, spójnoœæ (kohezja) cz¹stek i przyczepnoœæ (adhezja). W przypadku materia³ów o grubym uziarnieniu na tworzenie siê sklepieñ wp³ywa wielkoœæ cz¹steczki, stosunek wielkoœci cz¹stek do wielkoœci otworu wylotowego. Z materia³ów drobnoziarnistych najwiêksz¹ tendencjê do tworzenia sklepieñ wykazuj¹ materia³y ³atwo zbrylaj¹ce siê. Jedn¹ z najwa niejszych w³aœciwoœci fizyczno-mechanicznych okreœlaj¹cych materia³ sypki jest jego k¹t zsypu naturalnego. Jego wartoœæ zale y od stopnia wzajemnej ruchliwoœci cz¹steczek, przy czym im ruchliwoœæ ta jest wiêksza, tym k¹t zsypu naturalnego jest mniejszy. Naturalny k¹t zsypu wyznaczany jest podczas zsypywania ³adunku ziarnistego na p³aszczyznê poziom¹, przy niewielkiej prêdkoœci strumienia jego cz¹stek. Cz¹stki te tocz¹c siê w dó³ tworz¹ stok nachylony pod pewnym k¹tem do poziomu i najczêœciej waha siê w granicach Dla ³adunku suchego k¹t odpowiada w przybli eniu k¹towi tarcia wewnêtrznego i z tego powodu czêsto jest stosowany jako charakterystyczny parametr badanego materia³u z uwagi na ³atwoœæ jego pomiaru. Z k¹tem usypu zwi¹zana jest ruchliwoœæ wzajemna cz¹stek, która zale y od si³ spójnoœci pomiêdzy poszczególnymi cz¹stkami, jak równie od oporów tarcia powstaj¹cych przy wzajemnym przemieszczaniu siê cz¹stek. Nawet dla tego samego materia³u ruchliwoœæ nie jest wielkoœci¹ sta³¹, ale jest uwarunkowana wilgotnoœci¹, sk³adem frakcyjnym, kszta³tem i wymiarami cz¹stek, stopniem zagêszczenia, a dla materia³ów sk³onnych do zbrylania równie czasem przechowywania. Pod wzglêdem ruchliwoœci poszczególnych cz¹stek dzielimy materia³y sypkie na samozsypuj¹ce siê i nie zsypuj¹ce siê samoczynnie. Dla przewa aj¹cej wiêkszoœci materia³ów k¹t zsypu naturalnego zale y od wilgotnoœci i zwiêksza siê z jej wzrostem. K¹t zsypu naturalnego ma du e znaczenie przy transporcie, a w szczególnoœci wp³ywa na wydajnoœæ przenoœników taœmowych i innych. Niektóre materia³y maj¹ tak du y k¹t zsypu naturalnego, e konieczne jest stosowanie specjalnych urz¹dzeñ mechanicznych dla umo liwienia ich ruchu po nachylonych powierzchniach. Istotn¹ cech¹ charakteryzuj¹c¹ materia³ sypki jest jego zwiêz³oœæ. Do materia³ów zwiêz³ych zalicza siê tak e materia³y, które wykazuj¹ du y opór na œcinanie przy bardzo ma³ych obci¹ eniach normalnych. Zwiêz³oœæ materia³u sypkiego mo na wyjaœniæ spójnoœci¹ jego cz¹stek. Spójnoœæ ta mo e mieæ charakter mechaniczny jak np. nasion niektórych roœlin o puszystej powierzchni. U materia³ów jednorodnych 71

72 spójnoœæ jest wynikiem wzajemnego oddzia³ywania miêdzycz¹steczkowego, czyli tzw. si³ spójnoœci, przeciwstawiaj¹cych siê rozdzieleniu cz¹stek materia³u. Niektóre materia³y, jak sól, saletra amonowa, kreda, cukier i inne wykazuj¹ higroskopijnoœæ, czyli zdolnoœæ ³atwego poch³aniania pary wodnej i wody z otoczenia. Materia³y te nale y sk³adowaæ w odpowiednich warunkach nie dopuszczaj¹cych do wch³aniania wody (wentylacja pomieszczeñ sk³adowych, szczelne zbiorniki i worki). 3. POSTÊPOWANIE Z DROBNOZIARNISTYMI ZAWIESINAMI Materia³y drobnoziarniste wystêpuj¹ równie w postaci ciek³ej jako zanieczyszczone zawiesiny, emulsje i szlamy. G³ówne zanieczyszczenia stanowi¹ oleje, smary, minera³y oraz metale i ich zwi¹zki. Szlamy te zawieraj¹ce znaczne iloœci wody, s¹ bardzo uci¹ liwe do zagospodarowania w pierwotnej postaci i wymagaj¹ przetworzenia. Czêsto gromadzone s¹ w kontenerach, zbiornikach i na poletkach sk³adowych. Podczas takiego sk³adowania zachodzi proces stopniowego ubytku wilgoci. Jednak- e, w celu dalszego wykorzystania zawiesin i szlamów nale y usun¹æ wodê niemal ca³kowicie oraz oddzieliæ wszelkie zanieczyszczenia stosuj¹c ró ne metody i procesy techniczne. Wœród nich wyró nia siê procesy fizyczne oraz chemiczne. Podstawowe procesy fizyczne to: filtracja, ultrafiltracja, flotacja, flokulacja, elektrokoagulacja, osmoza, ekstrakcja, mieszanie, zagêszczanie, sedymentacja, rozdrabnianie, odwirowanie, adsorpcja, desorpcja, stapianie, wymra anie, suszenie i destylacja. Najczêœciej zaœ stosowane procesy chemiczne to: wymiana jonowa, neutralizacja, utlenianie, hydroliza, str¹canie, przemiana katalityczna, elektroliza, absorpcja i cementacja [Borowski, Kuczmaszewski 2005]. Proces filtracji za pomoc¹ p³ytowej prasy filtracyjnej w sposób prosty i skuteczny umo liwia zmniejszenie uwodnienia szlamów o oko³o 30 40%. Powszechnie stosowany jest do odwadniania osadów w oczyszczalniach œcieków, galwanizeriach, garbarniach oraz zak³adach przemys³u spo ywczego. Prasa filtracyjna, pokazana na rys. 1, sk³ada siê z nastêpuj¹cych podzespo³ów: Rys. 1. Prasa filtracyjna 72

73 zespó³ filtracyjny z p³ytami i tkaninami filtracyjnymi, g³owice dociskowe z si³ownikiem, zespó³ podaj¹cy filtrat z pomp¹ t³ocz¹c¹, zespó³ odprowadzaj¹cy wodê, zespó³ steruj¹cy prac¹ urz¹dzenia. P³yty filtracyjne po³¹czone ze sob¹ tworz¹ komory w których zbiera siê osad. Pomiêdzy p³ytami nak³ada siê s¹ polipropylenowe tkaniny filtracyjne. Dobór tkaniny uzale niony jest od rodzaju i w³aœciwoœci filtrowanego osadu. Utrzymanie odpowiedniego ciœnienia w komorze filtracyjnej zale y od prêdkoœci obrotowej pompy, która regulowana jest za pomoc¹ zespo³u steruj¹cego. W przypadku zastosowania pompy ze œlimakowym zespo³em podaj¹cym wyró nia siê dwie fazy jej pracy: 1) faza ci¹g³ej pracy podczas nape³niania komór filtracyjnych osadem, 2) faza pulsacyjnej (przerywanej) pracy podczas odfiltrowanie wody i okresowgo dope³niania komór osadem. Podczas odfiltrowania wody stosuje siê ciœnienia od 0,3 MPa do 1,5 MPa, przeciêtnie 0,5 0,6 MPa. W czasie okresowego dope³niania komór osadem cykle pulsacyjne s¹ coraz krótsze w trakcie trwania tego procesu. Na proces filtracji wp³ywaj¹ nastêpuj¹ce czynniki: ciœnienie filtrowania, czas filtrowania, rodzaj tkaniny filtruj¹cej, pocz¹tkowy stopieñ uwodnienia, dodatek tzw. œrodków wspomagaj¹cych. Stosuj¹c zagêszczanie osadów w p³ytowej prasie filtracyjnej mo liwe jest uzyskanie filtratów o koñcowym uwodnieniu 20 25%. Filtraty te nale y dalej dosuszaæ zarówno w warunkach naturalnych na poletku sk³adowym, jak i termiczne w suszarkach elektrycznych. Po dosuszeniu i ujednorodnieniu stanowi¹ one materia³ drobnoziarnisty, którego w³aœciwoœci fizyczno-mechaniczne mo na okreœliæ tak samo jak w przypadku innych cia³ sypkich. 4. DOBÓR TECHNOLOGII ZAGOSPODAROWANIA MATERIA ÓW DROBNOZIARNISTYCH Poni ej wymieniono przyk³adowe rodzaje substancji wystêpuj¹cych w postaci drobnoziarnistej [Hryniewicz i in. 2006]: mu³y wêglowe, odpady poflotacyjne, py³y cynkowo-o³owiowe, 73

74 py³y i zgary miedzionoœne, wióry br¹zów ³o yskowych, poregeneracyjny tlenek elaza, zendra, mu³ki zgorzelinowe, u le, osady szlamów z oczyszczalni gazów wielkopiecowych, osady szlamów konwertorowych, osady szlamów poszlifierskich, elazomangan, elazokrzem, tlenek cynku, g¹bka kadmowa, zgary aluminiowe, fluorek wapnia, wapno palone, karbid, gips z procesu odsiarczania spalin, odpady z produkcji we³ny mineralnej, m¹czka dolomitowa. Wiêkszoœæ wymienionych materia³ów stanowi¹ odpady przemys³owe Odpady poddawane s¹ procesom odzysku lub unieszkodliwiania. Czêœæ z nich nadal jest jednak sk³adowana na sk³adowiskach. Dotyczy to g³ównie odpadów: powstaj¹cych przy poszukiwaniu, wydobyciu i wzbogacaniu rud oraz innych surowców mineralnych; z rolnictwa, sadownictwa, hodowli, rybo³ówstwa, leœnictwa oraz przetwórstwa ywnoœci; z przetwórstwa drewna oraz produkcji papieru, tektury, masy celulozowej, p³yt i mebli; z przemys³u skórzanego i tekstylnego; z produkcji, przygotowania, obrotu i stosowania zwi¹zków nieorganicznych, z produkcji, przygotowania, obrotu i stosowania podstawowych produktów przemys³u syntezy organicznej; z produkcji, przygotowania, obrotu i stosowania pow³ok ochronnych (farb, lakierów emalii ceramicznych) kitu, klejów, szczeliw i farb drukarskich; nieorganicznych z procesów termicznych, z kszta³towania i powierzchniowej obróbki metali i tworzyw sztucznych, z budowy, remontów i demonta u obiektów budowlanych oraz drogowych. Niektóre rodzaje odpadów (np. fosfogipsy) sk³adowane s¹ w znacznych iloœciach i brakuje ekonomicznie uzasadnionych mo liwoœci zagospodarowania ich [Hycnar J. 74

75 i in. 2005]. Nadal sk³aduje siê równie du e iloœci odpadów z procesów flotacyjnych. Obecnie nie stosuje siê technologii pozwalaj¹cej na zmniejszenie iloœci tych odpadów, jednak prowadzone s¹ intensywne badania zmierzaj¹ce do ich zagospodarowania zarówno na powierzchni ziemi, jak i w wyrobiskach górniczych [Plewa, Mys³ek 2001]. Dla wiêkszoœci rodzajów odpadów istniej¹ w kraju technologie i instalacje pozwalaj¹ce na odzysk surowców lub unieszkodliwienie substancji niepo ¹danych i niebezpiecznych dla œrodowiska. Poni ej przedstawiono przyk³ady stosowanych w Polsce technologii do zagospodarowania niektórych rodzajów odpadów drobnoziarnistych. 5. PRZYK ADY ZAGOSPODAROWANIA ODPADÓW DROBNOZIARNISTYCH 5.1. Zagospodarowanie py³ów i szlamów z hutnictwa elaza i stali Oprócz surówki przeróbczej i stali w hutach w wyniku prowadzonych procesów technologicznych otrzymuje siê produkty uboczne, m.in. u le i py³y. Odpady te odzyskiwane zostaj¹ w ponad 98%, a ich najwiêksze iloœci wykorzystywane s¹ w procesach hutniczych oraz w przemyœle cementowym. W zale noœci od miejsca powstawania, w trakcie procesu technologicznego powstaj¹ nastêpuj¹ce odpady: u el wielkopiecowy i konwertorowy, gaz wielkopiecowy i konwertorowy, py³ wielkopiecowy i stalowniczy, szlam wielkopiecowy i stalowniczy, py³ z oczyszczania gazów odlotowych konwertorów tlenowych stalowni, py³ z odpylania namiarowni wielkich pieców, py³ z odpylania hali lejniczej, wytr¹cany w stacji odpylania hal lejniczych, py³ spiekalniczy oraz szlam spiekalniczy [Plewa, Mys³ek 2001]. Szlamy elazonoœne powstaj¹ przede wszystkim w wyniku mokrego odpylania gazów i spalin w takich instalacjach jak odpylnie mieszalni namiaru i ci¹gi ch³odzenia gor¹cego spieku zwrotnego, oczyszczalnie gazu wielkopiecowego i oczyszczalnie gazu konwertorowego. Z kolei szlam wielkopiecowy jest najdrobniejsz¹ frakcj¹ materia- ³ów wsadowych, wychwycon¹ podczas mokrego oczyszczania gazu wielkopiecowego, osadzon¹ w osadnikach radialnych wielkich pieców. Szlam spiekalniczy powstaje wskutek odbioru na mokro py³ów z odpylania taœm spiekalniczych. Py³y elazonoœne s¹ zatrzymywane w odpylni i gromadzone w zbiorniku, a nastêpnie przewo one do namiarowni sk³adników pylastych. Z kolei py³ wielkopiecowy jest drobn¹ frakcj¹ materia³ów wsadowych, wychwycon¹ w odpylniku statycznym podczas procesu suchego oczyszczania gazu wielkopiecowego. Wed³ug danych Urzêdu Statystycznego w Katowicach w 2001 r. w województwie œl¹skim wytworzono ok. 3 mln Mg odpadów z hutnictwa elaza i stali. Najwiêkszymi wytwórcami tych odpadów by³y: PHS Oddzia³ Huta Katowice, Huta Czêstochowa i Huta Zawiercie w sumie 98% ww. odpadów. Do koñca 2001 r. na sk³adowiskach nagromadzono 10,851 mln Mg u li 75

76 z procesów wytapiania. Procesom odzysku poddano 100% py³ów i szlamów z oczyszczania gazów odlotowych. W ponad 99% odzyskiwane by³y u le z procesów wytapiania. W 2001 r. unieszkodliwiono poprzez sk³adowanie 48,1 tys. Mg omawianych odpadów Zagospodarowanie py³ów i szlamów z urz¹dzeñ odpylaj¹cych Py³y z urz¹dzeñ suchego odpylania czy te szlamy z urz¹dzeñ odpylaj¹cych na mokro ze wzglêdu na sk³ad chemiczny stanowi¹ cenny materia³ wsadowy w piecach hutniczych. Py³y te s¹ materia³em trudnym do sk³adowania i transportu oraz nie nadaj¹ siê do kawa³kowania w prasach. Z uwagi na konsystencjê, szlamy nie powoduj¹ wtórnego pylenia. Przetworzenie tych odpadów jest mo liwe poprzez nadania im formy granulek o akceptowalnej wytrzyma³oœci. Uzyskanie granulatu z py³ów wymaga ich nawil enia i utrzymania wilgoci na sta³ym poziomie. Szlamy z kolei zawieraj¹ zbyt du o wilgoci i ich przerób musi byæ poprzedzony operacj¹ suszenia, co wymaga du ego zu ycia energii. Py³ z namiarowni wielkich pieców wraz ze szlamem wielkopiecowym mo na dozowaæ do mieszanki uœredniaj¹cej do produkcji spieku wielkopiecowego. Recykling py³ów i szlamów stalowniczych odbywa siê w konwertorze stalowniczym [Robak, Matuszek 2008]. W technologii przygotowania mieszaniny szlamu i py³u do procesu recyklingu najwa niejsz¹ operacj¹ technologiczn¹ jest mieszanie, czyli ujednorodnienie masy. W trakcie tej operacji wykorzystywany jest efekt spadku wilgotnoœci w mieszaninie do poziomu œredniej wa onej, przez co uzyskiwana jest konsystencja u³atwiaj¹ca proces granulacji. Do ujednorodnienia wszelkich typów mas, m.in. py³ów i szlamów stosuje siê mieszalniki. W urz¹dzeniach tych ok. 90% energii napêdu zu ywane jest na intensywne mieszanie ma³ej porcji masy znajduj¹cej siê w zasiêgu szybkoobrotowego wirnika, obracaj¹cego siê w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu misy mieszad³a. Takie rozwi¹zanie konstrukcyjne umo liwia pe³ne ujednorodnienie masy pó³plastycznej nawet w ci¹gu dwóch lub trzech minut. Dodatkow¹ zalet¹ takiego mieszalnika jest to, e mo e on równie w sposób efektywny rozdrabniaæ grubsze frakcje zbrylonego materia³u, co jest nieodzowne w przypadku docelowego granulowania mieszaniny. Obrotowa misa i zgarniacz dostarczaj¹ w sposób ci¹g³y mieszan¹ masê w obszar dzia³ania intensywnego wirnika, którego robocze ³opatki s¹ tak ustawione, aby dokonywaæ przemieszczenia materia³u we wszystkich p³aszczyznach, tak e w kierunku równoleg³ym do osi wirnika. Tylko nieznaczna czêœæ mocy napêdu przypada na przemieszanie ca³ego wsadu. Dziêki takiej technice mieszania zainstalowanie du ej mocy napêdu mieszalnika umo liwia pe³n¹ ujednorodnienie mieszaniny o dowolnej konsystencji przy minimalnym zu yciu energii w przeliczeniu na jednostkê masy obrabianego materia³u. Konsekwencj¹ tego jest krótki, kilkuminutowy czas mieszania jednego ³adunku. Mieszalniki tego typu mo na równie w³¹czyæ w linie technologiczne o dzia³aniu ci¹g³ym. 76

77 Mieszaniny szlamów i py³ów sporz¹dzane dla potrzeb recyklingu w procesie metalurgicznym, mog¹ byæ poddane procesowi granulacji. W procesie tym materia³ uzyskuje formê kulek o doœæ znacznym stopniu zagêszczenia, bez stosowania form i nacisku mechanicznego. Wa ne jest, e drobne proszki, masy drobnoziarniste, masy plastyczne i szlamy mog¹ byæ granulowane od razu w mieszalniku intensywnym typu Eirich przy odpowiednim prowadzeniu procesu. Jedynie w przypadku wymagañ jednorodnoœci granulatu konieczne jest dodatkowe zastosowanie granulatora. Tworzenie siê w koñcowym etapie mieszania zal¹ ków granul powoduje, e zastosowanie tego typu mieszad³a znakomicie u³atwia granulacjê masy na granulatorach talerzowych. W mieszalniku wytwarzany jest granulat o wielkoœci granulek w przedziale od 0,2 do 8 mm. W mieszadle granuluj¹cym podczas jednej operacji mo na ujednorodniæ masê i j¹ zgranulowaæ. W tego typu mieszalnikach dodatkowym, bardzo wa nym aspektem jest mo liwoœæ chemiczno-mechanicznego dosuszania szlamów. Technologia ta pozwala na efektywne obni enie wilgotnoœci szlamu o kilka procent w wyniku dodatku CaO i intensywnego mieszania bez stosowania procesu suszenia. Proces granulowania mas drobnoziarnistych przy w³aœciwym przygotowaniu materia³u i doborze w³aœciwych konstrukcji urz¹dzeñ zachodzi ³atwo i nie wymaga du- ych nak³adów energii. Granulacja na talerzu granulacyjnym zapewnia wysok¹ jednorodnoœæ granulatu oraz uzyskiwanie stosunkowo du ych granulek. Natomiast w mieszalnikach nie uzyskuje siê jednakowych i du ych granulek. Doœwiadczenia wskazuj¹, e maksymalne wymiary granulek uzyskiwanych w mieszalnikach wynosz¹ ok. 6 mm [Robak, Matuszek 2008]. Na rysunku 2 pokazano granulator z talerzem granulacyjnym. Proces granulacji jest procesem ci¹g³ym i jednorodnoœci œrednicy granulek zale ¹ od nastawienia urz¹dzenia: szybkoœci obrotów, nachylenia talerza, wydajnoœci natry- Rys. 2. Granulowanie na talerzu granulacyjnym 77

78 sku wodnego, a tak e od jednorodnoœci i szybkoœci dozowania materia³u. Granulki produkowane na talerzu granulacyjnym odznaczaj¹ siê wy sz¹ gêstoœci¹ i wytrzyma- ³oœci¹ bezpoœrednio po wytworzeniu. Proces granulacji zarówno w granulatorach talerzowych, jak i bêbnowych wymaga jednostajnego zasilania granulatora w mieszankê surowcow¹ i charakteryzuje siê niskim zu yciem energii. Typowa wilgotnoœæ granulatu wynosi od 11 do 20%, w zale noœci od rodzaju materia³u, i jest wiêksza w materia³ach o porowatych ziarnach, np. popio³ach lotnych. Granulki mog¹ mieæ maksymaln¹ œrednicê ok. 20 mm, ale nale y pamiêtaæ, e wydajnoœæ urz¹dzenia gwa³townie spada wraz ze wzrostem ich rozmiaru. Granulacja jest procesem tañszym i wydajniejszym od brykietowania, a w³asnoœci wytrzyma³oœciowe produktu przy w³aœciwym doborze technologii nie ustêpuj¹ brykietom. Homogenicznoœæ masy poddawanej granulacji ma bardzo du y wp³yw na sam przebieg formowania siê granulek i ich wytrzyma³oœæ mechaniczn¹. Jej wysoki stopieñ ujednorodnienia pozwala na znaczne ograniczenie iloœci spoiw dodawanych do mieszaniny w celu podwy szenia wytrzyma³oœci granulatu [Heim 2005] Zagospodarowanie odpadów zawieraj¹cych znaczne iloœci elaza Drobnoziarniste odpady zawieraj¹ce znaczne iloœci elaza powstaj¹ m.in. podczas szlifowania kulek ³o yskowych oraz innych elementów ³o ysk tocznych. Zagospodarowanie tych odpadów polega na ich scalaniu (nadaniu formy kawa³kowej) oraz dodaniu do wsadu wraz ze z³omem stalowym do przetopienia w piecach hutniczych [Borowski i in. 2008]. Najkorzystniej scalanie wykonuje siê metod¹ brykietowania przy pomocy prasy walcowej (rys. 3). Prasy walcowe stosowane s¹ do brykietowania rozmaitych drobnoziarnistych odpadów elazonoœnych do których nale ¹: Rys. 3. Prasa walcowa 78

79 zendra, py³y wielkopiecowe, mu³ki zgorzelinowe, szlamy konwertorowe, szlamy z mokrego oczyszczania gazów wielkopiecowych, szlamy poszlifierskie, pylisty elazomangan oraz drobnoziarnisty elazokrzem. Materia³ odpadowy do brykietowania nale y odpowiednio przygotowaæ okreœliæ jego sk³ad chemiczny i w³aœciwoœci fizyczne, rodzaj i zawartoœæ lepiszcza oraz najkorzystniejsz¹ wilgotnoœæ mieszanki. Jako lepiszcze zaleca siê stosowaæ melasê w iloœci ok. 8% masy odpadów. Nastêpnie nale y mieszaæ odpady z melas¹ w mieszarce z dosuszaniem termicznym doprowadzaj¹c mieszankê do wilgotnoœci ok. 5%. Do brykietowania przygotowanej mieszanki zaleca siê stosowanie prasy walcowej wraz z uk³adem formuj¹cym umo liwiaj¹cym wytwarzanie brykietów w kszta³cie siod³a. Stosuj¹c nacisk jednostkowy ok. 65 MPa uzyskuje siê trwa³e i wytrzyma³e brykiety spe³niaj¹ce dopuszczalne wymogi hutnictwa i nadaj¹ce siê do wykorzystania jako komponent wsadu pieca stalowniczego. Zanim brykiety skierowane zostan¹ do przetopu nale y je sezonowaæ przez okres co najmniej 120 godzin. Zaleca siê przetapianie brykietów w ³ukowym piecu elektrycznym. Proces ten polega na nagrzewaniu i roztapianiu wsadu, sk³adaj¹cego siê ze z³omu stalowego oraz brykietów, do ca³kowitego roztopienia po uzyskaniu temperatury oko³o 1580 C. Nastêpnie nale y odlewaæ uzyskan¹ fazê ciek³¹ oraz odczekaæ do jej zakrzepniêcia. Zast¹pienie czêœci z³omu brykietami z odpadów ³o yskowych jest w pe³ni uzasadnione, gdy sk³ad chemiczny k¹pieli metalowej z brykietami jest zbli ony do sk³adu chemicznego k¹pieli powsta³ej po stopienia wy³¹cznie z³omu. Wprowadzenie do procesu wytapiania stali brykietów nie powoduje zwiêkszonej emisji uci¹ liwych py³ów do atmosfery, natomiast obecne w brykietach wêglowodory (zanieczyszczenia olejowe) ulegaj¹ rozk³adowi [Borowski, Kuczmaszewski 2005] Zagospodarowanie odpadów wêglowych Drobnoziarniste frakcje wêglowe z procesów wydobywania, wzbogacania i wykorzystania wêgla kamiennego i brunatnego stanowi¹ znacz¹cy udzia³ w bilansach produkcji i zagospodarowania wêgla. Do drobnoziarnistych frakcji wêglowych nale ¹ mu³y wêglowe, odpady poflotacyjne, œciery, py³y koksownicze, koksik z procesów zgazowania i wysoko zawêglone sta³e produkty spalania paliw. W zale noœci od w³asnoœci energetycznych mu³y wêglowe, œciery, py³ koksowniczy i koksik czêsto s¹ zagospodarowywane jako paliwa samodzielne oraz jako jeden ze sk³adników wytwarzanych mieszanek paliwowych [Boruk, Winkler 2009]. Odpady poflotacyjne w znacznie mniejszym stopniu s¹ energetycznie zagospodarowywane. W tych to warunkach, znaczne iloœci drobnoziarnistych frakcji wêglowych staj¹ siê odpadem i s¹ sk³adowane w osadnikach lub w wyrobiskach górniczych. Du a iloœæ i wysokie rozdrobnienie omawianych frakcji wêglowych uzasadniaj¹ potrzebê zmiany dotychczasowych praktyk i zwiêkszenia ich zagospodarowania jako paliwa podstawowego i uzupe³niaj¹cego dla okreœlonych obiektów energetycznych oraz opanowania produkcji wysokojakoœciowych koncentratów wêglowych i mie- 79

80 szanek paliw alternatywnych. W szeregu przypadków, drobnoziarniste frakcje mog¹ byæ wzbogacane metodami fizycznymi i fizykochemicznymi, uzyskuj¹c wysokoenergetyczne koncentraty wêglowe. Proponowane rozwi¹zania pozwalaj¹ na pe³ne zagospodarowanie, nawet niskoenergetycznych, drobnoziarnistych frakcji wêglowych [Hycnar J. i in. 2005]. Do odpadów z przemys³u energetycznego zalicza siê: u le ze spalania wêgla kamiennego, u le ze spalania wêgla brunatnego, popio³y lotne z wêgla kamiennego, popio³y lotne z wêgla brunatnego, mieszanki popio³owo- u lowe z mokrego odprowadzania odpadów paleniskowych, mikrosfery z popio³ów lotnych, sta³e odpady z wapniowych metod odsiarczania spalin, w tym gips poreakcyjny, produkty odsiarczania wg metody pó³suchej, produkty odsiarczania wg metody suchej, mieszaniny popio³ów lotnych i odpadów sta³ych z wapniowych metod odsiarczania gazów odlotowych wg metod suchych, pó³suchych odsiarczania spalin oraz spalania w z³o u fluidalnym. Oko³o 75% odpadów wêglowych podlega odzyskowi. Z przeprowadzonego rozpoznania wynika, e popio³y lotne i u le znalaz³y bardzo szerokie zastosowanie w ró nych ga³êziach przemys³u, a przede wszystkim podlegaj¹ odzyskowi w przemyœle materia³ów budowlanych do produkcji cementu, betonów, kruszyw, ceg³y, materia³ów termo- i hydroizolacyjnych, ceramiki specjalnej itd. W górnictwie wêgla kamiennego popio³y stosowane s¹ do: podsadzania podziemnych wyrobisk eksploatacyjnych, uszczelniania zrobów przed przenikaniem gazów i wody, wzmacniania górotworu, izolowania pól po arowych. Jednym z masowych kierunków wykorzystania odpadów ze spalania jest zastosowanie ich do makroniwelacji i rekultywacji terenu. W kraju powszechnie stosuje siê wykorzystanie popio³ów i u li z wêgla brunatnego do wype³niania wyrobisk po wêglu brunatnym wêgla brunatnego, kruszyw, gliny, siarki. Mieszanina popio³owo- u lowa ze sk³adowisk podlega odzyskowi przy budowie obwa³owañ sk³adowisk odpadów paleniskowych i innych odpadów. W budownictwie drogowym popio³y i u le mog¹ spe³niaæ rolê kruszyw, dodatków doziarniaj¹cych, dodatków pucolanowych do spoiw, spoiw b¹dÿ wype³niaczy. Stosowane s¹ one tak e do budowy nasypów komunikacyjnych [Hryniewicz 2002]. W zwi¹zku ze wzrastaj¹c¹ iloœci¹ wytwarzanych produktów odsiarczania spalin ich odzysk/unieszkodliwianie staje siê problemem wa nym i aktualnym. Najwiêksze mo liwoœci w tym zakresie istniej¹ dla gipsu poreakcyjnego jako materia³u zastêpuj¹cego gips naturalny. 6. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Zagospodarowanie materia³ów drobnoziarnistych, w tym substancji odpadowych, powinno byæ poprzedzone dok³adnym okreœleniem ich charakterystycznych cech i w³aœciwoœci. Najwa niejsze z nich to rozk³ad granulometryczny, czyli iloœciowy 80

81 rozk³ad ziaren materia³u pod wzglêdem ich wielkoœci, nastêpnie wilgotnoœæ (zawartoœæ wody), gêstoœæ w stanie zsypnym (masa usypowa), masa utrzêsiona (gêstoœci pozorna), przyczepnoœæ (adhezja), k¹t zsypu naturalnego oraz zwiêz³oœæ. W przypadku wystêpowania materia³ów drobnoziarnistych w postaci ciek³ej (jako zanieczyszczone zawiesiny, emulsje i szlamy), nale y odseparowaæ nadmiar wody stosuj¹c np. proces filtracji za pomoc¹ p³ytowej prasy filtracyjnej. Spoœród istniej¹cych w kraju technologii pozwalaj¹cych na zagospodarowanie surowców drobnoziarnistych lub ich unieszkodliwienie, na szczególn¹ uwagê zas³uguj¹ te, które umo liwiaj¹ uzyskanie granulatu lub brykietów o znacznej odpornoœci mechanicznej. Metodê granulacji wykorzystuje siê do przetwarzania py³ów z urz¹dzeñ suchego odpylania oraz szlamów z urz¹dzeñ odpylaj¹cych na mokro. Z kolei drobnoziarniste odpady zawieraj¹ce znaczne iloœci elaza ze szlifowania kulek ³o yskowych poddaje siê brykietowaniu Uzyskane granulaty oraz brykiety stanowi¹ cenny materia³ wsadowy do przetopienia w piecach hutniczych. Zagospodarowanie drobnoziarnistych frakcji wêglowych z procesów wydobywania, wzbogacania i wykorzystania wêgla kamiennego oraz brunatnego jest najefektywniejsze w przypadku wykorzystania energetycznego jako. paliwa lub jako jednego ze sk³adników mieszanki paliwowej. Produkty spalania paliw stanowi¹ odpady, które mog¹ byæ zastosowane w przemyœle materia³ów budowlanych do produkcji cementu, a tak e do niwelacji i rekultywacji terenu, do wype³niania wyrobisk, czy te do podbudowy dróg i nasypów komunikacyjnych. Analiza przedstawionych zagadnieñ pozwala wysun¹æ wnioski, e istniej¹ w kraju dobrze znane technologie pozwalaj¹ce na zagospodarowanie drobnoziarnistych materia³ów odpadowych, jednak zwi¹zane jest to ich przetworzeniem obejmuj¹cym zmianê ich w³aœciwoœci fizyczno-mechanicznych, a czêsto tak e modyfikacjê sk³adu chemicznego. Pozwala to dostosowaæ parametry przetworzonych substancji do okreœlonych wymogów zak³adów utylizuj¹cych. Substancje te nabywaj¹ cech przydatnoœci i staj¹ siê pe³nowartoœciowymi surowcami wykorzystywanymi w ró nych ga³êziach przemys³u. LITERATURA 1. Borowski G., Kuczmaszewski J., 2005: Utylizacja drobnoziarnistych odpadów metalowych. Monografia. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin. 2. Borowski G., Kuczmaszewski J., Hryniewicz M., 2008: Sposób wytwarzania brykietów z drobnoziarnistych materia³ów metalowych. Patent PL Boruk S., Winkler I., 2009: Ecologically friendly utilization of coal processing waste as a secondary energy source. In: Energy and Environmental Challenges to Security. Springer, Netherlands: Heim A., 2005: Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji. Materia³y VII Ogólnopolskiej Konferencji w problematyce in ynierii œrodowiska pt. Kompleksowe i szczegó³owe problemy in ynierii œrodowiska. Politechnika Koszaliñska:

82 5. Hryniewicz M., 2002: Badania procesów przygotowania drobnoziarnistych odpadów elazonoœnych do recyklingu. Materia³y IV Forum In ynierii Ekologicznej, Na³êczów: Hryniewicz M., Kosturkiewicz B., Janewicz A., 2006: Scalanie drobnoziarnistych odpadów. Zeszyty Naukowe. In ynieria Chemiczna i Procesowa / Politechnika ódzka., 29: Hycnar J., Foltyn R., Olkuski R., Blaschke S.A., 2005: Kierunki energetycznego wykorzystania drobnoziarnistych odpadów z wydobycia i wzbogacania wêgla kamiennego. Materia³y VII Ogólnopolskiej Konferencji w problematyce in ynierii œrodowiska pt. Kompleksowe i szczegó³owe problemy in ynierii œrodowiska. Politechnika Koszaliñska: Lutyñski A., 2005: Wydzielanie ziaren wêglowych z odpadów drobnoziarnistych. Materia³y VII Ogólnopolskiej Konferencji w problematyce in ynierii œrodowiska pt. Kompleksowe i szczegó³owe problemy in ynierii œrodowiska. Politechnika Koszaliñska: Plewa F., Mys³ek Z., 2001: Zagospodarowanie odpadów przemys³owych w podziemnych technologiach górniczych. Monografia. Wydawnictwo Politechniki Œl¹skiej, Gliwice. 10. Robak J., Matuszek K., 2008: Granulowanie paliwa z odpadów. Chemik, 9: Designation of physical and chemical properties of fine-grained materials for their utilization Summary An important of physical-chemical features and factors of fine-grained materials influenced for usefulness and utilizing were described in the paper. The were proposed characteristic marks in loose, suspension and sludge type of material. A lot of fine-grained materials forming in technological processes as wastes could be utilize for material recover. There are well known a possibilities of wastes processing, especially granulation and briquetting applications. It is enable to obtain the high material strength products which qualifies them for utilization in furnaces. An examples of technologies to utilise of fine-grained waste shown in the paper confirmed their usefulness. 82

83 Dorota Wójcicka-Migasiuk* TECHNICZNE I SPO ECZNE ASPEKTY ZASTOSOWANIA ZINTEGROWANYCH SYSTEMÓW POZYSKIWANIA ENERGII Streszczenie. W artykule omówiono wp³yw wybranych czynników na proces projektowania odpowiedniego uk³adu pozyskiwania energii oraz mo liwoœci realizacji obiektów wykorzystuj¹cych energiê promieniowania s³onecznego. Przedstawiono przyk³ady skojarzonych uk³adów pozyskiwania cieplej wody i wytwarzania ciep³a pochodz¹cego z energii s³onecznej. Pokazano istniej¹ce instalacje kolektorów cieplnych dzia³aj¹ce zarówno w du- ych obiektach jak i w domach jednorodzinnych. Omówiono ponadto sposoby modelowania i symulacji przydatne do projektowania uk³adów zintegrowanych ze Ÿród³ami odnawialnymi. Przedstawiono przyk³ady obliczeñ modelowych uzyskanych za pomoc¹ programów komputerowych TRNSED, ESOP, WUFI oraz stosuj¹c algorytmy opracowane metod¹ zastêpczej sieci cieplnej. Pokazano korzyœci i wady stosowania tych programów. W koñcowej czêœci artyku³u skupiono siê na sposobach tworzenia i realizowania strategii optymalnego wykorzystania odnawialnych Ÿróde³ energii dla regionu lubelskiego. Stwierdzono, e region ten wystarczaj¹co zasobny jest pod wzglêdem dostêpnoœci energii promieniowania s³onecznego. 1. WSTÊP Systemem zintegrowanym w odniesieniu do pozyskiwania energii nazywamy uk³ad, w ramach którego wspó³pracuj¹ podsystemy wykorzystuj¹ce kilka odnawialnych Ÿróde³ energii oraz uk³ad tradycyjnego Ÿród³a energii. Okreœleniem u ywanym zamiennie jest tak e: system hybrydowy. O po³¹czeniu poszczególnych sk³adowych, których warunki eksploatacji bardzo zale ¹ od w³aœciwej lokalizacji i dostêpnoœci Ÿród³a energii decyduj¹ wyniki wnikliwej analizy rodzaju dostêpnych zasobów oraz innych czynników, które maj¹ wp³yw na racjonalne wykorzystanie energii. Nale y równie uwzglêdniaæ: lokalne czynniki klimatyczne, uwarunkowania spo³eczne wp³ywaj¹ce na harmonogram poboru energii, charakter obiektu, aspekty techniczne wynikaj¹ce z projektowanych do zainstalowania urz¹dzeñ, aspekty ekonomiczne decyduj¹ce o mo liwoœciach inwestycyjnych w ramach danego przedsiêwziêcia oraz koszty eksploatacyjne. * Dorota WÓJCICKA-MIGASIUK Katedra Podstaw Techniki, Politechnika Lubelska. 83

84 W artykule przedstawiono omówienie wp³ywu wybranych czynników na proces projektowania odpowiedniego uk³adu pozyskiwania energii oraz mo liwoœci realizacji obiektów wykorzystuj¹cych energiê promieniowania s³onecznego (eps), wynikaj¹ce z obowi¹zuj¹cego systemu uregulowañ. 2. HIERARCHIA KRYTERIÓW PROJEKTOWYCH Oczywistoœci¹ dla in ynierów jest, e chêæ posiadania systemu pozyskiwania energii odnawialnej nie mo e byæ decyduj¹ca przy wyborze sk³adowych zasilania w energiê obiektu. Powstaje jednak pytanie czy niechêæ (powszechna w niektórych œrodowiskach) mo e decydowaæ o rezygnacji, a nie, na przyk³ad, racjonalne uzasadnienie wzglêdami technicznymi oraz warunkami naturalnymi. Jednak e, a eby takie uzasadnienie mog³o zmusiæ lub zniechêciæ potencjalnych inwestorów nale y zmieniæ zarówno przepisy i normy reguluj¹ce dobór Ÿróde³ energii, jak i mentalnoœæ oraz poczucie wspó³odpowiedzialnoœci za œrodowisko w spo³eczeñstwie. Na tej dalekiej drodze pomoc¹ staje siê powszechna edukacja w tej dziedzinie zwracaj¹ca uwagê na wszelkie uwarunkowania. Dopiero ich pe³na œwiadomoœæ pozwala ustawiæ w³aœciw¹ hierarchiê kryteriów projektowych. Zwykle przystêpuj¹c do procesu projektowania obiektu znamy jego lokalizacjê oraz charakter. Niekiedy mamy tak e mo liwoœæ dopasowania usytuowania w celu uzyskania lepszej ekspozycji na promieniowanie s³oneczne czy korzystniejsze rozmieszczenie wymiennika gruntowego. Ide¹ stosowania systemów zintegrowanych nie jest jak najszersze wykorzystanie wszystkich form energii w jednym uk³adzie, ale najbardziej racjonalne zintegrowanie tych, które s¹ dostosowane do danej lokalizacji i charakteru obiektu. Stosunkowo du ¹ elastycznoœci¹ w dopasowaniu mo liwoœci lokalizacyjnych do wymagañ stawianych systemom ogrzewania charakteryzuj¹ siê obszary poza miejskie. Jest to istotne tym bardziej, e dotychczas istniej¹ce w nich instalacje ogrzewania s¹ zwykle przestarza³e i np. zawieraj¹ ma³o efektywne kot³y opalane wêglem lub s¹ kosztowne tak jak kot³y opalane gazem p³ynnym lub olejem z powodu wysokiej ceny dostarczanego paliwa. W pierwszej fazie projektowania nastêpuje rozwa enie rodzaju dostêpnych zasobów. Ze wzglêdu na mnogoœæ zagadnieñ, w artykule ograniczamy siê do omówienia szeroko pojêtego wykorzystania energii s³onecznej. Energia promieniowania s³onecznego mo e byæ transformowana na ciep³o za pomoc¹ kolektorów s³onecznych (system aktywny) lub œcian s³onecznych (system bierny) oraz drog¹ konwersji fotoelektrycznej za pomoc¹ ogniw fotowoltaicznych na pr¹d elektryczny sta³y. W sposób poœredni energia s³oneczna zakumulowana w gruncie w formie ciep³a mo e byæ przetwarzana dzia³aniem pompy ciep³a wspomaganej zasilaniem elektrycznym. Bardziej z³o onemu procesowi konwersji podlega energia s³oneczna w roœlinach, których spalanie, bezpoœrednie lub w postaci przetworzonej na oleje, pelety itp., pozwala na jej wykorzystanie w procesie spalania tzw. biopaliw. W okreœlonych przypadkach rów- 84

85 nie energia z³ó geotermalnych mo e byæ wykorzystana do celów ogrzewania ca- ³ych zespo³ów obiektów takich jak osiedla lub ca³e miejscowoœci. Poszczególne, szeroko rozumiane sposoby pozyskiwania eps posiadaj¹ okreœlone uwarunkowania, poni ej wymieniono podstawowe [5]: 1. Uk³ady pozyskiwania promieniowania s³onecznego bezpoœredniego wymagaj¹ ekspozycji po³udniowej z mo liwoœci¹ regulacji nachylenia do powierzchni poziomej, a wiêc najdogodniej na powierzchni terenu lub dachach niskich, najlepiej parterowych, zabudowañ. Wymagaj¹ tak e dopasowania trybu zu ycia tej energii do cyklu jej pozyskiwania aby unikn¹æ uszkodzeñ na skutek przegrzania elementów oraz strat ciep³a z powodu stygniêcia masy podgrzanej wody. Znajduj¹ one zastosowanie: do podgrzewania wody u ytkowej (kolektory s³oneczne) w przetwórstwie rolno-spo ywczym, dla celów sanitarno bytowych w obiektach o sta³ym zasiedleniu, dla celów produkcji ywnoœci w zbiornikach hodowlanych, nawadniania roœlin szklarniowych i ogrzewania pod³o a, w suszarnictwie i wspomaganiu ogrzewania pomieszczeñ produkcyjnych (kolektory powietrzne i bierne systemy s³oneczne), suszenie biomasy na biopaliwa sta³e, Rys Obiekt eksperymentalny w Budach Grabskich [8] 85

86 Zaprezentowany na rys obiekt posiada s³oneczne kolektory rurowe (na dachu) oraz p³askie (wolnostoj¹ce), a na terenie przed kolektorami zakopana jest instalacja wymiennika gruntowego. Dostarczaj¹ one ciep³o do instalacji ciep³ej wody u ytkowej pracuj¹cej na potrzeby oœrodka szkoleniowego z zapleczem hotelowym na 30 osób. Dla porównania skali instalacji s³onecznej przedstawiono rys. 2.2., na którym znajduje siê fotografia 2 kolektorów zasilaj¹cych instalacje cwu w domku jednorodzinnym. Rys Kolektory zainstalowane w instalacji przygotowania ciep³ej wody domku jednorodzinnego, lokalizacja Legionowo k. Warszawy [9] 2. Uk³ady wspó³pracuj¹ce z pompami ciep³a dla celów grzewczych zarówno na potrzeby ogrzewania centralnego jak i ciep³ej wody u ytkowej (c.w.u.), wymagaj¹ zapewnienia odpowiedniej mocy ch³odniczej urz¹dzenia ze Ÿród³a energii o ni szym, tzw. dolnym potencjale energetycznym np. z gruntu. Mog¹ one byæ w postaci: studni wody gruntowej, które wymagaj¹ odpowiedniej ch³onnoœci gruntu dla odbioru wody z otworów ch³onnych, lokalizacji tych otworów we w³aœciwej odleg³oœci oraz odpowiedniej jakoœci gruntu zapewniaj¹cego trwa³oœæ obiektu, wymienników gruntowych poziomych i pionowych, które wymagaj¹ du ych powierzchni niezabudowanych. 3. Kot³y mog¹ byæ opalane biopaliwami, ale w takim przypadku nale y rozwa yæ, czy lokalizacja jest uzasadniona ekonomicznie, ze wzglêdu na koszt transportu takiego paliwa. 86

87 4. Wszelkiego rodzaju systemy odzysku ciep³a technologicznego np. z ch³odnictwa czêste przypadki w przetwórstwie ywnoœci, lub odzysku ciep³a z g³êbokiej œció³ki np. w chlewni. 5. Zastosowanie instalacji fotowoltaicznych znajduje uzasadnienie w przypadku, gdy tradycyjny wariant przy³¹czenia do sieci zwi¹zany jest z podwy szonymi kosztami, zw³aszcza je eli zwiêkszenie poboru pr¹du w gospodarstwie wymaga dodatkowych nak³adów ze strony terenowego Zak³adu Energetycznego, które czêsto przenoszone s¹ na u ytkownika. W uk³adach zintegrowanych na terenach wiejskich traktuje siê je zazwyczaj jako instalacje dodatkowe do wspomagania zasilania w energiê elektryczn¹ urz¹dzeñ o niewielkim zapotrzebowaniu mocy (panele PV do pomp cyrkulacyjnych w instalacjach wodnych). Nie bez znaczenia s¹ tak e wzglêdy ekologiczne na terenach znajduj¹cych siê w s¹siedztwie parków przyrodniczych. W takich sytuacjach instalacja montowana jest czêsto na niewielkich obiektach. Najbardziej znanym w naszym kraju przyk³adem takiego zastosowania jest schronisko w Dolinie Piêciu Stawów Polskich. Praktykowane s¹ tak e w obiektach s³u ¹cych do okresowego przebywania ludzi (np. schroniska, osady leœne, pokoje goœcinne, chaty pasterskie), ale tam wymagaj¹ uwzglêdnienia sposobu magazynowania energii i zabezpieczenia uk³adu w okresie braku zapotrzebowania. 6. Œciany s³oneczne, w naszych warunkach klimatycznych, powinny byæ uzupe³nione o elementy z transparentnych materia³ów izolacyjnych i w tej postaci poprawiaj¹ ca³kowity bilans energii budynku, prowadz¹c do zmniejszenia zu ycia energii na cele ogrzewania. Nale y tak e pamiêtaæ o wspó³towarzysz¹cej prawid³owej izolacji budynków i odpowiednim przygotowaniu terenu wokó³ obiektu. Pos³u ymy siê tutaj przyk³adem studium przypadku przeprowadzonym na potrzeby projektu dla Domu Pomocy Spo³ecznej dla kobiet w Jadwinowie k. Lubartowa. Z powodu niskiego natê enia strumieni energii w postaci ciep³a pochodz¹cego ze Ÿróde³ odnawialnych takich jak grunt czy promieniowanie s³oneczne, uk³ady pozyskuj¹ce z nich energiê maj¹ wzglêdnie rozbudowane ruroci¹gi. Jest to jedna z przyczyn znacznych strat ciep³a pozyskanego w elementach czynnych. W porównaniu z grzejnictwem tradycyjnym wydajnoœæ systemów odnawialnych Ÿróde³ energii silniej zale y od samego przebiegu obci¹ enia. Zw³aszcza uk³ady zasilaj¹ce pracuj¹ce przy obci¹ eniu ni szym od przyjêtego w projekcie jako obliczeniowe, maj¹ znacznie zmniejszon¹ efektywnoœæ, co wp³ywa bezpoœrednio na poziom op³acalnoœci rozwi¹zania. Badania prowadzone przez Chochowskiego i in. [2, 3] wykaza³y, e parametry energetyczne poszczególnych sekcji systemu odbiegaj¹ od przewidywanych na podstawie charakterystyk statycznych. Nierównomierne obci¹ enie systemu w kolejnych dobach prowadzi do obni enia sprawnoœci przemian. W zaprojektowanym systemie uda³o siê unikn¹æ d³ugich ruroci¹gów gdy kot³ownia zlokalizowana jest 87

88 w czêœci parterowej budynku z dachem o odpowiedniej dla kolektorów s³onecznych ekspozycji po³udniowej i zachodniej. Proces opracowania koncepcji systemu zintegrowanego przeprowadzono gdy rozwa ano modernizacjê zak³adu opiekuñczego oraz zmianê paliwa z gazu p³ynnego magazynowanego w zbiornikach na terenie posesji na gaz ziemny z sieci lubartowskiej. Projektowany system mia³ wspomagaæ system podstawowy. Zaprojektowana instalacja s³oneczna ma sk³adaæ siê z baterii dwunastu p³askich kolektorów s³onecznych firmy Paradigma typ SOLAR 750. Dziewiêæ kolektorów planowanych jest na po³udniowej stronie dachu kot³owni, natomiast pozosta³e trzy na zachodniej stronie dachu ze skierowaniem w kierunku po³udniowym. Ewentualne uzupe³nienie baterii kolektorów o 8 paneli mo liwe by³oby na terenie uzyskanym po usuniêciu zbiorników na gaz. Spe³niony zosta³ zatem warunek dostêpnoœci Ÿród³a. Kolejnym kryterium do rozpatrzenia by³o dopasowanie obci¹ enia do cyklu wytwarzania ciep³a. W tym przypadku okaza³o siê, e zarówno w cyklu rocznym jak i dobowym wystêpuje idealna zgodnoœæ cyklu zu ycia cieplej wody i wytwarzania ciep³a pochodz¹cego z energii s³onecznej. Ze wzglêdu na podesz³y wiek pensjonariuszek i ma³¹ odpornoœæ na zmiany temperatury k¹piele w okresie zimowym zredukowane s¹ do absolutnie niezbêdnego minimum. Natomiast, w okresie letnim, kiedy otrzymujemy wiêcej energii z promieniowania s³onecznego pensjonariuszki mog¹ czêœciej korzystaæ z k¹pieli. Ponadto w cyklu dobowym równie obserwujemy zgod- 88 Rys Budynek kot³owni i gara y elewacja po³udniowa, na której projektuje siê zamontowanie 12 kolektorów [8]

89 noœæ, gdy k¹piele odbywaj¹ siê w godzinach popo³udniowych gdy obs³uga domu upora³a siê ju ze sprz¹taniem i przygotowaniem posi³ków, a zbiorniki magazynuj¹ce posiadaj¹ wtedy maksymaln¹ iloœæ cieplej wody ogrzanej z baterii kolektorów. W godzinach wieczornych rozpoczyna siê powolne stygniêcie, a obs³uga poza osobami dy uruj¹cymi udaje siê do domu. Domy opieki nie pustoszej¹ w okresie wakacyjnym tak jak osiedla mieszkaniowe czy dzielnice biurowe. Rysunek 2.3. przedstawia po ¹dan¹ lokalizacje kolektorów i z alem mo na tylko stwierdziæ, e przy tylu sprzyjaj¹cych okolicznoœciach nie skorzystano z tego rozwi¹zania. Oœrodki akademickie, szczególnie podatne na edukacyjny aspekt zastosowania Ÿróde³ odnawialnych powinny wnikliwie rozwa aæ kwestiê dopasowania. Rozwi¹zaniem by³by tutaj obiekt goœcinno sportowy z basenem u ytkowany tak e w okresie przerwy w zajêciach. Nie jest uzasadnione zaopatrywanie w energiê s³oneczn¹ budynków wy³¹cznie z pomieszczeniami wyk³adowymi i biurowymi gdy wtedy nale y zagospodarowaæ najwiêksze iloœci energii, gdy zu ycie cieplej wody spada do zera. Przegrzane kolektory ulegaj¹ uszkodzeniu, a magazynowana zbyt d³ugo ciep³a woda staje siê œrodowiskiem sprzyjaj¹cym rozwojowi bakterii. Problem ten nale y równie rozwa yæ przy projektowaniu instalacji ciep³ej wody w domach jednorodzinnych. Pod tym wzglêdem lokalizacje miejskie s¹ uprzywilejowane, gdy w osiedlach domów wielorodzinnych czêœæ mieszkañców pozostaje przez ca³y rok i nawet jeœli nie s¹ to te same osoby przy centralnym przygotowaniu ciep³ej wody zu ycie jest wystarczaj¹ce do zapewnienia ci¹g³ego przep³ywu przez kolektory. Nale y jedynie pamiêtaæ, e zbiorniki magazynuj¹ce powinny byæ jedynie co kilka dni przegrzane powy ej 60 o C, je eli nie dochodzi do tego samoistnie w czasie dzia³ania instalacji. Innym podejœciem do kwestii dopasowania mo e byæ rozwa enie integracji systemu z sieci¹ ciep³ownicza lub energetyczn¹, która mog³aby odbieraæ ewentualne nadmiary energii. Jest to w obecnym stanie administracyjno-prawnym w naszym kraju niezwykle trudne przedsiêwziêcie. Jak dotychczas, najlepiej sprawdza siê po³¹czenie Ÿróde³ geotermalnych z sieci¹ ciep³ownicz¹ lub kot³owni z kot³ami opalanymi biopaliwem w zintegrowaniu z gazowymi zasilanymi gazem sieciowym. W tym ostatnim przypadku, jednak sieæ nie odbiera energii, a jedynie daje mo liwoœæ zredukowania iloœci pobieranego paliwa lub ca³kowitego wy³¹czenia. Szczególnie po ¹dane s¹ takie po³¹czenia w przypadku instalacji fotowoltaicznej i sieci energetycznej. Uzupe³niaj¹ siê w nim dwa aspekty autonomicznej pracy uk³adu odnawialnego oraz profilu regularnej dostawy energii sieci energetycznej. Kolejnym przyk³adem dobrego dopasowania by³aby koncepcja po³¹czenia technologii produkcji i instalacji kolektorowej rozwa ana w ramach studium przypadku dla zak³adu przetwórstwa miêsnego w Ksiê polu. Ze wzglêdu na technologiê masarni wykorzystuje siê gor¹c¹ wodê o temp. do 80 o C na potrzeby zmywania pomieszczeñ technologicznych (rozbiór intensywny ok. godz. 15) oraz ciep³¹ wodê do 60 o C na potrzeby higieny pracowników i technologii produkcji (rozbiór równomierny w godzinach pracy na dwie zmiany). Woda gor¹ca pozyskiwana jest z systemu ch³odniczego oraz kot³ów parowych, które równoczeœnie pracuj¹ na potrzeby c.o. W kon- 89

90 cepcji proponuje siê zasilenie z systemu ch³odniczego oraz z kolektorów s³onecznych, w których cykl pozyskiwania ciep³a jest zgodny z rozbiorem wody w porze dnia, a tak e konwencjonalne wspomaganie z parowych kot³ów gazowych. Nawet przy drobiazgowo opracowanej procedurze walidacji kryterium doboru systemów niezbêdne jest opieranie procesu projektowania o symulacjê która podawa³yby u ytkownikowi oczekiwan¹ iloœæ i rozk³ad zapotrzebowania na energiê przez obiekt w po³¹czeniu z efektami pracy systemu ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji czy oœwietlenia. W przypadku systemów zintegrowanych tak e rozk³ad tych efektów na poszczególne modu³y z jednoczesn¹ mo liwoœci¹ dostosowywania do lokalnych warunków klimatycznych, danego typu produkcji czy sposobu u ytkowania obiektu. W kolejnoœci zostan¹ omówione techniki symulacyjne szczególnie przydatne w pracy uk³adów zintegrowanych ze Ÿród³ami odnawialnymi, a wiêc modelowanie i symulacja na potrzeby in ynierów projektantów, inwestorów czy przedstawicieli œrodowisk regionalnych zajmuj¹cych siê planowaniem rozwoju lokalnej infrastruktury w budownictwie, transporcie czy spo³ecznej. Najbardziej zaawansowane techniki symulacji przydatne s¹ dla projektantów, którzy w przypadku projektowania systemów nietypowych mogliby sprawdzaæ ich efektywnoœæ. Mo liwoœci takie posiadaj¹ programy TRNSYS, ESOP, WUFI oraz algorytmy opracowane metod¹ zastêpczej sieci cieplnej. Na rysunku 2.4 przedstawiono przyk³adow¹ symulacjê wykonan¹ za pomoc¹ oprogramowania TRNSYS na potrzeby zasilania ogniw PV dla Chicago z zestawem 4 paneli Solec 070 w czasie 1 roku. Oprogramowanie to pozwala na symulacje Rys Symulacja dla paneli PV z oprogramowania TRNSYS pakiet TRNSED [6] 90

91 zmian parametrów termodynamicznych w ró nych urz¹dzeniach i ich konfiguracjach wchodz¹cych w sk³ad systemów eps., a tak e ich finansowych konsekwencjach. Jest ono bardzo u yteczne, posiada ró ne pakiety dla poszczególnych typów instalacji, jednak e jest kosztowne, a dostêpne bezp³atne pakiety pracuj¹ wy³¹cznie na danych pochodz¹cych z terenu USA, zarówno geograficznych, klimatycznych jak i rynkowych lub tak jak WUFI niemieckich [4]. Równie producenci urz¹dzeñ dostêpnych powszechnie na rynku polskim dostarczaj¹ projektantom programy symulacyjne ale bez mo liwoœci wgl¹du w uproszczenia obliczeñ. S¹ one proste w obs³udze i udzielaj¹ informacji o iloœci pozyskanej energii, emisji CO 2 i oszczêdnoœci paliw konwencjonalnych. Bardzo przydatne mog¹ byæ dla pracowników administracji lokalnej, aczkolwiek dostosowane s¹ jedynie do instalacji w niewielkich obiektach mieszkalnych. Program taki jak ESOP zosta³ opracowany dla niewielkich obiektów o ustalonej technologii pozyskiwania eps bez mo - liwoœci wprowadzania zmian. Na rysunku 2.4 wyniki symulacji ca³orocznej wykonane dla budynku jednorodzinnego w programie ESOP. Mo na tak e zaproponowaæ polskie rozwi¹zanie oparte na modelowaniu za pomoc¹ uk³adów elektrycznych, które jest uniwersalne gdy w jednym z³o onym uk³adzie mo na modelowaæ przep³yw energii ro nymi noœnikami, nadaje siê zatem dla systemów zintegrowanych. Okreœla siê je mianem zastêpczej sieci cieplnej i nie zosta³o jeszcze skomercjalizowane. Korzystanie z niego jest niew¹tpliwie bardziej pracoch³onne, ale umo liwia kontrolê i zmianê sposobu przeprowadzania symulacji dostarczaj¹c projektantowi informacje o wszelkich uproszczeniach i ich wp³ywie na wyniki obliczeñ. Przyk³adowy wynik symulacji wykonanej t¹ metod¹ przedstawiony jest na rysunku 2.5. Rys Wynik symulacji z programu ESOP Viessmann [7] 91

92 Rys Graficzny obraz wyników symulacji temperatury poszczególnych wêz³ów za³o onego uk³adu zintegrowanego zamodelowanego zastêpcz¹ sieci¹ ciepln¹ w ci¹gu 10 godzin dnia [8] 3. STRATEGIA OPTYMALNEGO WYKORZYSTANIA RÓDE ENERGII Wspó³praca œrodowisk administracji lokalnej z oœrodkami badawczymi, œrodowiskami projektantów i dostawców urz¹dzeñ dla promocji zrównowa onego rozwoju regionalnej infrastruktury, z racjonalnym poszanowaniem œrodowiska naturalnego zarówno w miastach, jak i na terenach wiejskich jest bardzo po ¹dana. Mo e ona przybieraæ równie sformalizowane postaci w oparciu o za³o one programy promocji rozwoju edukacji, przemys³u, a tak e szeroko rozumianej komercji w regionie, czy przedsiêbiorczoœci akademickiej, która ³¹czy w sobie aktywne postawy œrodowiska akademickiego, jego otoczenia, wobec zagadnienia komercjalizacji dorobku naukowego uczelni oraz sposobów u³atwiania przep³ywu nowych wyrobów i technologii do przemys³u. Wœród przejawów zaanga owania w rozwój przedsiêbiorczoœci akademickiej wyró nia siê dzia³ania nie tylko zwi¹zane z komercjalizacj¹ wyników badañ ale tak e nauczaniem przedsiêbiorczoœci czy tworzeniem firm typu spin-off. W regionie lubelskim niew¹tpliwie nale y zwróciæ uwagê na program Rozwój Polski Wschodniej, maj¹c w zamyœle wspó³tworzenie i realizacjê strategii rozwoju dla naszego 92

93 regionu, w tym strategii optymalnego wykorzystania odnawialnych Ÿróde³ energii. Zw³aszcza, e pod wzglêdem dostêpnoœci eps region nasz jest doœæ zasobny, o czym œwiadczy iloœæ 1600 godzin nas³onecznienia rocznie [5]. W celu zapewnienia bezpieczeñstwa energetycznego Polski, projekt polityki gospodarczej w tej dziedzinie, opracowany do 2030 roku, przewiduje w dalszym ci¹gu oparcie siê na wêglu jako g³ównym paliwie elektroenergetycznym. Przewiduje tak e rozwój wykorzystania odnawialnych Ÿróde³ energii (OZE), poprawê efektywnoœci energetycznej, a w konsekwencji równie ograniczenie oddzia³ywania energetyki na œrodowisko. Podejœcie takie wydaje siê w pe³ni uzasadnione jeœli jednoczeœnie wspó³gra z rozwojem konkurencyjnych rynków paliw i energii. Oczekuje siê osi¹gniêcia poziomu wykorzystania OZE w wielkoœci 20% udzia³u w bilansie energii. Znaczn¹ rolê maj¹ tu odgrywaæ biopaliwa, których krajowe technologie produkcji zosta³y rozwiniête na tyle aby mo na by³o wdra aæ je do zastosowañ komercyjnych, jednak e wskazuje siê na koniecznoœæ utrzymania zwolnienia z akcyzy energii pochodz¹cej z OZE. W przypadku bezpoœredniego wykorzystania energii s³onecznej osi¹gniêto równie zadowalaj¹cy poziom rozwoju technologii pozyskiwania utrzymuj¹cy siê na poziomie sprawnoœci 60 80% urz¹dzeñ konwersji termicznej i 25% modu³ów do konwersji fotowoltaicznej (PV). W tym sektorze jednak utrzymanie konkurencyjnoœci wymaga wprowadzenia wielu mechanizmów np. poprzez wdra anie stymuluj¹cych programów wsparcia tak jak w innych krajach europejskich o podobnym potencjale rozproszonych Ÿróde³ energii. Czynnikiem pogarszaj¹cym wskaÿniki ekonomiczne OZE jest w³aœnie niewielka skala urz¹dzeñ i produkcji energii w danej lokalizacji. Sprzyjaj¹cym natomiast to, e urz¹dzenia mog¹ byæ produkowane przez œrednie i ma³e przedsiêbiorstwa bez anga owania takiego potencja³u jak dla stoj¹cej na przeciwleg³ym biegunie uwarunkowañ energetyki j¹drowej. W Polsce wydaje siê istnieæ sprzyjaj¹ca atmosfera do tworzenia klastrów regionalnych, czyli grup przedsiêbiorstw i powi¹zanych z nimi instytucji znajduj¹cych siê w s¹siedztwie, a zajmuj¹cych siê okreœlon¹ dziedzin¹ i wzajemnie siê uzupe³niaj¹cych zmierzaj¹cych do zrównowa onego rozwoju infrastruktury i tworzenia nowych miejsc pracy w regionie. Konieczne rozwi¹zania prawne ju istniej¹, a nowopowstaj¹ce grupy mog¹ korzystaæ z doœwiadczeñ ju dzia³aj¹cych, takich jak Ba³tycki Klaster Energetyczny, Ma³opolski klaster czystych technologii czy Regionalny Klaster w Lublinie. Na podstawie przegl¹du literatury [1, 10] omawiaj¹cej wp³yw uwarunkowañ prawnych, regulowanych okreœlonymi dokumentami, na rozwój OZE w naszym kraju, najistotniejsze znaczenie maj¹: Polityka Energetyczna Polski do 2025 roku, Ministerstwo Gospodarki i Pracy, Zespól do Spraw Polityki Energetycznej dokument przyjêty przez Radê Ministrów w dniu , Wspólnotowe zasady ramowe dotycz¹ce pomocy pañstwa na dzia³alnoœæ badawcz¹, rozwojow¹ i innowacyjn¹, Dz. U. UE, C323 z dn , 93

94 Krajowy Plan Dzia³añ Energetyki dotycz¹cy efektywnoœci energetycznej (EEAP), Warszawa 2007, Rozporz¹dzenie Ministra Œrodowiska z dn. 16 stycznia 2008 r. w sprawie szczegó³owych warunków udzielania pomocy publicznej na przedsiêwziêcia bêd¹ce inwestycjami, zwi¹zanymi z odnawialnymi Ÿród³ami energii, Dz. U. Nr 14, poz. 89 z 29 stycznia 2008, Polityka Energetyczna Polski do 2030 roku projekt Ministerstwa Gospodarki z dnia Niestety, w opiniach znajduj¹ siê zarówno stwierdzenia o pozytywnym jak i negatywnym wp³ywie wymienionych dokumentów na rozwój OZE. 4. PODSUMOWANIE W podsumowaniu mo na stwierdziæ, e nale y d¹ yæ do zdynamizowania rozwoju OZE, szczególnie w naszym regionie energii promieniowania s³onecznego. Nie bêdzie to jednak mo liwe bez ka dorazowego wnikliwego przygotowania studium przypadku, wspó³dzia³ania wielu animatorów gospodarki lokalnej oraz uruchomiania bodÿców pozytywnie wp³ywaj¹cych na wytwarzanie energii ze Ÿróde³ odnawialnych. LITERATURA 1. Borowski P., Powa³ka M. (red.): Planowanie i zarz¹dzanie w energetyce. Wyd. SGGW, Warszawa Chochowski A. i in.: The analysis of energy flux flow in the hybrid system of renewable sources. In: Mikielewicz J & Nowak W. (editors) Heat transfer and renewable sources of energy. Wyd. Polit. Szczeciñskiej, Szczecin 2002, pp Chochowski A. (red.): Technologiczne, ekologiczne i ekonomiczne aspekty energetyki odnawialnej. Wydawnictwo SGGW, Warszawa Chwieduk D., Domañski R. (red.): Renewable Energy. Innovative Technology and New Ideas. Warszawa Gogó³ W.: Konwersja Termiczna Energii Promieniowania S³onecznego w Warunkach Krajowych, Ekspertyza. KTiS PAN, Warszawa paÿdziernik Viessmann, ESOP Wójcicka-Migasiuk D.: Modelowanie zintegrowanych systemów ogrzewania na obszarach wiejskich. In ynieria Rolnicza 1(89)/24, KTR PAN PTIR, Kraków Wójcicka-Migasiuk D.: Zastosowanie metody potencja³ów wêz³owych do analizy i projektowania instalacji s³onecznych ciep³ej wody. Acta Agrophysica Nr 39, 2001, Inst. Agrofizyki PAN w Lublinie paÿdziernik

95 Technical and social aspects of integrated energy supply systems Summary The paper defines and describes factors that should be considered by designers of integrated energy supply systems that incorporate solar systems in particular. In the first point, the author establishes the hierarchy of criteria to apply at subsequent phases of the decision processes carried out when renewable energy systems are to be used. To do this, she takes the advantage of the following case studies: a solar hot water system in an elderly house and an integrated system of steam boilers, heat recovery from a cooling system in connection with solar heating in a food production plant. The images of thermal collectors in experimental objects, i.e.,: the educational centre and the small detached house are presented. Then, the paper indicates the necessity of energy simulations prior to: taking up the decisions of localization and to final verification of the project. Moreover, the examples of simulation results derived from different software such as TRNSED, ESOP and from the method called equivalent thermal network are presented. The advantages and disadvantages of this software are described. The third chapter is focused on forms of promotion that can be applied to positively stimulate the sustainable development of the use of renewable sources in the central eastern region of Poland. It is also explained why this region is predestinated for solar energy use. The most important legislative documents for renewable energy applications are listed. 95

96 Maciej Drabik*, Alina Gil* WIRTUALNE LABORATORIUM POMIAROWE Streszczenie. W artykule przedstawiona zosta³a krótka ewolucja systemu pomiarowego w kierunku programowania graficznego. Opisano konstrukcjê wirtualnego przyrz¹du w programie LabVIEW, metodologiê projektowania systemów pomiarowych w tym programie, cechy przyrz¹dów wirtualnych, i mo liwoœci ich zastosowania w pomiarach laboratoryjnych. WSTÊP W historii pomiarów wielkoœci fizycznych wyró niæ mo na kilka etapów. Najwczeœniejszy z nich to bezpoœrednie porównywanie wielkoœci mierzonej ze wzorcem i dominacja mierników wskaÿnikowych. Drugi etap to wprowadzenie czujników pomiarowych, które zamienia³y wielkoœæ nieelektryczn¹ na elektryczn¹ i sprowadza³y pomiar ró nych wielkoœci fizycznych do pomiaru wielkoœci elektrycznych, za pomoc¹ coraz to nowoczeœniejszych i bardziej dok³adnych przyrz¹dów. Klasyczny uk³ad pomiarowy sk³ada³ siê wówczas z czujnika (przetwornika) odpowiednio dobranego do mierzonego parametru (czujnik termometru, manometr, si³omierz itp.), uk³adu przetworzenia sygna³u i miernika (oscyloskopu, woltomierza, czêstoœciomierza). W kolejnym etapie zastosowano do pomiarów komputer. Pozwoli³o to sterowaæ pomiarami w sposób automatyczny i dowolnie przetwarzaæ wyniki pomiarów. Oprogramowanie, a nie sprzêt zaczê³o decydowaæ o mo liwoœciach uk³adu pomiarowego [1]. KOMPUTER W SYSTEMIE POMIAROWYM Klasyczny sposób budowania systemów pomiarowych z wykorzystaniem komputera polega³ pocz¹tkowo na opracowaniu od zera programu steruj¹cego wraz z poleceniami do komunikacji komputera z urz¹dzeniami wejœcia i wyjœcia. U ywano do tego celu jêzyków wysokiego poziomu (Basic, Pascal, C). Sposób ten bardzo pracoch³onny umo liwia³ odbiór informacji z czujników, przetwarzanie informacji oraz wysy³anie poleceñ. * Maciej DRABIK, Alina GIL Instytut Edukacji Technicznej i Informatycznej, Akademia im. Jana D³ugosza w Czêstochowie. 96

97 Drugim krokiem w kierunku uproszczenia projektowania i uruchamiania systemów pomiarowych by³o opracowanie standardu, który okreœla³ metody programowania przyrz¹dów pomiarowych. W latach dziewiêædziesi¹tych ubieg³ego wieku powsta³ standard SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments). By³ to zestaw instrukcji pozwalaj¹cych na pe³ne zaprogramowanie pracy przyrz¹du pomiarowego niezale nie od jego rodzaju. Kolejnym osi¹gniêciem w dziedzinie projektowania oprogramowania systemów pomiarowych by³o powstanie zintegrowanych œrodowisk pomiarowych. W pocz¹tku lat dziewiêædziesi¹tych rozwój jêzyków programowania wy szego poziomu (Pascal czy C) i graficzny system operacyjny Windows stworzy³y warunki dla rozwoju tych œrodowisk. Na tej bazie ró ne firmy (National Instruments, Hewlett-Packard i inne) zaczê³y budowaæ pakiety programowe wspomagaj¹ce projektowanie systemów pomiarowych o du ych mo liwoœciach pomiarowych i ³atwej obs³udze. Powsta³y œrodowiska tekstowo-graficzne (np. LabWindows/ CVI) i typowo graficzne (LabVIEW). Œrodowiska tekstowo-graficzne s¹ po³¹czeniem projektowania graficznego z pisaniem kodu programu, zaœ graficzne pomijaj¹ zupe³nie pisanie kodu programu. Okaza³o siê wkrótce, e lepiej s¹ odbierane œrodowiska czysto graficzne, a klasyczne jêzyki programowania odchodz¹ do lamusa. Obecnie znakomita wiêkszoœæ œrodowisk programowania systemów pomiarowych, to œrodowiska graficzne [2]. Wynika to z faktu, e korzystaæ z takich œrodowisk mo e zwyk³y u ytkownik komputera, nie znaj¹cy adnych jêzyków programowania. PROGRAMOWANIE W LABVIEW Spoœród kilku œrodowisk programowania graficznego najwiêksz¹ popularnoœci¹ cieszy siê obecnie œrodowisko LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench) opracowane przez firmê National Instruments. Jest to bez w¹tpienia œrodowisko najlepiej opracowane, posiadaj¹ce najszersze biblioteki i bardzo przyjazne dla u ytkownika. Przyjêta terminologia, stosowane symbole graficzne oraz blokowy sposób przedstawienia dzia³ania programu w LabVIEW nie ró ni¹ siê od notacji powszechnie u ywanej przez in ynierów. Ponadto obrazkowy charakter œrodowiska u³atwia graficzn¹ prezentacjê danych [3]. Programowanie w LabVIEW przebiega nastêpuj¹co: projektuje siê panel sterowania urz¹dzenia wirtualnego w oknie panelu, tworzy siê program graficzny w oknie diagramu, projektuje siê ikonê (z³¹cze) reprezentuj¹c¹ program, umo liwiaj¹c¹ jego do³¹czanie do innych programów. Panel stanowi interaktywny interfejs z u ytkownikiem (rys. 1). Symuluje on p³ytê czo³ow¹ rzeczywistego przyrz¹du pomiarowego [4]. Umieszczone s¹ na nim zadajniki (Controls) s³u ¹ce do wprowadzania danych do programu (prze³¹czniki, 97

98 pokrêt³a, wyœwietlacze) oraz wskaÿniki (Indicators) s³u ¹ce do wyprowadzania danych z programu do u ytkownika (wyœwietlacze, wykresy itp.). Do obs³ugi elementów panelu u ywa siê myszy, klawiatury lub ekranu dotykowego. Rys. 1. Panel oscyloskopu w œrodowisku LabVIEW Rys. 2. Diagram oscyloskopu w œrodowisku LabVIEW 98

99 Diagram na rysunku 2 zawiera program Ÿród³owy aplikacji w jêzyku graficznym. Na diagramie umieszczone s¹ ikony reprezentuj¹ce poszczególne elementy programu (bloki funkcjonalne) oraz po³¹czenia miêdzy elementami wskazuj¹ce kierunek przep³ywu danych. Programy w LabVIEW s¹ sterowane przep³ywem danych, co oznacza, e kolejny wêze³ diagramu blokowego zaczyna dzia³aæ, kiedy ma potrzebne dane na wszystkich swoich wejœciach, a koñczy dzia³anie generuj¹c dane na wszystkie swoje wyjœcia. Brak jest tutaj ograniczeñ sekwencyjnego programowania tekstowego, bloki funkcjonalne mog¹ mieæ wiele niezale nych wejœæ danych, wiele operacji mo e byæ wykonywanych jednoczeœnie. Metodyka projektowania systemu pomiarowego Metodykê projektowania systemu pomiarowego w LabVIEW podzieliæ mo na na kilka etapów [2]: 1. Wstêp do projektu: a) okreœlenie funkcji i parametrów projektowanego przyrz¹du, b) dobór w³aœciwej czêœci sprzêtowej (czujniki, urz¹dzenia akwizycji itp.), c) analiza sterownika czêœci sprzêtowej lub zaprojektowanie w³asnego sterownika. 2. Tworzenie panelu graficznego przyrz¹du pomiarowego: a) umieszczenie w oknie edytora panelu elementów niezbêdnych do dzia³ania przyrz¹du tj.: pokrête³, suwaków, wyœwietlaczy itp., b) odpowiednie rozmieszczenie i konfiguracja elementów panelu. 3. Tworzenie diagramu blokowego (graficznego kodu Ÿród³owego): a) rozmieszczenie istniej¹cych ikon (przenosz¹ siê one na diagram automatycznie z tworzonego panelu graficznego ikony s¹ odpowiednikami elementów panelu), b) wstawianie dodatkowych elementów i procedur (o ile s¹ one konieczne): pêtle np.: while, case, funkcje interfejsu, sterowniki rzeczywistych przyrz¹dów, struktury typu sequence itp., c) ³¹czenie elementów w taki sposób aby przyrz¹d dzia³a³ prawid³owo. 4. Uruchomienie i testowanie programu. WIRTUALNE PRZYRZ DY POMIAROWE W klasycznym laboratorium pomiarowym jest wiele ró nych mierników. Ka dy z nich umo liwia pomiar przewa nie jednej wielkoœci fizycznej i posiada odpowiednie pokrêt³a, przyciski, wyœwietlacze dostosowane do jego zadañ. U ytkownik przyrz¹du nie mo e zmieniæ sposobu dzia³ania i rodzaju wielkoœci fizycznej mierzonej przez przyrz¹d. Jeœli chce mierzyæ inn¹ wielkoœæ musi nabyæ kolejny przy- 99

100 rz¹d. Podobnie ma siê rzecz z przyrz¹dami generuj¹cymi ró ne sygna³y analogowe lub cyfrowe [5]. Rozwój programowania graficznego i œrodowisk takich jak LabVIEW stworzy³ alternatywê dla klasycznych przyrz¹dów pomiarowych. Pojawi³y siê bowiem wirtualne przyrz¹dy pomiarowe. Wirtualny (z ³ac. virtualis mo liwy) to mog¹cy zaistnieæ lub teoretycznie mo - liwy [4]. Jest to coœ, co nie istnieje w rzeczywistoœci, lecz spe³nia swoj¹ rolê za pomoc¹ innych œrodków lub metod ni tradycyjne. Obecnie pojêcie wirtualny wi¹- e siê œciœle z technik¹ komputerow¹ jako: istniej¹cy jedynie na ekranie i w pamiêci komputera, ale zachowuj¹cy siê jak w rzeczywistoœci. Czêsto spotykamy siê z pojêciami okreœlanymi jako wirtualne. Bankowe karty p³atnicze nazywamy wirtualnymi pieniêdzmi. Nie s¹ one podobne do monet czy banknotów, ale pe³ni¹ ich rolê, czyli pozwalaj¹ dokonywaæ p³atnoœci. Przyrz¹dy wirtualne umo liwiaj¹ wykonywanie prawdziwych pomiarów, chocia innymi metodami. W klasycznych przyrz¹dach u ywamy przycisków i prze³¹czników umieszczonych na p³ycie czo³owej. W przyrz¹dzie wirtualnym p³yta czo³owa z przyciskami, prze³¹cznikami jest symulowana na ekranie komputera i obs³ugiwana za pomoc¹ myszy, klawiatury lub ekranu dotykowego. Wiêkszoœæ tradycyjnych uk³adów pomiarowych zast¹piæ mo emy przez nowy uk³ad sk³adaj¹cy siê z czujnika, modu³u przygotowania sygna³u i komputera wyposa- onego w kartê akwizycji sygna³ów (DAQ) wraz z odpowiednim oprogramowaniem (DasyLab, LabWindows/CVI, LabVIEW i inne). Oprogramowania te pozwalaj¹ budowaæ wirtualne przyrz¹dy pomiarowe i steruj¹ce. Wykorzystuj¹ one ogromne i wci¹ rosn¹ce mo liwoœci komputerów w obliczeniach i prezentacji wyników. Tak, wiêc w przyrz¹dzie wirtualnym sygna³ podawany jest nie na wejœcie np. oscyloskopu, lecz karty DAQ komputera, w którym jest program realizuj¹cy zadania oscyloskopu, czyli oscyloskop wirtualny. Gdy jest nam potrzebny inny przyrz¹d np. woltomierz, to wy³¹czamy program oscyloskopu i w³¹czamy inny program realizuj¹cy zadania woltomierza, czy dowolnego innego przyrz¹du. Jeœli nie mamy odpowiedniego programu realizuj¹cego potrzebny przyrz¹d wirtualny, to mo emy sobie sami taki program napisaæ wykorzystuj¹c np. œrodowisko programowania LabVIEW. Do najistotniejszych zalet przyrz¹du wirtualnego nale y jego elastycznoœæ funkcjonalna tzn. jeden blok sprzêtowy (komputer + karta akwizycji sygna³ów DAQ) umo liwia tworzenie szerokiego zbioru ró nych przyrz¹dów wirtualnych realizuj¹cych ró ne funkcje [6]. Fakt ten oraz redukcja czêœci sprzêtowej przyrz¹du do minimum, spowodowa³y znaczne zmniejszenie kosztu przyrz¹du. Oprócz tego, czas opracowania nowego przyrz¹du i jego modyfikacji w œrodowiskach programowych typu LabVIEW jest bardzo krótki. W rzeczywistym (autonomicznym) przyrz¹dzie pomiarowym jest tylko jeden wyœwietlacz lub skala, na których przedstawiane s¹ wszystkie informacje. Dla przyrz¹du wirtualnego brak jest takich ograniczeñ ka dy zadany parametr pomiaru mo e mieæ oddzielny wskaÿnik. Dlatego obs³uga przyrz¹dy wirtualnego jest intuicyjna 100

101 i prosta. Istnieje równie du a dowolnoœæ kszta³towania p³yty czo³owej. Mo na dowolnie rozmieszczaæ wskaÿniki, wybieraæ ich kszta³t, styl i wielkoœæ. Mo na dobieraæ kszta³t i rozmiar wyœwietlaczy, kolory poszczególnych elementów i t³a, rodzaje linii wykresowych itp. Szersze s¹ równie mo liwoœci przedstawiania wyników. Nie musz¹ to ju byæ pojedyncze liczby, ale równie tabele, tablice, macierze, wykresy. Brak jest te tych ograniczeñ w przetwarzaniu wyników, jakie narzuca przyrz¹d klasyczny. Oprogramowanie pozwala dowolnie rozszerzyæ zakres przetwarzania i analizy wyników. Wirtualny obwód szeregowy RLC Poni ej przedstawiono panel (rys. 3) i diagram (rys. 4) przyrz¹du wirtualnego symuluj¹cy dzia³anie prostego idealnego obwodu szeregowego RLC [7]. W przyrz¹dzie tym eksperymentator ma mo liwoœæ zadawania wartoœci czêstotliwoœci napiêcia zasilaj¹cego oraz wartoœci oporu, indukcyjnoœci i pojemnoœci. Przyrz¹d oblicza wartoœæ natê enia pr¹du w obwodzie oraz wartoœci napiêæ na poszczególnych elementach obwodu. Panel czo³owy przyrz¹du zawiera nastêpuj¹ce obiekty: l cztery wskaÿniki wskazówkowe (Natê enie pr¹du, Napiêcie UR, Napiêcie UC, Napiêcie UL) z umieszczonymi dodatkowo wskaÿnikami numerycznymi; l l trzy kontrolki numeryczne R, L, C do zadawania wartoœci elementów uk³adu; dwie kontrolki numeryczne w postaci ga³ek (Napiêcie, Czêstotliwoœæ) do zadawania parametrów napiêcia zasilaj¹cego; Rys. 3. Panel czo³owy przyrz¹du wirtualnego 101

102 l l przycisk logiczny Stop (Koniec symulacji) który s³u y do koñczenia pracy programu; elementy graficzne. Wartoœci zadawane przez eksperymentatora: U wartoœæ napiêcia zasilaj¹cego w V (woltach), F czêstotliwoœæ napiêcia zasilaj¹cego w Hz (hercach), R opór rezystora w obwodzie w W (omach), L indukcyjnoœæ cewki w H (henrach), C pojemnoœæ kondensatora w F (faradach). Wartoœci poœrednie i poszukiwane: X L reaktancja indukcyjna w W (omach), X L = 2pfL; X C reaktancja pojemnoœciowa w W (omach), X C = 1/(2pfC); Z impedancja obwodu w W (omach), Z = R 2 + (X L X C ) 2 ; I wartoœæ natê enia pr¹du w obwodzie w A (amperach), I = U/Z; U R wartoœæ napiêcia na rezystorze R w V (voltach), U R = I R; U L wartoœæ napiêcia na indukcyjnoœci L w V (voltach), U L = I X L ; U C wartoœæ napiêcia na pojemnoœci C w V (voltach), U C = I X C. Na diagramie przyrz¹du (rys. 4) widzimy wszystkie elementy umieszczone w panelu. S¹ to zadajniki napiêcia, czêstotliwoœci, oporu, indukcyjnoœci i pojemnoœci, wskaÿniki napiêcia V, natê enia I oraz napiêæ U R, U L, U C. Jest te wy³¹cznik stop. Obliczanie potrzebnych parametrów X L, X C, Z odbywa siê w strukturze Formula Rys. 4. Diagram przyrz¹du wirtualnego 102

103 Node. Dla zapewnienia ci¹g³oœci funkcjonowania programu wprowadzono pêtlê While. Modu³ oczekiwania Wait zapobiega monopolizacji zasobów komputera przez nieustannie wykonywan¹ pêtlê. PODSUMOWANIE Komputer z odpowiednim oprogramowaniem mo e zast¹piæ wiele (niejednokrotnie bardzo drogich) przyrz¹dów pomiarowych. Wirtualne przyrz¹dy pomiarowe to nowoczesne narzêdzia pomiarowe, które coraz czêœciej stanowi¹ podstawê stanowisk laboratoryjnych wykorzystywanych w procesie dydaktycznym, ³¹cz¹c aspekty edukacyjne, pomiarowe i symulacyjne. Dziêki nim studenci zapoznaj¹ siê z mo liwoœci¹ wykorzystania w codziennej pracy nowoczesnych technik badawczych i obs³ug¹ zintegrowanych systemów pomiarowych. LITERATURA 1. Winiecki W., Organizacja komputerowych systemów pomiarowych. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa Winiecki W., Nowak J., Stanik S., Graficzne zintegrowane œrodowiska pomiarowe. Wydawnictwo MIKOM, Warszawa T³acza³a W., Œrodowisko LabVIEW w eksperymencie wspomaganym komputerowo. WNT, Warszawa Œwisulski D., Komputerowa technika pomiarowa. Agenda Wydawnicza PAK, Warszawa Jemielniak K., Przyrz¹dy wirtualne Winiecki W., Nowak J., Stanik S., Graficzne zintegrowane œrodowiska programowe. Wydawnictwo MIKOM, Warszawa Virtual measuring laboratory Summary This article presents history and the present of graphical programming. It describes construction of virtual instrument in the programme LabVIEW, and methodology of projects of measuring systems in this programme and qualities of virtual instruments, and possibilities of their applications in measuring laboratory. 103

104 Sylwester Korga* WYKORZYSTANIE SYSTEMU FLASH MX DO WIZUALIZACJI CECH PRODUKTU NA PRZYK ADZIE DOBORU KOLORYSTYKI I GEOMETRII KÓ SAMOCHODU Streszczenie. Przedstawiono sposoby wykorzystania systemu Flash MX do tworzenia wizualizacji z³o onych zadañ technicznych. Mo liwoœci programu pokazano na przyk³adzie wirtualnej oferty dotycz¹cej zmiany cech produktu doboru koloru, stylizacji oraz elementów dodatkowych. Wizualizacja u³atwia szybsze podejmowanie decyzji zwi¹zanej z wyborem konkretnego wariantu wyrobu. 1. WSTÊP Jednym z podstawowych problemów w procesach wytwarzania wyrobów na rynek jest ich odpowiednie zaprezentowanie potencjalnym klientom. Mo e to dotyczyæ ró nych cech danego produktu. Przyk³adowo, kolorystyki, kszta³tu doboru ró - nych elementów sk³adowych produktu.. Np. w motoryzacji kolorystyki poszczególnych elementów czy te kszta³tu i geometrii felg. By móc wstêpnie zobrazowaæ klientowi poszczególne mo liwoœci cech produktu konieczne jest przeprowadzenie analizy wstêpnej. Przedstawienie ró nych po³¹czeñ komponentów w produkcie u³atwia klientom wybór przy zakupie auta jak równie daje mo liwoœæ wirtualnego zaprezentowania produktów sprzedawcom. Narzêdziem, które doskonale nadaje siê do rozwi¹zywania tego typu problemów jest Flash Mx [1, 2, 3]. Zaistnia³¹ problematykê mo na omówiæ na przyk³adzie doboru felg do samochodu. Warunkiem szybkiego i przejrzystego rozwi¹zania problemu w warunkach wirtualnych jest mo liwoœæ roz- ³o enia projektu na warstwy. Mo liwe jest wówczas rozmieszczenie elementów konstrukcyjnych o zmiennych cechach na ró nych poziomach warstw programu. 2. OKREŒLENIE STRUKTURY PROGRAMU Projektowanie formatki programu w du ej mierze zale y od mo liwoœci oprogramowania wykorzystanego do jego budowy. Aplikacja Flash posiada bardzo wygodn¹ mo liwoœæ roz³o enia projektu na warstwy i umieszczania poszczególnych jego elementów na ró nych poziomach. Korzyœci p³yn¹ce z wykorzystania warstw nie tylko * Sylwester KORGA Katedra Podstaw Techniki, Politechnika Lubelska. 104

105 przyspieszaj¹ ale tak e u³atwiaj¹ pracê. Sposób rozmieszczenia trzech warstw zosta³ pokazany na rysunku 1. Prawid³owo i precyzyjnie skonstruowana aplikacja jest efektywnym narzêdziem strategicznym promowania produktów. Dlatego te stworzony projekt musi charakteryzowaæ siê spójnoœci¹ cech wizualnych. Rys. 1. Rozmieszczenie warstw dla aplikacji 3. TWORZENIE PROGRAMU DLA OFERTY OKREŒLONEGO WYROBU Prostym przyk³adem odzwierciedlenia problematyki mo e byæ wykorzystanie zagadnieñ designu samochodowego. Opracowana wizualizacja samochodu powinna odzwierciedlaæ ró norodne mo liwoœci produkcyjne firmy oraz powinna stanowiæ integraln¹ czêœæ oferty. Funkcjonalnoœæ przyk³adowo tworzonej oferty reklamowej w formie programu umo liwia efektywny i szeroko rozumiany dialog miêdzy oferentem a nabywc¹. Znaczenie poszczególnych czêœci sk³adowych oferowanego produktu jest zró nicowane, dlatego trzeba po³o yæ nacisk na ró norodnoœæ jego cech np. kolorystyki lub te wyposa enia dodatkowego auta. Opracowany projekt materia³u reklamowego zanim trafi do klienta musi zostaæ poddany szczegó³owym analizom odbioru. Poszczególne uwarunkowania obiektu musz¹ zostaæ zbadane pod wzglêdem odbioru komunikatu i rodzaju skojarzeñ jakie zostan¹ odebrane przez odbiorcê. Jednym z wa niejszych bodÿców odbieranych przez psychikê cz³owieka s¹ kolory. W podanym przyk³adzie uk³ad kolorystyczny t³a zosta³ tak stworzony by graficz- 105

106 na winieta nakierowywa³a wzrok odbiorcy na element docelowy. W³aœciwie u yty kolor mo e wzmocniæ komunikat natomiast jego z³e u ycie mo e spowodowaæ utratê zainteresowanie ofert¹. Oprócz wykorzystania palety barwnej wa ne s¹ równie komponenty dodatkowe i przejrzysty ich uk³ad. Przy wyborze produktu i jego komponentów istnieje psychologia kszta³tów i barw oparta na abstrakcyjnym i emocjonalnym wyborze tych cech, które podobaj¹ siê klientowi. Istniej¹ pewne zasady specyficznego postrzegania optycznych kszta³tów i kolorystyki, które zapadaj¹ w œwiadomoœci cz³owieka. W g³ównej mierze dzieje siê to dziêki odmiennoœci produktu lub zespo³owi cech które przeistaczaj¹ zwyk³y obiekt w obiekt unikatowy i odmienny wzglêdem oferty konkurencji. Odbiór dobranych komponentów auta np. felg i kolorystyki jest ró ny w zale noœci od upodobañ nabywców dlatego te koniecznoœci¹ jest budowanie szerokiego asortymentu mo liwoœci sprzeda y. Ci¹g³oœæ komunikatów wizualnych przedstawianych klientowi bêdzie pracowa³o na korzyœæ oferty produktu. Oddanie charakteru produktu nie jest ³atwe, dlatego te konieczne jest prezentowanie szerokiej gamy oferty by oferowany przedmiot zosta³ wybrany przez klienta z poœród wielu podobnych znajduj¹cych siê na rynku. Ró norodnoœæ cech produktu oraz przedstawienie go w œwietle wielu rozwi¹zañ musi zostaæ powi¹zana ze strategi¹ rynkow¹. Przyk³ad wirtualnej oferty dotycz¹cy zmiany cech produktu zosta³ pokazany na rysunku 2. Rys. 2. Aplikacja uwzglêdniaj¹ca ró norodnoœæ cech produktu 106

107 Przygotowanie oferty spe³niaj¹cej tego typu wymagania wi¹ e siê z zastosowaniem specjalistycznego oprogramowania. Wykorzystanie oprogramowania Flash daje mo liwoœæ ³¹czenia elementów grafiki oraz nadania im funkcji interaktywnoœci. Modu³ komponentu leadera wsparty kodem Action Script pozwala wczytywaæ poszczególne pliki graficzne w zale noœci od wyboru dokonanego przez u ytkownika. Stworzona aplikacja mo e byæ kompilowana na ró ne formaty tj.: *.swf, *.html, *.exe, *.mov i inne. Dziêki temu mo e byæ wykorzystywana jako autonomiczny program, element stron internetowych lub te jako film. Mo liwoœci zastosowania programu Fash Mx jest wiele i zale ¹ one w g³ównej mierze od wyobraÿni i potrzeb twórców projektów. W dobie nieograniczonego dostêpu do Internetu oferenci nie mog¹ sobie pozwoliæ na niewykorzystywanie tak efektywnego sposobu komunikacji z odbiorcami. 4. PODSUMOWANIE Wyeksponowanie poszczególnych cech produktu mo e mieæ kluczowe znaczenie podczas sprzeda y i negocjacji cenowych. Konieczne jest wówczas zastosowanie specjalistycznego oprogramowania. Dla celów stworzenia ró norodnych wizualizacji wybrano Flash MX, który doskonale spe³ni³ swoje zadanie. Mo liwe jest okreœlenie wygl¹du produktu oraz mo liwoœci oferowanych przedmiotów, co jest odpowiedzi¹ na przedstawiony w pracy problem. Wa na jest realizacja poszczególnych kroków opisanych w powy szej pracy, dziêki czemu wyselekcjonowana grupa docelowa mo e okreœliæ czy badany przedmiot spe³nia ich wymagania. Mo liwoœci wykorzystania programu daj¹ mo liwoœæ zmian koloru lakieru, stylizacji sylwetki oraz komponentów dodatkowych np. felg ma pozwoliæ potencjalnym klientom szybciej podj¹æ decyzjê dotycz¹c¹ wyboru wyrobu. LITERATURA 1. Bargie³ D.: Flash MX w praktyce. Wydawnictwo Helion, Keating J.: Flash MX, Vademecum profesjonalisty. Wydawnictwo Helion. 3. Kotler P.: Marketing. Wydawnictwo Rebis, Using Flash MX for visualization of product mark on example car wheels colour and geometry assortment Summary There were proposed the way of use Flash MX system for visualization complicated technical tasks. The possibilities of program were shown on example of virtual offer of alternation product assortment colour, style and equipment. Decision to choose a proper variant of product made more faster and easier by visualization. 107

108 Sylwester Korga* WYKORZYSTANIE PROGRAMU SOLIDWORKS DO MODELOWANIA PRZEDMIOTÓW NA PRZYK ADZIE WIESZAKA NA UBRANIA Streszczenie. W publikacji opisano program SolidWorks do tworzenia modeli przedmiotów w projektowaniu komputerowym. Mo liwoœci wykorzystania programu pokazano na przyk³adzie wieszaka na ubrania. Stwierdzono, e narzêdzie to znacznie u³atwia i przyspiesza proces modelowania oraz konstruowania wyrobów. 1. WSTÊP Wzrost wymagañ dotycz¹cych wyboru produktów istniej¹cych na rynku zmusi³ projektantów do stosowania ró norodnych rozwi¹zañ dotycz¹cych tworzenia szerokiego asortymentu oferowanych przedmiotów. Niestety koniecznoœæ kreowania szerokiej oferty produktów w warunkach rzeczywistych zwi¹zana jest z koniecznoœci¹ poniesienia kosztów finansowych i ogromnego nak³adu czasu. Wytwarzanie produktów od podstaw w realnych warunkach metod¹ prób i b³êdów nie jest zbyt dobrym rozwi¹zaniem z punktu widzenia ekonomicznego. Dlatego te wystêpuje koniecznoœæ dotycz¹ca szybszego tworzenia przedmiotów przy jednoczesnym zmniejszeniem nak³adów finansowych. Istnieje wiele narzêdzi pozwalaj¹cych rozwi¹zaæ tego typu problemy. Na potrzeby tej pracy zosta³ wykorzystany system SolidWorks [1, 2, 3], poniewa daje on ogromne mo liwoœci podczas tworzenia wirtualnych modeli dwu i trójwymiarowych. Dziêki temu mo liwe jest szybsze i dok³adniejsze modelowanie ca³ych podzespo³ów i zespo³ów modeli. 2. PROJEKTOWANIE I OKREŒLENIE STRUKTURY WYROBU Wszelkie dzia³ania podjête przy tworzeniu modeli uzale nione s¹ w g³ównej mierze od stworzenia prawid³owej struktury z³o onoœci wyrobu i realizacji poszczególnych jego czêœci sk³adowych. Zwi¹zane jest to z dobraniem odpowiednich cech konstrukcyjnych poszczególnych modeli. Dzia³ania projektowo konstrukcyjne dotycz¹ce zmiany cech obiektów abstrakcyjnych przyczyniaj¹ siê do stworzenia modelu koñcowego. Przy projektowaniu przedmiotów, nale y pamiêtaæ o wykorzystaniu pro- * Sylwester KORGA Katedra Podstaw Techniki, Politechnika Lubelska. 108

109 stych, ale funkcjonalnych rozwi¹zañ technologicznych. SolidWorks daje mo liwoœæ dojœcia do celu na wiele sposobów, dlatego te wybór odpowiedniej metody w du- ym stopniu zale y od doœwiadczenia projektanta. Zastosowanie tego systemu pozwala na tworzenie rozmaitych przedmiotów z ró nych dziedzin ycia cz³owieka. W niniejszej pracy problematyka stworzenia przyk³adowego przedmiotu zostanie opisana na podstawie szeregu czynnoœci zwi¹zanych z wizualizacj¹ wieszaka na ubranie. Na rysunku 1 pokazano wygl¹d wyrobu koñcowego, natomiast w tabeli 1 podano strukturê budowy wieszaka. Poszczególnym elementom wieszaka nadano numery od 1 do 7, zosta³y one opisane w tabeli 1. Rys. 1. Wygl¹d koñcowy i struktura budowy modelowanego obiektu wieszaka Tabela 1. Zbiór elementów wchodz¹cych w sk³ad wieszaka (rys. 1) /S 1D]ZDF] FL,OR üv]wxn á F]\QD SRGSRUD SyáND RSDUFLH NRáR QRJD XFKZ\W 109

110 Na rysunku 2 i 3 przedstawiono przyk³ady projektowania dwuwymiarowego czêœci uchwytu i nogi wieszaka. W rysunkach uwzglêdniono przekroje elementów przygotowuj¹c je tym samym do wykorzystania operacji tworzenia modelu trójwymiarowego. Przy tworzeniu zarysów obiektów wiele opcji programu wspiera prace projektanta. Ciekawe mo liwoœci wykorzystania wybranego programu mo na zaobserwowaæ na rysunkach 2 i 3, gdzie specjalnie stworzone do tego celu modu³y daj¹ mo liwoœæ utworzenia inteligentnego wymiaru, którego u ycie jest intuicyjne a system sam ustawia d³ugoœci linii pozwalaj¹c od razu zmieniæ ich parametry. Rys. 2. Projekt dwuwymiarowy nogi przygotowany do tworzenia modelu trójwymiarowego Rys. 3. Projekt dwuwymiarowy uchwytu przygotowany do tworzenia modelu trójwymiarowego 110

111 Opracowanie elementów dwuwymiarowych pozwala na ich dalsze modelowanie tym razem ju w przestrzeni. Problematyka tworzenia modeli 3D zosta³a omówiona w rozdziale trzecim. 3. MODELOWANIE BRY OWE CZÊŒCI SK ADOWYCH WYROBU Czynnoœci modelowania obiektów zazwyczaj rozpoczynane s¹ od przygotowania ich rzutów na p³aszczyÿnie a nastêpnie w zale noœci od zaistnia³ej potrzeby wykorzystywane s¹ modu³y programu, dziêki którym tworzone s¹ bry³y modeli. Na rysunkach 4 i 6 pokazano metodê tworzenia otworu przy wykorzystaniu opcji wyciêcia. Poszczególne modu³y menu wykorzystywane w systemie SolidWorks wspomagaj¹ prace projektowania i modelowania specjalnym pomocniczym menu kontekstowym ukazanym po lewej stronie rysunku. Dziêki takiemu rozwi¹zaniu wystêpuje bardzo skuteczna komunikacja pomiêdzy systemem a u ytkownikiem. Rys. 4. Tworzenie otworu z wykorzystaniem opcji wyci¹gniêcie wyciêcia w ³¹czynie Tego typu rozwi¹zanie daje mo liwoœæ uzyskania kontroli nad tworzeniem modelu. Rysunek 5 obrazuje mo liwoœæ tworzenia nietypowych kszta³tów w tym wypadku zaokr¹gleñ krawêdzi przy wykorzystaniu modu³u operacji zaokr¹glenia. Kontekstowe menu boczne zawiera w sobie opcje wyboru, co do sposobu przeprowadzenia krzywizn jak równie pasek danych wejœciowych wprowadzanych przez u ytkownika. Zarówno wyci¹ganie konturów bry³ jak równie tworzenie wyciêæ mo e byæ realizowane przez okreœlenie najrozmaitszych kszta³tów i wymiarów. Mo liwe jest tworzenie skomplikowanych i z³o onych zarysów w zale noœci od z³o onoœci obiek- 111

112 Rys. 5. Tworzenie zaokr¹glenia p³aszczyzn w pó³ce Rys..6. Tworzenie otworu z wykorzystaniem opcji wyci¹gniêcie wyciêcia 112

113 tów. Na rysunku 7 mo na zaobserwowaæ tworzenie wpustów poprzecznych w modelowanym obiekcie. Mo liwe jest tak e dok³adne okreœlenie g³êbokoœci wyciêcia gniazda jak równie kierunki, w których maj¹ zostaæ stworzone. Tworzenie modeli o przekroju cylindrycznym oparte jest na zarysie dwuwymiarowym obiektu (patrz rys 2 i 3) dziêki czemu istnieje mo liwoœæ okreœlenia linii jak i k¹ta obrotu. Przyk³ady modeli stworzonych t¹ metod¹ zosta³y pokazane na rysunkach 8 i 9. Na tym etapie tworzenia modeli mo liwy jest powrót do rysunku 2D by móc dokonaæ ewentualnych zmian, jeœli oczywiœcie bêdzie taka koniecznoœæ. Rys. 7. Tworzenie wpustów poprzecznych Rys. 8. Model nogi wieszaka otrzymany za pomoc¹ opcji baza przez obrót 113

114 Rys. 9. Model uchwytu wieszaka utworzony za pomoc¹ opcji baza przez obrót Niezale nie od tego, jaka jest liczba poszczególnych czêœci w strukturze tworzonego obiektu, ka dy z elementów powinien tworzony byæ tylko raz. Po zapisaniu modeli u ytkownik bêdzie mia³ mo liwoœæ wielokrotnego importowania modeli na pole pracy z³o enia, co by³oby niemo liwe przy projektowaniu za pomoc¹ o³ówka i kartki. Jest to niezwykle wa ny czynnik, który przyspiesza pracê projektantów i technologów. 4. MONTA ZESPO ÓW I PODZESPO ÓW ORAZ ICH RENDERING Przedstawiona w pracy kolejnoœæ czynnoœci nazywana jest projektowaniem od do³u w górê. Polega ona na zaprojektowaniu i modelowaniu czêœci a nastêpnie wstawienia ich do z³o enia. Tworzenie z³o enia jest realizowane od zaimportowania wczeœniej stworzonych modeli do przestrzeni z³o eñ. Przyk³ad zaimportowanych modeli zosta³ pokazany na rysunku 10. Mimo tego, e niektóre z elementów zosta³y stworzone tylko jeden raz, mo na wstawiæ je na pole pracy wielokrotnie. Po ustawieniu elementów w przestrzeni nadawane s¹ im relacje, czyli wi¹zania. Menu systemowe w zale noœci od potrzeby rozmieszczenia obiektów dysponuje wieloma modu³ami, dziêki którym mo emy nadawaæ i odbieraæ przedmiotom stopnie swobody. Efekt nadania relacji równoleg³oœci p³aszczyzn zosta³ pokazany na rysunku 11. Po prawid³owym ustaleniu relacji istnieje mo liwoœæ zablokowania przestrzennego modeli by uniemo liwiæ przypadkowe zniszczenie dotychczasowej pracy. Sukcesywne odbieranie stopni swobody i nadawanie relacji poszczególnym elementom przyczynia siê do powstania ca³kowitego z³o enia patrz rys

115 Rys. 10. Widok zaimportowanych obiektów do przestrzeni z³o eñ Rys. 11. Nadawanie relacji zaimportowanym elementom 115

116 W trakcie pracy z obiektami przyjmuj¹ one kolorystykê, która jest ustawiona w systemie jako domyœlna, w tym wypadku jest to kolor szary. Tego typu wizualizacja obiektu nie wygl¹da korzystnie w œwietle prezentowanego produktu. Wykorzystanie funkcji renderingu pozwala nadaæ obiektowi kolor z palety kolorów jak równie wzory ró norodnych tekstur np. imituj¹cych drewno. W ten oto sposób mo liwe jest tworzenie przedmiotu, który ³udz¹co podobny jest do rzeczywistego. Wygl¹d z³o onego wieszaka, który zosta³ poddany procesowi renderingu zosta³ pokazany na rysunku 12. Rys.12. Wizualizacja wieszaka po procesie renderingu 5. PODSUMOWANIE Wybrane oprogramowanie SolidWorks jest systemem, który bardzo dobrze radzi sobie z przedstawionymi w pracy problemami. Tworzony model mo e byæ renderowany odpowiednimi teksturami dziêki czemu istnieje mo liwoœæ stworzenia odpowiedniej iloœci produktów w asortymencie. Mo liwoœci programu umo liwiaj¹ tworzenie wirtualnych produktów, które mog¹ staæ siê podstaw¹ do dzia³añ w warunkach rzeczywistych. Omówione w pracy przyk³ady obrazuj¹ tylko pewien zakres wykorzystania programu. 116

117 Nadawanie tekstury modelom pozwala tworzyæ wizualizacje obiektów bliskie rzeczywistemu wygl¹dowi. Wybrane przyk³ady zosta³y dobrane tak aby mo na by³o opracowaæ i omówiæ zagadnienia dla procesu dydaktycznego w zakresie wykorzystania wiedzy informatycznej dotycz¹cej modelowania bry³. Dziêki temu modelowanie komputerowe wsparte renderingiem wykorzystywane jest jako wielozadaniowe narzêdzie w pracy konstruktorów. Poprzez pracê z abstrakcyjnymi modelami mo liwe jest minimalizowanie nak³adów finansowych chocia by przez dostêp do stworzonej dokumentacji. Pozwala ono rozwi¹zaæ problematykê modelowania konstrukcji omówionej w pracy. LITERATURA 1. Babich M.: SolidWorks 2006 w praktyce. Wydawnictwo Helion Lombard M.: SolidWorks 2009 Bible. John Wiley & Sons Inc Howard W., Musto J.: Introduction to Solid Modeling Using SolidWorks McGraw Hill Book Co Using SolidWorks programme for modelling the objects on example of clothes hanger Summary SolidWorks programme to create the models of objects in computer designing were described in the paper. The possibilities of program were shown on example of clothes hanger. This programme made more easier and faster the articles modelling and designing were confirmed. 117

118 Jan Eugeniusz Malinowski* OD ZDROWIA CZ OWIEKA DO IN YNIERII PATENTOWEJ WYBRANE ZAGADNIENIA Streszczenie. W publikacji przedstawiono, w przekonaniu autora, wa ne i potrzebne dla wszystkich ludzi zagadnienia obejmuj¹ce: przyczyny i skutki zachwiania równowagi miêdzy hormonami, czas trwania ci¹ y prawid³owej, objawy p³odnoœci, leczenie niep³odnoœci, zale noœæ liczby dzieci nienarodzonych od pochodzenia i wychowania cz³owieka, sposoby rozpoznawania czasu jajeczkowania i czasu p³odnoœci, znaczenie wykresów podstawowej temperatury cia³a we wczesnym wykrywaniu i leczeniu stanów poronienia zagra aj¹cego, odkrycie objawów p³odnoœci, nowoczesny sposób oznaczania dni p³odnych i niep³odnych kobiety, nienaruszalnoœæ prawa do ycia ka dego cz³owieka, rolnictwo ekologiczne, zdrowa ywnoœæ a zdrowie cz³owieka, organizmy zmodyfikowane genetycznie a niep³odnoœæ i rak, wartoœæ starych i nowych norm medycznych, g³ówne Ÿród³o alkoholu propylowego, niezbêdne nienasycone kwasy t³uszczowe, nowoczesny lek roœlinny oraz zagadnienia in ynierii patentowej. WPROWADZENIE Zdrowie cz³owieka zale y w 54% od stylu ycia, stanu psychologicznego, zachowania w tym od modelu od ywiania, w 20% od warunków œrodowiskowych, które wp³ywaj¹ na jakoœæ ywnoœci, w 16% od potencja³u genetycznego i tylko w 10% od stanu placówek medycznych (Amerykañskie Centrum Kontroli Chorób). W zwi¹zku z tym nie tylko zasady postêpowania lekarskiego musz¹ byæ zgodne z prawami natury. Bez œwiadomoœci i pokory wobec praw naturalnych nie mo emy prawid³owo kszta³towaæ naszego bytu. Profilaktyka to najlepsze lekarstwo. adne prawo nie przetrwa na œwiecie przez wieki, jeœli nie wywodzi siê z praw zwi¹zanych z przyrod¹ lub natur¹ cz³owieka. Najwiêksza m¹droœæ objawia siê poprzez najprostsze i najbardziej naturalne zjawiska, i nie jest rozpoznawana w³aœnie dlatego, e wszystko jest takie proste i naturalne (Johann Peter Hebel). Szko³a Hipokratesa nacechowana by³a trosk¹ o zdrowie chorego (³ac. salus aegroti suprema lex zdrowie chorego najwy szym prawem). Leczenie mia³o polegaæ na wspomaganiu naturalnych procesów zdrowienia, a naczeln¹ zasad¹ by³o nieszkodzenie choremu (³ac. primum non nocere po pierwsze nie szkodziæ). * Jan Eugeniusz MALINOWSKI Instytutu Po³o nictwa i Ginekologii HYPPOCRATES Dr Jan Eugeniusz Malinowski, Warszawa. 118

119 PRZYCZYNY I SKUTKI ZACHWIANIA RÓWNOWAGI MIÊDZY HORMONAMI Podstawowa temperatura cia³a jest wa nym badaniem przesiewowym w onkologii. Jako autor programu powszechnych przesiewowych badañ hormonalnych u kobiet dr Jan Eugeniusz Malinowski wykaza³, e tylko 3% kobiet w ma³ eñstwach i 16% wdów oraz innych kobiet samotnych ma nieprawid³owe wykresy krzywej podstawowej temperatury cia³a. Wœród badanych ma³ eñstw z kart¹ powszechnych sposobów rozpoznawania czasu jajeczkowania i czasu p³odnoœci prowadzon¹ codziennie przez co najmniej 10 lat nie stwierdzono raka piersi. Byæ mo e wprowadzono w³aœciwe dzia³ania zapobiegaj¹ce wyst¹pieniu nowotworu piersi. Oceny wymaga równie wp³yw œrodowiska zw³aszcza pe³nowartoœciowego ywienia (polifenoli o bardzo silnym dzia³aniu antyoksydacyjnym, niezbêdnych nienasyconych kwasów t³uszczowych i wielu innych sk³adników ywnoœci) za pomoc¹ certyfikowanych produktów rolnictwa ekologicznego i certyfikowanych produktów przetwórstwa ekologicznego oraz zdrowego stylu ycia. Rak piersi jest najczêstszym nowotworem z³oœliwym u kobiet i nowotwór ten rzadko jest spotykany u kobiet przed trzydziestym rokiem ycia. Najwiêcej zachorowañ obserwuje siê u kobiet miêdzy 50. a 70. rokiem ycia, spotykany jest czêœciej w krajach rozwiniêtych. Rak gruczo³u piersiowego jest nowotworem o d³ugiej fazie przedklinicznej, objawia siê po latach utajonego wzrostu (choæ jak zwykle s¹ wyj¹tki), wykrywany jest on zbyt póÿno. Wœród wszystkich nie leczonych kobiet z rakiem piersi 10-cio letnia prze ywalnoœæ wynosi 5%. Wczesne wykrycie zmian nowotworowych ma pierwszorzêdne znaczenie dla powodzenia leczenia. Karmienie piersi¹ jest jedn¹ z najprostszych i najskuteczniejszych metod ochrony przed zachorowaniem na raka sutka. Im wiêcej dzieci tym mniej przypadków tej choroby. Galen z Pergamonu (Galenius Claudius lekarz grecki, kontynuator prac Hipokratesa) ju na pocz¹tku ery Jezusa Chrystusa podejrzewa³, e smutek, lêk i melancholia mog¹ wywo³aæ raka piersi. Stresy mog¹ powodowaæ u kobiet zachwianie równowagi miêdzy estrogenami, progesteronem i prolaktyn¹, co sprzyja rozwojowi chorób piersi. Du o by siê zmieni³o na lepsze, gdyby ludzie zauwa yli, e szkodliwy dla zdrowia stres w wiêkszoœci wypadków jest wynikiem ich w³asnych zachowañ, e jest on nastêpstwem wygórowanych lub zbyt skromnych wymagañ, zamiarów i potrzeb realizowanych w nieodpowiednim czasie. Stres powstaje czêsto, gdy wewnêtrznie lub zewnêtrznie nie doroœliœmy do zadañ stawianych samym sobie, czy te mamy wewnêtrzne opory przed ich podjêciem. Nasze cia³o reaguje, gdy stale jest zmuszane do ignorowania swoich naturalnych rytmów rytmów Ksiê yca, biorytmów itd. Z pocz¹tku, gdy jesteœmy m³odzi, negatywne skutki s¹ prawie niezauwa alne lub mo na je zwalczyæ tabletk¹. Z czasem jednak ta coraz wiêksza liczba ma³ych impulsów sumuje siê a do wyst¹pienia choroby, której przyczyny z trudnoœci¹ mo na wykryæ objawy to tylko wierzcho³ek góry lodowej. Nie tylko wieloletnie stosowanie hormonalnych œrodków antykoncepcyjnych zwiêksza ryzyko powstawania nowotwo- 119

120 rów z³oœliwych piersi. Wszystkie sposoby i œrodki antykoncepcyjne i wczesnoporonne maj¹ szkodliwy wp³yw na organizm cz³owieka. Dr Jan Eugeniusz Malinowski, autor programu powszechnych przesiewowych badañ hormonalnych u kobiet za pomoc¹ wykresów krzywej podstawowej temperatury cia³a oraz programu zapobiegania nowotworom i wczesnego ich wykrywania, nigdy nie ordynowa³ tych sposobów i œrodków. Wizja budowania cywilizacji przyjaznej nam i naszym genom wolnej od nowotworów jest w pe³ni zasadna i mo liwa do zrealizowania. Nie wolno lekcewa yæ p³odnoœci i jej objawów, zdolnoœci do zap³odnienia, zdolnoœci wytwarzania komórek p³ciowych i zwi¹zanej z ni¹ mo liwoœci poczêcia siê dziecka, w³asnego programu jajnika, ca³ego uk³adu hormonalnego. Kto lekcewa y prawa pochodz¹ce z samej natury, nie mo e prawid³owo kszta³towaæ naszego bytu. CZAS TRWANIA CI Y PRAWID OWEJ Graniczne wartoœci czasu trwania ci¹ y nie by³y œciœle okreœlone. Dlatego dr Jan Eugeniusz Malinowski. wraz z wspó³autorem (Marian Lech Malinowski) w pracy pt. Data jajeczkowania a data porodu przedstawionej na I Kongresie Naukowo-Szkoleniowym nt. Nasze kontrowersje w po³o nictwie i ginekologii (Zegrze, czerwca 2005) okreœlili czas trwania ci¹ y prawid³owej, który wynosi dni licz¹c od daty jajeczkowania. Wykazali oni, e ci¹ a przenoszona albo przeterminowana w rzeczywistoœci nie istnieje. Wiek dziecka w ³onie rodziców nale y ustalaæ wed³ug daty jego poczêcia siê i tylko za pomoc¹ codziennie wype³nianej karty objawów p³odnoœci zmieni³ liczby wielu badañ dodatkowych w tym ultradÿwiêkowych, liczbê porodów indukowanych i liczbê planowych ciêæ cesarskich wykonywanych tylko z powodu braku daty jajeczkowania i rozpoznawania ci¹ y przenoszonej. Krajowy specjalista prof. dr hab. med. Bogdan Chazan w dniu 21 kwietnia 2001 roku wyg³osi³ wyk³ad pt. Standardy opieki po³o niczej w okresie ci¹ y, w którym czêœciowo uwzglêdni³ zasady postêpowania dr Jana Eugeniusza Malinowskiego i zaleci³ obowi¹zkowe badanie ginekologiczne we wzierniku w czasie nastêpuj¹cych wizyt: 1., 2., 4., 6., 8. i 10., czyli 6 ocen wydzieliny z pochwy na 11 kontrolnych wizyt lekarskich (patrz schemat 1). W Instytucie Po³o nictwa i Ginekologii HYPPOCRATES badanie ginekologiczne we wzierniku i ocenê wydzieliny z pochwy przeprowadza siê w czasie ka dej wizyty lekarskiej. Jeœli ma³ eñstwo ustala czas p³odnoœci w ka dym swoim cyklu miesi¹czkowym, wówczas czas trwania cyklu nie ma oczywiœcie adnego znaczenia i ma to niezwykle korzystny wp³yw na liczbê porodów operacyjnych i stan zdrowia spo³eczeñstwa. Bez wykresów podstawowej temperatury cia³a czêsto nie mo na prawid³owo prowadziæ dziecka i jego rodziców do porodu, a systematyczne badanie wydzieliny z pochwy i leczenie wykrytych zmian mog¹ ograniczyæ niemal do zera liczbê porodów wed³ug polskiego nazewnictwa niewczesnych (miêdzy 17. a 28. tygodniem ci¹ y) i przedwczesnych wystêpuj¹cych z powodu niewczesnego pêkniêcia zmienionych zapalnie b³on p³odowych. 120

121 Schemat 1. Opieka ambulatoryjna podczas ci¹ y fizjologicznej 121