velikol.ru
1



ДОСТИЖЕНИЯ НАУКИ В ПРАКТИКУ



МАСС-СПЕКТРОМЕТР ВЫСОКОЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СИЛЫ

Доктор физико-математических наук Н. Е. АЛЕКСЕЕВСКИЙ

Как хорошо известно, в большинстве обычных масс-спектрометров, первые модели которых были созданы еще Демпстером, расходящийся пучок ионов данной массы, ускоренный электрическим полем, попадая в однородное магнитное поле, отклоняется и после поворота на 180° фоку­сируется, т. е. вновь собирается, принимая форму узкой полоски. При этом ионы, имеющие большую массу, будут двигаться по окружности с боль­шим радиусом, величина которого определяется массой, скоростью иона и напряженностью магнитного поля.

Приборы, использующие однородное магнитное поле, строятся и в СССР и за рубежом; в последнее время они находят все более широкое применение как в научно-исследовательских учреждениях, так и на про­мышленных предприятиях. Эти приборы позволяют, например, разделять изотопы ртути, имеющие массы 196, 198, 199, 202, 204, и дают возможность определять относительное содержание каждого изотопа в исследуемом образце. Однако если требуется определить изотопный состав водорода, то возникает необходимость разделить пучки молекулярных ионов ННН+ и НД+ с массой 3, причем в данном случае разница в массе этих молекул определяется лишь разностью энергий связи нуклонов в ядрах водорода и дейтерия и составляет примерно полторы тысячных массовой единицы.

Определить содержание дейтерия в водороде при помощи обычных приборов с однородным полем прямым методом невозможно, поэтому при­ходится прибегать к косвенным методам. Аналогичный случай имеет место и при анализе воздуха в присутствии СО и С2Н4, когда требуется разреше­ние линий масс-спектра с массой 28, состоящей из СО, N2, С2Н4.

Если для отклонения пучка ионов вместо однородного поля использо­вать поле, убывающее от центра к периферии, то тогда более тяже­лые ионы, двигаясь по большим радиусам, попадут в область более сла­бого магнитного поля и, следовательно, будут меньше отклоняться от своего первоначального направления. При этом, однако, в неоднородном магнитном поле расходящийся ионный пучок соберется в узкую линию (т. е. будет иметь место фокусировка) лишь в том случае, если пучок по­вернется на угол больше 180°. Величина угла, при котором будет про­исходить такая фокусировка, возрастает с увеличением неоднородности магнитного поля. Автором этой статьи совместно с Г. П. Прудковским,

б*

68

^ Н. Е. АЛЕКСЕЕВСКИЙ

Г. И. Косоуровым и С. И. Филимоновым было показано 1, что если исполь-човать усеченное магнитное поле и расположить источник и приемник на






диусе и ширине щелей (рис. 1). Благодаря этому открывается возмож­ность разрешить большинство сложных линий масс-спектра и выполнить анализы, для которых непригодны обычные приборы с однородным маг­нитным полем. Высокая разрешающая сила приборов, основанных на описанном принципе, позволяет, кроме того, избавиться от линий фона,

1 См.: Н. Е. Алексевский, Г. П. Прудковский, С. И. Филимонов. «Доклады Академии наук СССР», 1955,

Г. И. Косоуров, 100, № 2, стр. 229.

^ МАСС-СПЕКТРОМЕТР ВЫСОКОЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СИЛЫ 69











вследствие чего такой прибор может найти широкое применение, напри­мер, при анализе микропримесей в сверхчистых веществах, используемых в полупроводниковой технике.

Реализация принципиальных возможностей приборов с неоднородным полем требует некото­рого изменения источника ионов для уменьшения отклонения скоростей ионов от средней скорости в ионном пучке. Для этой цели оказывается доста­точным направить пучок электронов перпендику­лярно щелям ионного источника (рис. 2).

Различные лабораторные варианты таких при­боров были построены в Институте физических проблем Академии наук СССР. Промышленный вариант прибора с неоднородным полем разрабо­тан Государственным союзным конструкторским бюро аналитического приборостроения и выпущен в конце 1957 г. в двух экземплярах, один из ко­торых успешно прошел испытания и направлен на международную выставку в Брюссель (рис. 3). На рис. 4 приведена одна из спектрограмм (трип­лет массы «28» СО+—N2+—C2H4+), полученных при испытании этого прибора. Необходимо нала­дить серийный выпуск приборов такого типа, поскольку многие промышленные и научные организации заинтересованы в их получении.








^ СОВЕТСКИЙ «ГИББЕРЕЛЛИН»

Член-корреспондент АН СССР Н. А. КРАСИЛЬНИКОВ

На протяжении многих лет нами проводились исследования почвенной микрофлоры, и в частности изучались так называемые микробы-актива­торы, стимулирующие рост и развитие растений.

Стимулирующая роль микробов давно отмечалась исследователями. Еще в конце прошлого столетия Гейер, а затем Циммерман описали бак­терии, которые живут в листьях некоторых растений и как симбионты ока­зывают активирующее действие на их рост. Исследования Ионга показали, что некоторые бактерии-симбионты настолько необходимы для растения ардизии, что без них эти растения остаются карликовыми, не зацветают и не плодоносят. В наших опытах водное растение ряска (Lemna minor), которой так обильно зарастают пруды, очень плохо росло или совсем пре­кращало рост, если его помещали в чистый питательный раствор, лишен­ный бактерий-активаторов. В одной серии опытов мы имели: в контроле 106 экземпляров, выросших за 50 дней, а в присутствии бактерий (Pseu-domanas sp.) — 580. Сухой вес их в первом случае составлял 26 мг, во втором — 200 мг.

Обитая в тканях растений, микробы-симбионты синтезируют особые вещества, которые поступают в растения и вызывают усиление роста и отдельных процессов. Некоторые микроорганизмы оказывают на растения органотропное действие. Они активируют рост и развитие одной какой-либо части растения или усиливают одну какую-либо его функцию.

В последние годы мы концентрировали внимание на наиболее актив­ных микробах — стимуляторах роста, отобранных из большой коллекции бактерий, грибов, актиномицетов и дрожжей. Были отобраны 4 организма, которые, по нашему мнению, представляют особый интерес: два — из актиномицетов, третий — из дрожжей группы Torulapsis и четвертый — из грибов группы Fusarium. Первые три выделены нами из разных почв Со­ветского Союза, последний изолирован из стебля пораженной виноградной лозы в Средней Азии. От каждого штамма были получены активные ве­щества.

Препараты от культур актиномицетов имеют вид буроватого порошка (сырец) и обозначены нами буквами A1 и А2. Они стимулируют рост го­роха, клевера, вики, причем вещество А2 более активно действует на рост корневой системы вики и гороха (но не клевера), чем А1. В условиях ла­бораторного эксперимента, в вегетационных сосудах, в песке и в почве при­рост сухой массы растений от препаратов был на 30—60% выше, чем у контрольных. Мы обрабатывали 0,1%-ным раствором препарата семена. Эффективность отмечается и при орошении поверхности листьев. Слабее действуют эти препараты на рост пшеницы и кукурузы: урожай сухой массы был на 16—28% выше, чем в контроле. Высота растений пшеницы в опыте достигала 16—17 см, а в контроле— 12—13 см, высота кукуру-

советский «гиббереллин» 71

зы — соответственно 18—20 и 13—15 см. Изучение препаратов продол­жается.

Третий препарат («Д»), полученный из культуры почвенных дрож­жей, имеет вид темно-бурой массы, растворяется в воде. Он обладает силь­ными стимулирующими свойствами. Пшеница, кукуруза и горох, обрабо­танные слабым (0,01%-ным) раствором препарата (путем орошения или намачиванием семян), развиваются значительно быстрее, прирост сухой массы увеличивается на 50—100% и более. Высота 3-недельных растений была: у пшеницы — в контроле 15—16 см, в опыте 20—30 см, у кукуру­зы—соответственно 18—20 и 25—40 см, у гороха— 10—12 и 20—25 см.

Особое внимание мы уделяли четвертому препарату, так как по своим свойствам он очень близок к описанной в литературе гиббереллиновой ки­слоте. Он и обозначен нами как препарат «Г» или «советский гибберел­лин». Нужно сказать, что так называемые гиббереллины — особые веще­ства, резко стимулирующие рост растений,— вызывают в последние годы большой интерес. Эти вещества образуются почвенными грибами из груп­пы фузариумов — Giberella.

Известным до сих пор продуцентом гиббереллиновых препаратов яв­лялся так называемый гриб Gibberella fujikuroi (конидиальная стадия Fusarium moniliforme). Впервые этот гриб был изолирован японским ученым Курозавой в 1926 г. из тканей больного растения риса. Он являет­ся возбудителем болезни риса «баканае», при которой стебли сильно вытя­гиваются, листья слегка желтеют, урожай понижается.

Курозава заметил, что своими продуктами метаболизма этот гриб ока­зывает стимулирующее действие на рост разных растений. В 1939 г. дру­гой японский ученый — Ябута — выделил в химически чистом виде ак­тивное вещество, которое было названо им гиббереллином. В 1952— 1954 гг. в Англии, а затем в США от гриба Giberella fujikuroi были полу­чены три препарата: гиббереллин А1 гиббереллин А2 и гиббереллин А3, или гиббереллиновая кислота (иначе гиббереллин X). Гиббереллиновая кислота оказалась наиболее активной, и поэтому она лучше изучена. В на­стоящее время этот препарат вырабатывается многими фирмами за рубе­жом и в США, Англии, Японии, ряде других стран широко испытывается.

У нас действие гиббереллиновой кислоты на растения подробно изу­чено профессором М. X. Чайлахяном, который пользовался американским препаратом.

Наш препарат «Г», или «советский гиббереллин», получен от гриба Fusarium sp. Этот гриб хорошо растет на синтетической среде с глюкозой как источником углеродистого питания. Мицелий хорошо развивается сначала на поверхности жидкой среды, затем заполняет всю ее толщу. Особенно обильное развитие гриба происходит в условиях непрерывного встряхивания среды, в качалках. Мицелий толстый, с частыми перегород­ками. Протоплазма сначала однородная, затем с возрастом становится вакуолистой, заполняется жировыми капельками и гликогеном. Гифы рас­членяются слабо; палочковидных элементов появляется мало. Образуются микроконидии. Среда становится зеленой или буровато-зеленой. На плот­ных агаризованных средах культура имеет хорошо развитый воздушный мицелий, совершенно белый, пушистый. Мицелий обычный, образует много микроконидий. Макроконидии не образуются, вследствие чего не удается установить видовую принадлежность гриба. Культура заметно отличается от продуцента гиббереллиновой кислоты — культуры Giberella fujikuroi штамма Стадола 1. Этот штамм образует типичные макрокони-

1 Для сопоставления мы параллельно с нашим штаммом и полученным от него препаратом «Г» исследовали штамм Стадола, любезно присланный из Англии профес­сором П. В. Брианом.

72 ^ Н. А. КРАСИЛЬНИКОВ

дии, имеет и микроконидии. При развитии в жидкой среде в качалках весь мицелий расчленяется на палочковидные и дрожжеподобные элементы. Среда становится мутной, не окрашивается или приобретает желтоватый оттенок.

Активное вещество образуется на 3—4-е сутки роста, максимум его на­капливается на 7—10-е сутки при температуре 25—26° и на этом уровне держится до 15-х суток, затем активность падает. При лабораторном куль­тивировании в состоянии покоя вещество синтезируется в большем коли­честве, чем в качалках. В условиях глубинной ферментации (ферментеры емкостью 100 л) синтез лучше происходит при ограниченной аэрации.

Выделение и химическая очистка вещества производились в основном по методу Стадола с небольшими изменениями2. Культуральная жид­кость, освобожденная от мицелия, смешивалась с активированным углем, который затем отфильтровывался, промывался водой, несколько подсу­шивался и суспендировался в метаноле, содержащем 5% концентриро­ванного раствора аммиака. После размешивания уголь удалялся фильтро­ванием. Полученный фильтрат упаривался в вакууме до предельно мини­мального объема. Концентрат, освобожденный от аммиака и метанола, подкислялся серной кислотой до рН = 3—4, и затем вещество из него экстрагировалось этилацетатом. Экстракт промывался водой до слабой реакции на сульфаты, сушился прокаленным сернокислым натрием и упаривался в вакууме. Остаток вновь извлекался смесью сухого этилацетата с бензолом для удаления всей воды. Полученное вещество перекристаллизовывалось в небольшом количестве этилацетата при кипении с по­следующей обработкой петролейным эфиром. В результате всех этих операций был получен кристаллический продукт беловатого цвета с желто­вато-буроватым оттенком; химически чистый препарат гиббереллиновой кислоты, полученной от штамма Стадола, совершенно белый.

Пока нельзя сказать, является ли наш препарат гиббереллиновой ки­слотой с той же химической структурой. Для такой идентификации тре­буются специальные химические исследования препарата. Но по раство­римости и другим показателям, а также по своему действию на растения он не отличается или почти не отличается от чистого препарата гибберел­линовой кислоты, полученной от штамма Стадола. Положительное дейст­вие его проявляется в ничтожно малых концентрациях. Как и препарат Стадола, он уже в количестве 1—2 μг вызывает определенную реакцию усиления роста у растения (горох). Оптимальные концентрации — в преде­лах 50—100 μг на 1 л воды. При орошении таким раствором молодых ра­стений гороха, огурцов, кукурузы стимулирующий эффект выявляется очень быстро: через 10—20 дней после орошения растения были в пол­тора-два раза выше контрольных (обработанных водой). Наибольший эф­фект стимуляции наблюдался у гороха, несколько более слабый — у куку­рузы, менее резко реагировала пшеница.

Рост растений заметно ускорялся и при обработке препаратом «Г» се­мян. Мы намачивали в течение 2—3 час. семена гороха, кукурузы, пше­ницы, вики, огурцов слабым (0,002 %-ным) раствором и затем высевали в почву в вегетационные сосуды. Через 3 недели опытные растения были значительно выше контрольных. Урожай сухой массы гороха оказался на 60—70% выше контроля. Наименьший прирост ее наблюдался у пше­ницы — 20—25% по отношению к контролю. При обработке семян раство­ром препарата Стадола прирост сухой массы получался меньше: по го­роху— 25—30%, по пшенице— 18%, а в некоторых случаях даже мень-

2 Химическая очистка выполнена сотрудником Института микробиологии Академик наук СССР Ю. М. Хохловой.

^ СОВЕТСКИЙ «ГИББЕРЕЛЛИН» 73

ше—15%. Не исключено, что это различие обусловлено недостаточной очисткой нашего препарата (увеличение прироста сухой массы могло быть вызвано какими-либо примесями).

Как и зарубежный препарат, отечественный «гиббереллин» не оказы­вает влияния на рост корневой системы.

Замечательной особенностью гиббереллиновой кислоты является дей­ствие ее на растения-двулетники: капусту, репс, морковь, свеклу и др. Эти растения, как известно, в первом году роста образуют вегетативную массу, розетку листьев и корнеплоды, но выбрасывают цветочные побеги, зацве-тают и дают семена только на второй год жизни. Если на такие растения подействовать гиббереллиновой кислотой, то они образуют цветочные побеги и зацветают уже на первом году. Эту реакцию М. X. Чайлахян наблюдал у растений длинного дня — у табака Сильвестрис и у рудбекии.

Препарат «Г» в опытах М. X. Чайлахяна дает точно такой же эффект. Рудбекия, получавшая ежедневно по одной капле раствора препарата (концентрация — 0,002%), вскоре выбрасывала цветочные побеги, тогда как контрольные растения оставались в розетке. Интенсивность роста опытных растений была примерно такой же, как и при обработке гиббереллиновой кислотой.

Мы считаем, что препарат «Г» представляет собой если не типичную гиббереллиновую кислоту, то во всяком случае вещество, близкое к ней. Целесообразно организовать широкое испытание этого препарата в раз­личных местах страны, на разных опытных станциях и на колхозных по­лях с целью выяснения возможностей его использования в полеводстве, садоводстве, овощеводстве. Для этого необходимо прежде всего обеспе­чить выработку по предложенной нами методике надлежащего количества препарата на заводских установках антибиотической промышленности.





^ БЕСКОНТАКТНЫЕ УСТРОЙСТВА ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ-ТЕЛЕСИГНАЛИЗАЦИИ

Кандидат технических наук В. А. ЖОЖИКАШВИЛИ, кандидат технических наук К. Г. МИТЮШКИН

Создание бесконтактных автоматических и телемеханических систем •является одной из серьезных проблем современной автоматики. Развитие бесконтактной телемеханики связано в основном с появлением новых маг­нитных материалов с прямоугольной петлей гистерезиса и разработан­ными на их базе импульсными магнитными элементами. Эти элементы по­зволили создать быстродействующие распределители импульсов и импульс­ные реле, которые в принципе полностью решают задачу конструирования бесконтактных устройств телеуправления.

С точки зрения принципов построения и выбора структуры устройств бесконтактная аппаратура позволяет добиться существенного упрощения телемеханических устройств благодаря применению методов, реализация которых была невозможна при использовании контактной аппаратуры. В частности, при использовании бесконтактной аппаратуры оказывается возможным применить непрерывный метод передачи, широко распростра­ненный в радиолокации, радиотелеуправлении, радиотелеметрии и т. д., но не применяющийся в настоящее время в промышленном телеуправле­нии. В ряде случаев этот метод позволяет упростить схемы телемеханики и сэкономить дорогостоящую аппаратуру каналов связи.

Лабораторией телеуправления Института автоматики и телемеханики Академии наук СССР совместно с лабораторией телемеханики Централь­ной научно-исследовательской электротехнической лаборатории Ми­нистерства электростанций разработаны бесконтактные телемеханические устройства спорадического и непрерывного действия, основной аппарату­рой которых являются магнитные импульсные элементы с прямоугольной петлей гистерезиса. Питание устройств осуществляется от сети перемен­ного тока промышленной частоты, служащей одновременно генератором импульсов. Без существенных изменений такие устройства могут работать при частоте 25, 150 или 450 гц. Допускается колебание напряжения пи­тания на ±15—20%.

В устройстве телесигнализации спорадического действия (рис. 1) ис­пользуется распределительный метод селекции с временным избиранием, что обеспечивает циркулярность сигнализации и возможность работы че­рез существующие посты высокочастотной связи. Питание осуществляется переменным током частотой 50 гц, напряжением 220 или 127 в. В устройстве предусмотрено преобразование частоты с помощью магнит­ного делителя или умножителя. Импульсы в канале связи следуют с той частотой, которая выбрана в качестве рабочей, а интервалы между им­пульсами могут иметь различную длительность.

^ БЕСКОНТАКТНЫЕ УСТРОЙСТВА ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ 75

Включение устройства при телесигнализации производится блоком автоматического запуска, состоящим из параллельно включенных транс­форматоров.

Распределитель импульсов выполнен на магнитных элементах по одно-тактной схеме с общим сопротивлением в цепи связи и поставлен в режим самовозбуждения, при котором он автоматически включается в работу при подаче на него напряжения; материалом сердечников служит лента или феррит с прямоугольной петлей гистерезиса. На той ступени распре­делителя, которая соответствует замкнутому положению блок-шайбы конт­ролируемого объекта, происходит переключение генератора импуль­сов с распределителя на блок об­разования избирающего признака. Этот блок представляет собой счетную схему, также выполнен­ную на элементах с прямоуголь­ной петлей гистерезиса. Количест­во сердечников в его цепочке оп­ределяется необходимым отноше­нием избирающего интервала к неизбирающему и не зависит от емкости устройства. Обычно число сердечников (п) заключено в пре­делах I < п < 5. Блок, отсчитав п периодов частоты питания, вновь подключает генератор импульсов к каналу связи.

Образование временного из­бирающего признака путем отсче­та определенного количества пе­риодов переменного тока обеспечивает строго фиксированную продолжи­тельность избирающего импульса или интервала. Стабильность избираю­щего признака определяется стабильностью генератора импульсов, в дан­ном случае стабильностью тока промышленной частоты.

На диспетчерском пункте импульсы, поступающие из канала связи, усиливаются линейным усилителем и приводят в движение приемный рас­пределитель импульсов. Это обеспечивает синхронное движение распреде­лителей на контролируемом и диспетчерском пунктах. Существенно отме­тить, что при таком способе не требуется наличия синхронных и синфаз­ных источников питания на этих пунктах.

Выходные цепи распределителя импульсов связаны с цепями управле­ния индивидуальных сигнальных реле через общий блок фиксации изби­рающего интервала, представляющий собой трансформатор, питающийся усиленными линейными импульсами. Вторичная обмотка трансформатора нагружена на RC контур. Конденсатор контура разряжается только во время избирающего интервала, и выходной импульс с соответствующего элемента распределителя проникает в цепь управления избираемого сиг­нального реле. Блок защиты осуществляет контроль синхронного хода распределителей и разрешает исполнение только при отсутствии рассин-хронизации. В случае рассинхронизации блок защиты приводит распреде­литель в исходное положение и посылает автоматический запрос. В спо­койном состоянии устройства по линии связи протекает ток контроля.

Бесконтактное устройство, подобное описанному, принято в эксплуа­тацию в системе Мосэнерго.

Устройство телеуправления-телесигнализации непрерывного действия

76 в. а. жожикашвили, к. г. митюшкин

(рис. 2) основано на применении синхронно и синфазно работающих рас­пределителей импульсов контролируемого и диспетчерского пунктов. Не­обходимым условием работы системы является наличие синхронных источ­ников переменного тока на обоих пунктах. Распределители выполнены из элементов с прямоугольной петлей гистерезиса. Распределитель контроли­руемого пункта, выполненный по замкнутой кольцевой схеме, поставлен в режим самовозбуждения, при котором он автоматически запускается при подаче на схему напряжения питания. Каждый раз при срабатывании первого элемента распределителя на контролируемом пункте в канал



связи посылается синхрони­зирующий импульс.

Распределитель импуль­сов диспетчерского пункта не замкнут в кольцо и не запус­кается от подачи напряже­ния питания. Запуск осуще­ствляется синхронизирующим импульсом, перемагничиваю-щим его первый элемент.

Каждый распределитель является приемно-передаю-щим и каждый сердечник свя­зан, с одной стороны, через ключи управления или блок-контакты объектов с каналом связи, а с другой стороны — с исполнительными реле (ре­ле сигнализации или управ­ления). Импульсы управления и сигнализации, следующие соответственно по направлению от диспетчерского пункта к контролируемому и обратно, разделяются в канале связи по фазам и поступают в блок приема соответ­ствующего пункта, который, в зависимости от наличия или отсутствия на том или ином такте импульса в канале связи, направляет выходной им­пульс распределителя либо в обмотку включения, либо в обмотку отключе­ния соответствующего исполнительного реле.

Питание полукомплектов, в зависимости от конкретных технических требований, может осуществляться переменным током частоты 50 или 150 гц. Устройство осуществляет передачу по двухпроводной линии им­пульсов управления сигнализации и вызова телеизмерения.

Используя описанное устройство совместно с времяимпульсным устрой­ством телеизмерения (например с разработанным в Институте автоматики и телемеханики), можно получить комплексную телемеханическую си­стему, производящую по одной паре проводов управление, сигнализацию и телеизмерение ряда параметров.

Положительные результаты, полученные при лабораторных испыта­ниях, а также опыт эксплуатации свидетельствуют о большой надежности бесконтактных устройств телеуправления-телесигнализации, выполнен­ных па магнитных элементах с прямоугольной петлей гистерезиса.

Достоинства бесконтактных устройств указывают на целесообразность более широкого их внедрения и на необходимость разработки более слож­ных систем с применением всех известных в современной телемеханике методов селекции с целью резкого увеличения емкости и быстродействия.