Znanstvena misel journal, profile picture
Uploaded byZnanstvena misel journal
65 views

Znanstvena misel-journal-42-2020-vol.1

Znanstvena misel-journal-42-2020-vol.1

Embed presentation

Download to read offline
№42/2020 Znanstvena misel journal The journal is registered and published in Slovenia. ISSN 3124-1123 VOL.1 The frequency of publication – 12 times per year. Journal is published in Slovenian, English, Polish, Russian, Ukrainian. The format of the journal is A4, coated paper, matte laminated cover. All articles are reviewed Edition of journal does not carry responsibility for the materials published in a journal. Sending the article to the editorial the author confirms it’s uniqueness and takes full responsibility for possible consequences for breaking copyright laws Free access to the electronic version of journal Chief Editor – Christoph Machek The executive secretary - Damian Gerbec Dragan Tsallaev — PhD, senior researcher, professor Dorothea Sabash — PhD, senior researcher Vatsdav Blažek — candidate of philological sciences Philip Matoušek — doctor of pedagogical sciences, professor Alicja Antczak — Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor Katarzyna Brzozowski — PhD, associate professor Roman Guryev — MD, Professor Stepan Filippov — Doctor of Social Sciences, Associate Professor Dmytro Teliga — Senior Lecturer, Department of Humanitarian and Economic Sciences Anastasia Plahtiy — Doctor of Economics, professor Znanstvena misel journal Slovenska cesta 8, 1000 Ljubljana, Slovenia Email: info@znanstvena-journal.com Website: www.znanstvena-journal.com
CONTENT CHEMISTRY Shumeiko A., Kapitanov I. MONOMERIC AND DIMERIC SURFACE-ACTIVE COMPOUNDS BASED ON HETEROCYCLES AND ALKYLAMINS FUNCTIONALIZED BY OXYME GROUPS..3 PHYSICS AND MATHEMATICS Sagindykov B., Mekebay N., Turusbekova B. THIRD-ORDER DIFFERENTIAL EQUATIONS WITH VARIABLE COEFFICIENTS.............................................7 Yurov V., Makhanov K. THICKNESS OF THE SURFACE LAYER OF AMORPHIC MAGNETIC SOFT ALLOYS.............................................9 TECHNICAL SCIENCES Bondar M. THE USE OF PROBIOTICS AND PREBIOTICS IN DAIRY DRINKS ......................................................................14 Gabdrafikov F. PUMP-SPRAYER WITH RING CONTROL VALVE..........24 Zhdanova O., Omelchenko G. WAYS TO IMPROVE THE PROCESS OF DESIGNING PROTECTIVE CLOTHING FOR SURGEONS ..................34 Alefirenko V., Fursevich I. INFLUENCE OF CHANGES IN AMBIENT TEMPERATURE ON THE OPERATION OF THE INFRARED DETECTOR IN SYSTEMS SAFETY.......................................................38 Alefirenko V., Chopik K., Sharyi D. THE SECURITY LEVEL ASSESSMENT OF THE ENTERPRISE LOCAL NETWORK BASED ON QUALITY INDICATORS OF SECURITY.........................................43 Shumilina E., Petrosova I., Murashova N., Andreeva E. IDENTIFICATION OF THE CHARACTERISTICS OF LIGHT ELEMENTS IN CLOTHING ...........................................52
Znanstvena misel journal №42/2020 3 CHEMISTRY МОНОМЕРНІ І ДИМЕРНІ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНІ СПОЛУКИ НА ОСНОВІ ГЕТЕРОЦИКЛІВ ТА АЛКІЛАМІНІВ, ЯКІ ФУНКЦІОНАЛІЗОВАНІ ОКСИМНИМИ ГРУПАМИ Шумейко О., Капітанов І. Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л.М. Литвиненка НАН України Київ, Україна MONOMERIC AND DIMERIC SURFACE-ACTIVE COMPOUNDS BASED ON HETEROCYCLES AND ALKYLAMINS FUNCTIONALIZED BY OXYME GROUPS Shumeiko A., Kapitanov I. Institute of Physical Organic Chemistry and Coal Chemistry, L.M. Litvinenko NAS of Ukraine Kyiv, Ukraine Анотація Розроблено методи синтезу серії мономерних і димерних поверхнево-активних речовин (ПАР), фун- кціоналізованих оксимною групою з використанням алкільних радикалів різного ступеня розгалуженості в якості замісників при атомі азоту головної групи, а також як спейсерів при утворенні димерних продук- тів. Отримано ряд супрамолекулярних систем, які відрізняються фізико-хімічними властивостями та реак- ційною здатністю. Наведено нові методи отримання ряду проміжних продуктів з використанням умов трансфазного каталізу - тверда фаза - рідина. Вдосконалено методи отримання ПАР на основі імідазолу, піридину, аліфатичних амінів, як для мономерних, так і для димерних структур. Склад, структура та чи- стота отриманих сполук було підтверджено даними ЯМР-спектроскопії, тонкошарової хроматографії та елементного аналізу. Отримані дані свідчать про перспективність обраного шляху структурної мо- дифікації ПАР, функціоналізованих оксимною групою, це створює напрямок подальшого дизайну подіб- них мікрогетерогенних систем. Abstract Methods for the synthesis of a series of monomeric and dimeric surfactants functionalized by an oxime group using alkyl radicals of varying degrees of branching as substituents at the nitrogen atom of the parent group and as spacers in the formation of dimeric products have been developed. A number of supramolecular systems have been obtained, which differ in physicochemical properties and reactivity. New methods of obtaining a number of intermediates using the conditions of interfacial catalysis - solid phase - liquid are presented. Improved methods of obtaining surfactants based on imidazole, pyridine, aliphatic amines, both for monomeric and dimeric structures. The composition, structure and purity of the compounds obtained were confirmed by NMR spectroscopy, thin layer chromatography and elemental analysis. The obtained data indicate the prospect of the selected path of struc- tural modification of surfactants functionalized by the oxime group, and give direction for the further design of such microheterogeneous systems. Ключові слова: мономерні та димерні ПАР, оксими, функціоналізація, методи трансфазного ка- талізу, мікрогетерогенні системи. Keywords: monomeric and dimeric surfactants, oximes, functionalization, methods of transphase catalysis, microheterogenic systems. В останні десятиліття, попит на синтез та до- слідження реакційної здатності поверхнево-актив- них речовин, функціоналізованих нуклеофільним фрагментом, викликано цілим рядом обставин. По- перше, мікрогетерогенні системи на основі функціональних детергентів у певній мірі моделю- ють дію ферментів, що дає можливість на більш простих системах вивчати деякі закономірності ферментативного каталізу. Ансамблі функціо- налізованих амфіфільних молекул знаходять ши- роке застосування в біотехнології, медицині, гене- тиці, фармакології, каталізі, синтезі наноматеріалів і ін. [1-5]. Мета дослідження: розробити системи на ос- нові функціоналізованних ПАР для ефективного розщеплення ацилвмісних субстратів та со- любілізації гідрофобних молекул, а також ство- рення низки поценційно біорозкладаємих іонних рідин. Матеріал і методи дослідження: УФ-спектоскопія; потенціометрія; динамічне розсіяння світла; тензіометрія; методи ІЧ, ЯМР 1 Н, ЯМР 13 С; елементний аналіз; загальні прийоми син- тетичної та препаративної хімії. Результати дослідження. Було синтезовано мономерні та димерні ПАР, у головну групу яких входить імідазольне (I, IV), піридинієве (II) і тетраалкіламонієве ядро (ІІІ,V), функціоналізоване ковалентно пов'язаної оксимат- ною групою, а також їх метильні аналоги (рис.1).
4 Znanstvena misel journal №42/2020 І II ІІІ ІV V Рисунок 1. Синтезовані мономерні та димерні ПАР: Alk = CH3, C12H25, C14H29, C16H33. Hal = CI, Br, I. Синтез продуктів I - V здійснювали за розроб- леними нами методиками і з урахуванням літера- турних даних [6-10]. Склад, структура і чистота от- риманих сполук було підтверджено даними ЯМР- спектроскопії, тонкошарової хроматографії і еле- ментного аналізу. ЯМР-спектри записували на при- ладі BRUKER Avance II 400 (400 МГц), в якості внутрішнього стандарту використовували ТМС. Хроматографію в тонкому шарі силікагелю вико- нували на пластинах Merck SilicaGel 60 F254 (елюент хлороформ: метанол = 10:1). Методи синтезу ключових напівпродуктів було вдосконалено, перш за все, для реакції алкілу- вання імідазолу, з використанням умов трансфаз- ного каталізу тверда фаза-рідина. Такий метод, із застосуванням системи гідроксид калію - ацетон, дозволив звести до мінімуму утворення побічних продуктів квартенізаціі другого атома азоту гетеро- циклу, істотно спростити їх очищення і підвищити вихід цільового продукту. Нижче наведено корот- кий опис їх синтезу. 1-Додецилімідазол. До розчину 0.06 моль імідазолу в 60 мл сухого ацетону додавали 0.06 моль 1-бромдодекана і 0.07 моль ретельно розтер- того гідроксиду калію. Потім суміш кип'ятили 8 го- дин, ацетон упаривали, залишок переганяли в ваку- умі (0.5-0.8 мм рт. ст.). Вихід - 92%, Т. кіп. - 165- 1700 С. 1-Гексадецилімідазол. Суміш 1.76 моль іміда- золу і 0.71 моль цетилброміду в 350 мл метанолу кип'ятили протягом 40 годин, розчинник відганяли, залишок промивали водою, сушили бензолом Після видалення бензолу, продукт двічі переганяли в ва- куумі. Вихід - 31%, Т. кіп. - 243-2500 С. 1,3-Дихлорацетоксим. Суміш 0.05 моль 1,3-ди- хлорацетону, 0.1 моль гідрохлориду гідрокси- ламіну, 25 мл етанолу і 2,5 мл води кип'ятили про- тягом 8 годин. Після охолодження, суміш виливали в 50 мл води і екстрагували продукт, що утворився, хлористим метиленом. Вихід - 62%, nD 30 = 1.5041. Диметил-2- (гідроксиімінопропіл) амін. Роз- чин 0.09 моль 1-хлорацетоксиму в 20 мл етанолу і 50 мл 40% водного розчину диметиламіна нагрівали в герметично закритій посудині при 600 С протягом 24 годин. Після охолодження, реакційну масу двічі екстрагували діетиловим ефіром. Об'єд- нані ефірні витяжки сушили сульфатом натрію, після чого ефір видаляли, а залишок кристалізували з метанолу. Вихід 57%, Т пл. 98–990 С. 1-метил-2- (гідроксиімінометил) імідазол. Роз- чин 0.055 моль гідроксиду калію в 10 мл метанолу додавали до суспензії 0.055 моль гідрохлориду гідроксиламіну в 10 мл гарячого метанолу. Суміш перемішували 40 хв. і фільтрували. До отриманого розчину додавали розчин 0.05 моль 1-метил-2- імідазолкарбоксальдегіда в 10 мл метанолу та вит- римували 4 години при кімнатній температурі, після чого розчинник видаляли досуха, залишок кристалізували з ізопропанолу. Вихід - 85%, Т. пл. 154 – 1550 С. Отримання функціоналізованих оксимною групою імідазолієвих ПАР (I) проводили шляхом взаємодії різних алкілімідазолів з хлорацетальдок- симом в ацетонітрилі або ацетоні. В інших випад- ках, використовували хлорацетон, за допомогою якого проводили алкілування одного з атомів азоту гетероциклу, а потім проводили реакцію оксогрупи з гідроксиламіном, отримуючи відповідні цільові продукти [11;12] (рис 2). N NAlk Hal- NOH N + CH3CH3 CH3 ALK NOH Hal - N N N N NOH AlkAlk Hal- Hal- N + N + CH3 CH3 ALK CH3 ALK NOHCH3 Hal- Hal-
Znanstvena misel journal №42/2020 5 Cl O Cl NOHNH2OH HCl N N N N C16H33 N N NOH Cl - N N C16H33 NOH Cl - Рисунок 2. Синтез імідазолієвих ПАР. Синтез гідроксиіміноалкілпіридинів (II) про- водили наступним чином. Розчин гідроксиламіну в метанолі (1.1-кратний молярний надлишок), який був приготований з гідрохлориду гідроксиламіну і метилату натрію, додавали до розчину відповідного оксозаміщенного піридину в метанолі. Реакційну суміш витримували протягом 30 годин при кім- натній температурі, після цього розчинник випаро- вували, а отриманий осад кристалізували з бензолу (рис. 3). N O R NH2OH N NOH R N NOH R N NOH R CH3 C16H33 Br - I - CH 3 I C 16 H 33 Br R = H, CH3 Рисунок 3. Синтез гідроксиіміноалкілпіридинів. Синтез тетраалкіламонієвих ПАР загальної формули ІІІ проводили взаємодією 1-диметил-2- (оксиімінопропіл)аміну (див. вище опис методів отри-мання ключових напівпродуктів) з га- лоїдними алкілами відповідно до схеми на рис. 4. N CH3 CH3 CH3 NOH C12H25Br N CH3 CH3 CH3 NOH C12H25 Br Cl CH3 NOH NH CH3 CH3 Рисунок 4. Синтез тетраалкіламонієвих ПАР. Спочатку, при отриманні 1-диметил-1-доде- цил-2-(гідроксиімінопропіл) амоній броміду вихо- дили з 1-хлорацетоксиму і 1,1-диметил-1-доде- циламіну, але виділити цільовий продукт з необ- хідною чистотою не вдалося. Тому було обрано ін- ший шлях синтезу, пов'язано з послідовним алкілуванням 1-хлорацетоксиму диметиламіном і додецилбромідом. Також виявилася невдалою і спроба застосувати зазначений спосіб для отри- мання 1,1'- (2-гідроксиіміно) пропан-1,1'-біс-диме- тилдодецил діамоній дихлориду. За даними ПМР- спектроскопії, було виділено суміш продуктів різної будови. Тому, було використано метод взаємодії 1,3-дихлорацетоксиму з 1,1-диметил-1- додециламіном, що дало позитивний результат [13]. Синтез димеризованих функціоналізованих ПАР на основі імідазолу (IV) проводили шляхом взаємодії дихлорацетоксиму, попередньо отрима- ного з дихлорацетону і гідроксиламіну, з подвійною мольною кількістю алкілімідазолу, відповідно до наведеної нижче схеми на рис. 5.
6 Znanstvena misel journal №42/2020 Рисунок 5. Синтез димеризованих функціоналізованих ПАР на основі імідазолу. Димерні ПАР на основі тетраалкіламонію (V) отримували [13] шляхом взаємодії 1,3-дихлораце- токсиму з подвійним мольним надлишком 1,1-ди- метилалкіламіну в спирті, відповідно до наведеної нижче схеми на рис. 6. Рисунок 6. Димерні ПАР на основі тетраалкіламонію. Висновки. Експериментальні дані по синтезу різних за структурою функціоналізованих оксимною групою ПАР, дають можливість отримувати цілу серію мо- номерних і димеризованих продуктів, що розрізня- ються природою головної групи, розгалуженістю алкільних замісників і типом противоіону. Це доз- воляє створювати цілий спектр супрамолекулярних систем, що володіють різними фізико-хімічними властивостями і реакційною здатністю. Отримані результати свідчать про перспективність обраного шляху структурної модифікації ПАР, функціо- налізованих оксимною групою, і дають напрямок подальшого дизайну подібних мікрогетерогенних систем. Список літератури 1. Bunton C. The dependence of micellar rate ef- fects upon reaction mechanism // Adv. Coll. Int. Sci. - 2006. -Vol. 123. -P. 333 – 343. 2. Popov A. Design of green microorganized sys- tems for decontamination of ecotoxicants // Pure Appl. Chem. -2008. –Vol. 80, № 7. -P. 1381–1397. 3. Rico-Lattes I., Perez E., Franceschi-Messant S. Organized molecular systems as reaction media // C. R. Chimie. -2011. –Vol.14, № 7. -P. 700 – 715. 4. Oxime functionality in surfactant self-assem- bly: An overview on combating toxicity of organophos- phates. / Singh N., Karpichev Y., Тiwari A., Kuca K., Ghosh K. // J. Mol. Liq. -2015. –Vol. 208. -P. 237 – 252. 5. Zakharova L., Kashapov R., Pashirova T. Self- assembly strategy for the design of soft nanocontainers with controlled properties // Mendeleev Commun. - 2016. –Vol. 26, № 6. -P. 457–468. 6. Zana R., Xia J. Gemeni surfactats: synthesis, in- terfacial and solution-phase behavior and applications. -New York: Marcel Dekker, 2004. 7. Aggregation and thermodynamic properties of ionic liquid-type gemini imidazolium surfactants with different spacer length / Ao M., Huang P., Xu G., Yang X. // Colloid. Polymer. Sci. -2009. –Vol. 287, № 4. -P. 395-402. 8. Wettig S., Novak P., Verrall R. Thermodynamic and Aggregation Properties of Gemini Surfactants with Hydroxyl Substituted Spacers in Aqueous Solution // Langmuir. -2002. –Vol. 18, № 5. –P. 5354-5359. 9. Ao M., Xu G., Zhu Y. Synthesis and properties of ionic liquid-type Gemini imidazolium surfactants // J. Colloid. Interface. Sci. - 2008. –Vol. 326, № 2. -P. 490-495. 10. Peroxyhydrolysis of 4-nitro- phenylethylphosphate in micellar systems based on im- idazolium dimeric surfactants / Sadovsky Y., Solo- moychenko T., Turovskaya M., Kapitanov I., Piskunova J., Kostrikin M., Prokop’eva T., Popov A. // Teor. and experim. chem. -2012. –Vol. 48, № 2. -P. 112-118. 11. Hydrophobicity of Functional Detergents on Micellar Effects in Ecotoxicant Splitting Reactions / Belousova I., Kapitanov I., Shumeiko A., Anikeev A., Turovskaya M., Zubareva T., Panchenko B., Prokop’eva T., Popov A. // Teor. and experim. chem. - 2010. –Vol. 46, № 4. -P. 218-224. 12. Supernucleophilic systems based on function- alized surfactants in the cleavage of 4-nitrophenolic es- ters of phosphorus and sulfur acids. I. Reactivity of a hydroxyimine derivative of an imidazolium dimeric surfactant / Kapitanov I., Belousova I., Shumeiko A., Kostrikin M., Prokop’eva T., Popov A. // Russ. J. Org. Chem. -2013. –Vol. 49, No. 9. P. 1308-1316. 13. Supernucleophilic systems based on function- nalized surfactants in the process of the splitting of 4- nitrophenyl esters of phosphorus and sulfur acids. III. Reactivity of somicellar systems based on functional- ized tetraalkylammonium and imidazolium surfactants / Prokop’eva T., Kapitanov I., Belousova I., Shumeiko A., Kostrikin M., Turovskaya M., Razumova N., Popov A. // Russ. J. Org. Chem. -2015. Vol. 51, № 8. -P. 1105- 1112. NH CH3 CH3 C12H25Br N CH3 CH3 C12H25 NOH Cl Cl Br Br N CH3 CH3 C12H25 N CH3 C12H25 CH3 O 2 + +
Znanstvena misel journal №42/2020 7 PHYSICS AND MATHEMATICS ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА С ПЕРЕМЕННЫМИ КОЭФФИЦИЕНТАМИ Сагиндыков Б.Ж. Satbayev University, ассоциированный профессор Мекебай Н.А. Satbayev University, лектор Турусбекова Б.С. Satbayev University, тьютор THIRD-ORDER DIFFERENTIAL EQUATIONS WITH VARIABLE COEFFICIENTS Sagindykov B. Satbayev University, associate professor Mekebay N. Satbayev University, lecturer Turusbekova B. Satbayev University, tutor Аннотация Общих методов интегрирования линейных дифференциальных уравнений третьего порядка с переменными коэффициентами не существует. В данной работе рассмотрены некоторые приемы приведения и пути нахождения одного частного решения линейных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами. Abstract There are no general methods for integrating third-order linear differential equations with variable coeffi- cients. In this paper, we consider some techniques to change equation and ways to find a particular solution of linear differential equations with variable coefficients. Ключевые слова: дифференциальное уравнение с переменными коэффициентами, класс уравнений с переменными коэффициентами. Keywords: differential equation with variable coefficients, class of equations with variable coefficients. Рассмотрим однородное дифференциальное уравнение третьего порядка с переменными коэффициентами        0 1 2 3 0a x y a x y a x y a x y      . (1) Пусть в некотором интервале ,a b  действительной оси х  0 0a x  . Поделив обе части уравнения (1) на  0a x получим уравнение               0y x p x y x q x y x r x y x      , (2) где       1 0 a x p x a x  ,       2 0 a x q x a x  ,       3 0 a x r x a x  . І. Рассмотрим некоторые методы приведения уравнения (1) к дифференциальному уравнению с постоянными коэффициентами. Для этого искомое решение ищем в виде      y x u x v x  . (3) Здесь u(x) искомая новая функция, а функция v(x) выбирается так, чтобы она удовлетворяла условию приведения уравнения (1) к уравнению с постоянными коэффициентами. Далее находим соответствующие производные искомого решения и подставим в уравнение (1):  y x u v uv    ,   2y x u v u v uv       ,   3 3y x u v u v u v uv          . Тогда получим уравнение             3 3 2 0 v v v v v v u p x u q x p x u r x q x p x u v v v v v v                                  . (4) Чтобы уравнение (4) было уравнением с постоянными коэффициентами, необходимо и достаточно выполнение условий
8 Znanstvena misel journal №42/2020       1 3v x p x C v x    , (5)             2 3 2 v x v x q x p x C v x v x      , (6)                   3 v x v x v x r x q x p x C v x v x v x        , (7) где C1, C2 и C3 – постоянные. Интегрируя уравнение (5) получим общее решение в виде     1 exp 3 3 a v x x p x dx         . (8) Здесь функция v(x) показывает необходимое условие перехода от уравнения (4) к уравнению с постоянными коэффициентами 0u au bu cu      . А формулы (6) и (7) показывают достаточное условие приведения для вышеуказанного метода. Не нарушая общности произвольную постоянную a можно положить равной нулю, и тогда достаточные условия приведения при такой замене примут вид                 2 3 1 , 3 1 2 1 . 3 27 3 q x p x p x const r x q x p x p x p x const        (10) В качестве примера проинтегрируем однородное дифференциальное уравнение с переменными коэффициентами из [2: 391]          2 2 3 3 3 3 0y x axy x a x y x a x b y x       , (11) где a, b – постоянные. Решение. Проверим выполнение условий (10):      2 2 2 2 21 1 3 9 3 3 3 q x p x p x a x a x a const      ,          3 3 3 3 3 3 31 2 1 1 2 9 27 3 27 3 3 27 r x q x p x p x p x a x b a x a x b const         . Далее по формуле (8) находим функцию   21 exp 2 v x ax        . Следовательно исходное уравнение с помощью замены         21 exp 2 y x u x v x u x ax          приводится к линейному однородному дифференциальному уравнению третьего порядка      3 0u x au x bu x    . Нахождение общего решения последнего уравнения не вызывает затруднения. ІІ. Общих методов интегрирования линейных дифференциальных уравнений третьего порядка с переменными коэффициентами не существует. Поэтому в этой статье исследуя коэффициенты уравнения (1), рассмотрим пути нахождения одного частного решения. Для этого коэффициенты уравнения (1) группируем в следующем виде    0 1 0 2 3 0a y a a y a y a y        или      0 1 0 1 0 2 3 0a y a a y a a a y a y              . (12) Теорема. Если между коэффициентами уравнения (12) (т.е. исходного уравнения (1)) выполняется соотношение    3 01 1 0 2 1 0 2 3 3 0 0 a aa a a a a a a a a a a                 , (13) то одно частное решение уравнения (1) определяется по формуле
Znanstvena misel journal №42/2020 9   3 1 1 0 2 exp a y x dx a a a           . (14) Далее построим класс дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, для которых выполняется условие (14): 1) пусть    1 0a x a x , тогда из равенства (13) для определения коэффициента  2a x получаем линейное дифференциальное уравнение          3 2 2 3 3 a x a x a x a x a x      . Его общее решение определяется в виде соотношения     2 3a x a x C x  . Следовательно общим частным решением уравнений 3 2 3 sin sin 0x y x y x x y x y        , sin cos 0x x x y x y xe y e y        будет функция  1y x x . В действительности, если выполняется условие (14), то одно частное решение уравнения (1) не зависит от коэффициентов  0a x и  1a x . 2) пусть    1 0a x a x , тогда общее решение линейного уравнения (13) пишется в виде 1 1 0 03 1 0 2 0 0 a a dx dx a aa a a a e C a e dx a                . (15) Заключение. Если между коэффициентами уравнения (13) выполняется равенство (15), то одно частное решение определяется по формуле (14). Например, пусть дано уравнение  2 2 sin sin 0xy x y x x y x x y        . Тогда одно частное решение этого уравнения определяется по формуле (14) в виде функции 2 2 x y e   Проверка:   2 2 x y x xe     ,     2 22 1 x y x e x     ,     2 32 3 x y x e x x      . Тогда     2 2 4 2 4 2 22 2 sin sin 3 2 sin sin 0. x xy x y x x y x x y e x x x x x x x x x                  Список литературы 1. Филиппов А.Ф. Введение в теорию дифференциальных уравнений: Учебник. Изд. 2-е, испр. – М.: Ком Книга, 2007. – 240 с. 2. Зайцев В.Ф., Полянин А.Д. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. – М.: Физматлит, 2001. – 576 с. ТОЛЩИНА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ Юров В.М. Доцент, Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова, Маханов К.М. Доцент, Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова, THICKNESS OF THE SURFACE LAYER OF AMORPHIC MAGNETIC SOFT ALLOYS Yurov V. Associate professor, Karaganda State University named after E.A. Buketov, Makhanov K. Associate professor, Karaganda State University named after E.A. Buketov, Аннотация Предложена модель поверхностного слоя магнитомягких металлических сплавов. В рамках модели показано, что толщина поверхностного слоя d(I) определяется одним фундаментальным параметром – мо- лярным (атомным) объемом элемента. Толщина поверхностного слоя d(I) магнитомягких металлических
10 Znanstvena misel journal №42/2020 сплавов лежит от 1 до 2 нм. В поверхностном слое d(I) все уравнения, имеющие независимые от размера величины становятся размерно-зависимыми. Размерные эффекты в слое d(I) определяются всем коллекти- вом атомов в системе (коллективные процессы). Такие «квазиклассические» размерные эффекты наблю- даются только в наночастицах и наноструктурах. Слой d(II) простирается примерно до размера   d10IId  , где начинается объемная фаза. С этого размера начинаются размерные свойства. Размерные эффекты проявляются в температуре Кюри, в силь- ном увеличении коэрцитивной силы и магнитного момента, в сдвиге петель гистерезиса, в необратимости кривых намагничивания и т.д. При h = d происходит структурный фазовый переход геометрического типа. Приведена простая фор- мула для критического размера кластера, менее которого магнитный кластер теряет магнитное упорядо- чение и переходит в магнитное неупорядоченное состояние при любой температуре. Abstract A model of the surface layer of soft magnetic metal alloys is proposed. Within the framework of the model, it is shown that the thickness of the surface layer d (I) is determined by one fundamental parameter - the molar (atomic) volume of the element. The thickness of the surface layer d(I) of soft magnetic metal alloys lies from 1 to 2 nm. In the surface layer d(I), all equations having size-independent quantities become dimensionally depend- ent. Size effects in the d(I) layer are determined by the entire collective of atoms in the system (collective pro- cesses). Such “semiclassical” size effects are observed only in nanoparticles and nanostructures. The d(II) layer extends to approximately the size where the bulk phase begins. From this size, dimensional properties begin. Size effects are manifested in the Curie temperature, in a strong increase in the coercive force and magnetic moment, in the shift of the hysteresis loops, in the irreversibility of the magnetization curves, etc. At h = d, a structural phase transition of a geometric type occurs. A simple formula is given for the critical cluster size, less than which the magnetic cluster loses magnetic ordering and transforms into a magnetic disor- dered state at any temperature. Ключевые слова: аморфный сплав, поверхностный слой, наноструктура, размерный эффект, фазо- вый переход. Keywords: amorphous alloy, surface layer, nanostructure, size effect, phase transition. Постановка проблемы Вопросы магнетизма малых ферромагнитных частиц исследуются уже давно [1]. Основным меха- низмом, приводящим к зависимости магнитной восприимчивости от размера частиц ферромагне- тика, считается переход многодоменных частиц в однодоменные [1, 2]. В последние годы интенсивно исследуются как классические магнитные нано- структуры (например, Fe3O4) [3-11], так и новые (например, CoFe2B4) [12-17]. Однако, многие во- просы остаются пока дискуссионными. Аморфные магнитомягкие металлические сплавы обладают та- кими уникальными свойствами, как высокая маг- нитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила и не зависящая от температуры электропроводность [18]. Анализ последних исследований и публика- ций Большой объем самых последних достижений представлен в работах [12-18]. В этих работах, про- веденных при очень низких температурах, были об- наружены аномалии в поглощении ультразвука и электромагнитного излучения, нелинейные эф- фекты типа насыщения поглощения и многие дру- гие необычные явления в поведении неупорядочен- ных веществ. Оказалось, также, что указанные ано- мальные свойства носят универсальный характер и практически не зависят от конкретного состава и структуры вещества. Эти наблюдения явно указывали на то, что наблюдаемые аномальные свойства неупорядочен- ных сред обусловлены не конкретным строением изучаемого вещества, а самим фактом наличия бес- порядка во внутренней структуре таких сред. Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы В представленной статье впервые рассматри- вается толщина аморфных магнитомягких металли- ческих сплавов. Цель статьи Рассмотреть и сделать расчеты: - предложенную модель и расчет поверхност- ного слоя металлических стекол; - физические процессы в слое d(I); - физические процессы в слое d(II); - фазовый переход при h=d; Изложение основного материала Описание модели. В работе [19] обобщена, предложенная нами, модель поверхностного слоя атомарно-гладких металлов. Схематически эта мо- дель представлена на рис. 1. Поверхностный слой атомарно-гладкого ме- талла состоит из двух слоев – d(I) и d(II). Слой тол- щиной h=d назван слоем (I), а слой при h≈10d – слоем (II) атомарно-гладкого кристалла (рис. 1). При h≈10d начинает проявляться размерная зависи- мость физических свойств материала. При h=d в по- верхностном слое происходит фазовый переход.
Znanstvena misel journal №42/2020 11 Рисунок 1. Схематическое изображение поверхностного слоя [19] Для определения толщины поверхностного слоя различных соединений нами использовалась размерная зависимость физического свойства A(r) [4]: .dr, rd d 1A)r(A dr, r d 1A)r(A 0 0                , (1) Параметр d связан с поверхностным натяже- нием σ формулой [4]: RT 2 d   , (2) Здесь σ–поверхностное натяжение массивного образца; υ–объем одного моля; R–газовая постоян- ная; Т–температура. В работе [19], а также [20], было показано, что с большой точностью выполняется соотношение: ,T1078,0 m 3   . (3) где Tm – температура плавления твердого тела (К). Соотношение выполняется для всех металлов и для других кристаллических соединений. Если его подставить в (2), то при T = Tm получим:  6 1017,0)I(d . (4) Уравнение (4) показывает, что толщина по- верхностного слоя d(I) определяется одним фунда- ментальным параметром – молярным (атомным) объемом элемента (υ = М/ρ, М – молярная масс (г/моль), ρ – плотность (г/см3 )), который периоди- чески изменяется в соответствие с таблицей Д.И. Менделеева. Некоторые примеры магнитомягких металли- ческих сплавов рассчитаны по формуле (4) и пред- ставлены в таблице 1. Таблица 1 Толщина поверхностного слоя аморфного сплава Аморфный сплав М, г/моль ρ, г/см3 d(I), нм d(II), нм Fe80B20 48,8 6,8 1,2 12 Fe75P15C10 47,6 5,8 1,4 14 Fe78B10Si1 44,9 6,4 1,2 12 Fe74P16B7Al3 47,8 6,4 1,3 13 Fe75P16B6Al3 48,3 5,8 1,4 14 Fe75P16C5Al3Si2 48,8 5,8 1,4 14 Fe77Ni1Si9B13 47,5 6,7 1,2 12 Fe84.1Cu1.3Nb5.6Si7.7B1.3 55,2 7,1 1,3 13 Fe84.4Cu1.3Nb5.6Mo2.8Si7.7B2 58,2 7,3 1,4 14 Физические процессы в слое d(I). Толщина поверхностного слоя d(I) магнитомягких металли- ческих сплавов лежит от 1 до 2 нм. У чистого же- леза d(I) = 2,2 нм и поскольку параметр решетки у железа, а = 0,287 нм, то слой d(I) содержит ≈ 8 атом- ных слоев. Для магнетита, а = 0,8397 нм и слой d(I) содержит ≈ 9 атомных слоев Fe3O4, что практически совпадает с чистым железом. Такой же эффект дол- жен испытывать и магнитомягкий металлический сплав. В слое d(I) с атомами чистых металлов проис- ходит реконструкция и релаксация, связанная с пе- рестройкой поверхности [21]. Релаксационный процесс в аморфных сплавах имеет много общего с хорошо изученным процессом релаксации в аморф- ных полимерах и оксидах, однако он влияет в слу- чае аморфных сплавов в существенно большей сте- пени и на большее число физических и структур- ных параметров [22]. Существенно то, что смеще- ние атомов в процессе структурной релаксации меньше межатомных расстояний и происходят они в локальных областях. Величина теплоты превра- щения в стабильную фазу, которая может служить мерой такой неравновесности, изменяется в этом случае незначительно. В процессе структурной ре- лаксации изменяются многие физические свойства аморфных сплавов: теплоемкость, плотность, элек- тросопротивление, внутреннее трение, упругие
12 Znanstvena misel journal №42/2020 константы, твердость, магнитные характеристики (изменяется температура Кюри, наводится магнит- ная анизотропия), коррозионная стойкость и т.д. В поверхностном слое d(I) все уравнения, име- ющие независимые от размера величины, стано- вятся размерно-зависимыми. Размерные эффекты в слое d(I) определяются всем коллективом атомов в системе (коллективные процессы). Такие «ква- зиклассические» размерные эффекты наблюдаются только в наночастицах и наноструктурах [23]. Размер слоя простирается до    ìåòàëëîâäëÿíì1,001,0~Id äÁ  λ – волна де Бройля, где начинаются квантовые раз- мерные эффекты. К основным квантово размерным структурам относятся структуры с двумерным электронным газом – эпитаксиальные пленки, МДП-структуры, гетероструктуры и т.д.; струк- туры с одномерным газом – квантовые нити или проволоки; структуры с нульмерным газом – кван- товые точки, ящики, кристаллиты [24]. Физические процессы в слое d(II). Слой d(II) простирается примерно до размера   d10IId  , где начинается объемная фаза. С этого размера начинаются размерные свойства. Раз- мерные эффекты проявляются в температуре Кюри, в сильном увеличении коэрцитивной силы и маг- нитного момента, в сдвиге петель гистерезиса, в не- обратимости кривых намагничивания и т.д. [25, 26]. На рис. 2 приведена размерная зависимость темпе- ратуры Кюри некоторых магнитных структур по формуле (1) уравнения 1. Создание магнитных наночастиц с температу- рой Кюри в интервале (300–340) К позволяет до- биться саморегулирующегося нагрева опухолевых тканей в переменном магнитном поле [27]. Для маг- нетита это соответствует частицам ≈ 15 нм (рис. 2). Рисунок 2. Размерная зависимость температуры Кюри ТС [28] Ряд исследователей высказывает мнение, что верхний предел (максимальный размер элементов) для наноструктур должен быть связан с неким кри- тическим характерным параметром: длиной сво- бодного пробега носителей в явлениях переноса, размерами доменов/доменных стенок, диаметром петли Франка-Рида для скольжения дислокаций и т.п. [23]. Значит в слое d(II) должно быть много раз- мерных эффектов, связанных с оптикой, магнетиз- мом и другими физическими свойствами согласно уравнению (1). Фазовый переход при h=d. При h = d проис- ходит структурный фазовый переход (рис. 1) гео- метрического типа [29]. В работе [30] приведена простая формула для критического размера кла- стера, менее которого магнитный кластер теряет магнитное упорядочение и переходит в магнитное неупорядоченное (например, парамагнитное) со- стояние при любой температуре: 2/1 C 8 cr T102d   , (5) где TC – температура Кюри массивного об- разца. Из (5) нижний предел для магнетита равен dcr ≈ 1 нм, а верхний предел в работе [30] оценивается dcr ≈ 10 нм. Эти оценки попадают в диапазон d(I) = 7,7 нм. Из рис. 2 следует, что для намагниченности магнетита скачок ΔМ = 0,5М0, где М0 – намагничен- ность насыщения объемного образца магнетита (83 А·м2 /кг). В работе [31] для кубических наночастиц с диагональю 6,5 нм (т.е. близкое к 7,7 нм) намаг- ниченность насыщения равна 39,5 А·м2 /кг. Таким образом, скачок ΔМ ≈ 0,48 М0, что также близок к полученному нами результату. К сожалению, по- добного рода работ не так много, чтобы сделать обобщающие выводы. Выводы и предложения Исследую размерную зависимость физических свойств магнитных наноструктур, можно опреде- лить толщину поверхностного слоя магнитомягких металлических сплавов. Это справедливо и в случае полидисперсных систем. При этом размер этого слоя определяется одним фундаментальным пара- метром – атомным объемом вещества. Предложения: - экспериментально исследовать физические процессы, связанные со структурой поверхностных слоев в магнитомягких металлических сплавах; - что эти наноструктуры могут дать в практи- ческом применении? Благодарность Работа выполнена при финансовой поддержке МОН РК. Гранты №0118РК000063 и №Ф.0781.
Znanstvena misel journal №42/2020 13 Список литературы 1. Nagata T. Rock Magnetism. – Maruzen Com- pany, 1961. – 350 p. 2. Вонсовский С.В. Магнетизм. – М.: Наука, 1971. – 1032 с. 3. Tan W.L. and Bakar M.A. The Effect of Ad- ditives on the Size of Fe3O4 Particles // Journal of Phys- ical Science, 2006, Vol. 17(2). - P. 37–50, 4. Gorski Ch.A. and Scherer M.M. Determina- tion of nanoparticulate magnetite stoichiometry by Mussbauer spectroscopy, acidic dissolution, and pow- der X-ray diffraction: A critical review // American Mineralogist, 2010, Vol. 95. – P. 1017–1026. 5. Ghandoor H.E., Zidan H.M., Khalil M.M.H. and Ismail M.I.M. Synthesis and Some Physical Prop- erties of Magnetite (Fe3O4) Nanoparticles // Int. J. Elec- trochem. Sci., 2012, Vol. 7. – P. 5734 – 5745. 6. Lim Y.S., Lai C.W., Hamid S.B.A et al. A study on growth formation of nano-sized magnetite Fe3O4 via co-precipitation method // Materials Re- search Innovations, 2014, Vol. 18. – P. 456-461. 7. Ma J., Wang L., Wu Y. et al. Facile Synthesis of Fe3O4 Nanoparticles with a High Specific Surface Area // Materials Transactions, 2014, Vol. 55, No.12. - P. 1900-1902. 8. Saranya T., Parasuraman K., Anbarasu M. and Balamurugan K. XRD, FT-IR and SEM Study of Mag- netite (Fe3O4) Nanoparticles Prepared by Hydrothermal Method // Nano Vision, 2015, Vol.5, No.4-6. – P. 149- 154. 9. Ali Sh.M., Galal A., Atta N.F., Shammakh Y. Toxic Heavy Metal Ions Removal from Wastewater by Nano-Magnetite: Case Study Nile River Water // Egypt, J. Chem., 2017, Vol. 60, No.4. - P. 601- 612. 10. Salviano L.B., Th.M.S. Cardoso, G.C. Silva et al. Microstructural Assessment of Magnetite Nanopar- ticles (Fe3O4) Obtained by Chemical Precipitation Un- der DiŸerent Synthesis Conditions // Materials Re- search. 2018, Vol. 21(2). – 7 p. 11. Santos-Durndell V.C., Peruzzolo T.M., Uco- ski G.M., L.P. Ramos, Nakagak S. Magnetically recy- clable nanocatalysts based on magnetite: an environ- mentally friendly and recyclable catalyst for esterifica- tion reactions // Biofuel Research J., 2018, Vol. 18. – P. 806-812. 12. Himpsel F.J., Ortega J.E., Mankey G.J. and Willis R.F. Magnetic nanostructures // Advances in Physics, 1998, Vol. 47, No. 4. – P. 511-597. 13. Ventura J.O. Magnetic Nanostructures. - De- partment of Physics Faculty of Sciences of the Univer- sity of Porto, 2006. – 242 p. 14. Enders A., Skomski R. and Honolka J. Mag- netic surface nanostructures // J. Phys. Condens. Mat- ter, 2010, Vol. 22. – 32 p. 15. Bennemann K. Magnetic Nanostructures. - In- stitute of Theoretical Physics FU-Berlin, 2010. – 67 p. 16. Levy J.-C. Magnetic Structures of 2D and 3D Nanoparticles: Properties and Applications. - Pan Stan- ford Publishing Pte. Ltd., 2016. – 19 p. 17. Korostil A., Krupa M. Spin Transport and Dy- namics in Multilayer Magnetic Nanostructures // Amer- ican Journal of Nano Research and Applications, 2018; Vol. 6(1). – P. 21-33. 18. Стародубцев Ю.H., Безозеров В.Я. Магнит- ные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов. - Екатеринбург: Изд-во УрГУ, 2002. – 384 с. 19. Юров В.М., Гученко С.А., Лауринас В.Ч. Толщина поверхностного слоя, поверхностная энергия и атомный объем элемента // Физико-хими- ческие аспекты изучения кластеров, наноструктур – С. 691-699. 20. Рехвиашвили С.Ш., Киштикова Е.В., Кармо- кова Р.Ю., Кармоков А.М К расчету постоянной Тол- мена // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33. вып. 2. – С. 1-7. 21. Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. Введение в физику поверхности. - М.: Наука. 2006. - 490 с. 22. Глезер А.М., Шурыгина Н.А. Аморфно- нанокристаллические сплавы. - М.: Физматлит. 2013. - 452 с. 23. Уваров Н.Ф., Болдырев В.В. Размерные эф- фекты в химии гетерогенных систем // Успехи хи- мии. 2001. Т. 70 (4). – С. 307-329. 24. Арутюнов К.Ю. Квантовые размерные эф- фекты в металлических наноструктурах // ДАН ВШ РАН. 2015. №3(28). – С. 7-16. 25. Арбузова Т.И., Наумов С.В., Арбузов В.Л. и др. Поверхностный магнетизм нанокристалличе- ского монооксида меди // ФТТ, 2003, том 45, вып. 2. – С. 290-295. 26. Никифоров В.Н., Игнатенко А.Н., Ирхин В.Ю. Влияние размеров и поверхности на магне- тизм наночастиц магнетита и маггемита // ЖЭТФ, 2017, Т.151, вып.2. – С. 356 – 363. 27. Kan-Dapaah K., Rahbar N. and Soboyejo W. Implantable magnetic nanocomposites for the localized treatment of breast cancer // J. Appl. Phys., 2014, Vol. 116. – P. 233505-1-11. 28. Юров В.М., Лауринас В.Ч., Гученко С.А. Толщина поверхностного слоя атомарно-гладких магнитных наноструктур // Нано- и микроси- стемная техника, 2019, №6. – С. 347-352. 29. Sloika M.I., Sheka D.D., Kravchuk V.P. et al. Geometry induced phase transitions in magnetic spher- ical shel // Journal of Magnetism and Magnetic Materi- als, 2017, Vol. 443. – P. 404–412. 30. Суздалев И.П. Магнитные фазовые пере- ходя в нанокластерах и наноструктурах // Россий- ские нанотехнологии, 2006, Том. 1, №1-2. – С. 46- 57. 31. Yang H., Hasegawa D., Takahashi M., Ogawa T. Facile Synthesis Phase Transfer, and Magnetic Prop- erties of Monodisperse Magnetite Nanocubes // IEEE Trans. Magn. 2008. V. 44. - P. 3895 – 3898.
14 Znanstvena misel journal №42/2020 TECHNICAL SCIENCES ЗАСТОСУВАННЯ ПРОБІОТИКІВ ТА ПРЕБІОТИКІВ У МОЛОЧНИХ НАПОЯХ Бондар М.М. Асистент кафедри харчових технології та мікробіології Вінницького національного аграрного університету, THE USE OF PROBIOTICS AND PREBIOTICS IN DAIRY DRINKS Bondar M. Assistant department of food technologies and microbiology Vinnitsa National Agrarian University, Анотація Стаття присвячена вивченню застосування пробіотиків та пребіотиків у молочних напоях. Особлива увага приділяється пробіотикам, які домінують у мікрофлорі кишечнику дорослих і дітей. Біфідобактерії регулюють якісний і кількісний склад нормальної мікрофлори кишечнику, що є важливим фактором захи- сту організму від різної кишкової інфекції. При спільному використанні підібраних консорціумів штамів мікроорганізмів кількість життєздатних клітин біфідобактерій підвищується в 3–4 рази і зростає антагоністична активність. Використання пребіо- тиків таких як: фруктози, лактулози та інуліну, як біостимулюючої складової молочних напоїв, підвищує активність, ріст і розвиток біфідобактерій. Правильний вибір пробіотиків та пребіотиків для виробництва молочних напоїв дозволяють отримати якість, що відповідає вимогам нормативних документів за органолеп- тичними і фізико-хімічними показниками. Abstract The article is devoted to the study of the use of probiotics and prebiotics in dairy drinks. Particular attention is paid to probiotics, which dominate the intestinal microflora of adults and children. Bifidobacteria regulate the qualitative and quantitative composition of the normal intestinal microflora, which is an important factor in protecting the body from various intestinal infections. When the selected consortia of strains of microorganisms are used together, the number of viable bifidobacterial cells increases 3–4 times and the antagonistic activity increases. The use of prebiotics such as fructose, lactulose and inulin, as a biostimulating component of dairy drinks, increases the activity, growth and development of bifidobacteria. The correct choice of probiotics and prebiotics for the production of dairy drinks allows to obtain a quality that meets the requirements of regulatory documents on organoleptic and physicochemical parameters. Ключові слова: продукти спеціального призначення, пробіотики, пребіотики, лактобактерії, біфідо- бактерії, фруктоза, лактулоза, інулін. Keywords: special purpose products, probiotics, prebiotics, lactobacilli, bifidobacteria, fructose, lactulose, inulin. Постановка проблеми. Позитивний вплив продуктів із застосуванням пробіотиків та пребіо- тиків у молочних напоях, фахівці пов’язують із на- явністю в них харчових добавок та живих мікроор- ганізмів, які здатні здійснювати біологічно значи- мий вплив на організм людини в цілому або на ок- ремі його органи та системи. Основними з них визнано: позитивний вплив на систему шлунково- кишкового тракту; позитивний вплив на безперерв- ний і саморегульований кругообіг речовин, який відбувається у організмі і супроводжується постій- ним самовідновленням, або інакше кажучи на мета- болізм; захист проти сполук, які характеризуються оксидантною активністю; позитивний вплив на сер- цево-судинну систему; позитивний вплив на стан кишкової мікрофлори; позитивний вплив на стан імунної системи і т.д. Аналіз останніх досліджень і публікацій. В Україні останніми роками ведуться наукові дослі- дження і дискусії стосовно застосуванням пробіо- тиків та пребіотиків у молочних напоях, фахівці пов’язують із наявністю в них харчових добавок та живих мікроорганізмів, які здатні здійснювати біо- логічно значимий вплив на організм людини в ці- лому або на окремі його органи та системи. Визна- чення проблем та перспектив розвитку такими вче- ними-дослідниками як Дидух Н.А., Чагаровский О.П., Могилянська Н.А., Скорченко Т.А., Поліщук Г.Є., Грек О.В., Соломон А.М. Дослідження проводились як стандартними, так і оригінальними методами дослідження, в тому числі мікробіологічними, біохімічними, фізико-хі- мічними та технологічними. Мета статті. Метою даної статті є виробниц- тво натурального молочного напою із застосування пробіотиків та пребіотиків у його складі, для задо- волення потреб населення та інших споживачів, для покращення роботи внутрішніх систем та органів. Результати досліджень. Продукти спеціального призначення отриму- ють за інноваційними технологіями і розглядають не тільки як джерела пластичних речовин і енергії, але і як складний не медикаментозний комплекс, який відповідає фізіологічним потребам організму
Znanstvena misel journal №42/2020 15 людини і має яскраво виражені лікувальні, профі- лактичні або оздоровчі властивості. Важливою складовою ринку продуктів спеціального призна- чення є молочні продукти, які в Україні і країнах Європи становлять близько 65% від його загальної ємності. Більше 80% ринку молочних продуктів – спеціального призначення (МПСП) представлено продуктами з пробіотиками та пребіотиками, 8% – продуктами з БАД, близько 12% становлять інші продукти. Перша група МПСП найбільш динамічно розвивається і постійно поповнюється новими про- дуктами, оскільки на дисбактеріоз в Україні, за ста- тистичними даними, хворіє 65-75% населення [13]. Молочні продукти спеціального призначення Синій колір – продукти з пробіотиками та пребіотиками, 80%. Голубий колір – продукти з БАД, 8%. Зелений колір –інші молочні продукти ,12%. Необхідність розширення асортиментного ряду МПСП диктується сьогодні демографічною ситуацією в Україні (частина людей похилого віку в загальній структурі населення складає 20,5%, за прогнозами Інституту геронтології АМН України до 2050 року вона зросте до 38,1%), збільшиться кі- лькість людей з серцево-судинними захворюван- нями та цукровим діабет (до 24,5 і 3,8%, відпо- відно). Факт: кефір і йогурт практично повністю за- своюються організмом, а молоко – тільки на 31%. Після закінчення всього 3-4 тижнів регулярного їх вживання починає відновлюватися кишкова мікро- флора, процеси бродіння і гниття припиняються, поступово відновлюється робота ШКТ. Йогурт – найпопулярніший кисломолочний продукт у Європі. Ферментовані молочні продукти є основними постачальниками мікроорганізму про- біотиками, які сприяють підтримці і відновленню мікробної екології людини [14]. Пробіо́тики, еубіотики – живі мікроорганізми, які забезпечують корисну дію на організм спожи- вача, нормалізуючи склад та функції мікрофлори шлунково-кишкового тракту, найчастіше це біфідо- бактерії і лактобактерії, здатні проявляти антаго- нізм проти патогенних й умовно-патогенних мікро- бів. До культур пробіотиків, які забезпечують ко- рисну дію на організм споживача і нормалізують склад і функції мікрофлори шлунково-кишкового тракту, відносяться такі види лактобактерій та біфі- добактерій, як Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Bifidobacterium spp. (В. adolescentis, B. animalisssp. Lactis, B. bifidum, B. longum, B. breve). Ці мікроорганізми відіграють роль імунної си- стеми в слизовій оболонці кишечника. Вони не доз- воляють патогенам чи шкідливим мікроорганізмам рости і розвиватися. Пробіотики допомагають сти- мулювати шлункові соки і натуральні ферменти, необхідні для правильного травлення, зменшують кількість і виразність побічних ефектів антибіо- тиків, сприяють розщепленню солей жовчних кис- лот і нормалізації ліпідного обміну. Споживання кисломолочних продуктів, що містять пробіотики допомагає захистити організм від великої кількості захворювань [15]. Більшість пробіотиків-бактерій відноситься до двох родів: лактобактерії (лат. Lactobacillus) і біфідобактерії (лат. Bifidobacterium), а також багато інших видів бактерій-пробіотиків (непатогенні разновиди Е. coli, непатогенні різно- види Bacillus (B. subtilis), непатогенні різновиди Enterococcus (E. faecium, E. salivarius), молочнокис- лий стрептокок Str. thermophilus, дріжджеві гриби Saccharomyces boulardii). Кожен рід бактерій містить значну кількість видів, в кожного виду є різноманітні штами. Це важливо пам’ятати, тому що різні штами можуть бути по-різному корисними для різних ор- ганів нашого тіла. Наприклад, штам Shirota виду Lactobacillus casei підтримують імунну систему і допомагають просуванню їжі через кишечник, штам Bulgaricus виду Lactobacillus delbrueckii ко-
16 Znanstvena misel journal №42/2020 рисний для людей, не здатних перетравлювати лак- тозу, що міститься у молоці та молочних продук- тах. На сьогоднішній день широкому колу спожи- вачів доступні в достатньому асортименті пробіо- тичні продукти: кефір, простокваша, ряжанка, сир, йогурт, мацоні, айран, рікотта та інші кисломолочні продукти, а також фармацевтичні препарати і БАД (можуть бути у вигляді батончиків, пластівців, по- рошків, капсул та ін.). Вибираючи пробіотики, звертайте увагу на ви- робника. Чим довше компанія-виробник існує, тим більша вірогідність того, що її продукти проконтро- льовані, вивчені, для такої компанії буде мати зна- чення її репутація. Вивчайте етикетку. Чим більше інформації міститься на етикетці, тим краще. Виро- бник повинен гарантувати певну кількість мікроор- ганізмів в продукті до кінця терміну його придат- ності, і про це має бути зазначено на етикетці. Ба- гато виробників на етикетках пробіотиків не вказу- ють інформацію про те, які штами бактерій містить продукт. Якщо ви плануєте приймати пробіотики, зателефонуйте до компанії-виробника і з’ясуйте, які саме штами бактерій містить продукт і які до- слідження були проведені, щоб довести їхню ко- ристь для здоров’я [16]. Не забувайте про правильне зберігання ан- тибіотиків відповідно до умов, зазначених в ін- струкції чи на етикетці. Купуючи кисломолочний продукт в торговельній точці, необхідно обов’яз- ково перевіряти його кінцевий термін придатності, а також щоб пакування вибраного вами продукту не було пошкодженим чи відкритим, продукт має бути достатньо охолодженим (температура не вище +6 ºС). Це також речовини мікробного або немікроб- ного походження, які при природному способі вве- дення сприяють гомеостазу за рахунок нормалізації мікрофлори у організмі; засоби підтримки балансу кишкової мікрофлори на оптимальному рівні та її корекції [18]. Пробіотичні бактеріальні культури призначені допомогти організму відновити порушену флору кишечника. Їх рекомендують лікарі і дієтологи після курсу антибіотиків, або як частину лікування таких хвороб як кандидоз. Багато пробіотиків при- сутні в природних джерелах, наприклад Lactobacillus в йогурті чи кефірі та квашеній ка- пусті. Для пояснення причин використання пробіо- тиків слід уявляти, що здоровий організм має свою мікробну екосистему, відому як флора кишечника. Вона може бути виведена із рівноваги широким ря- дом обставин, зокрема використанням антибіотиків та інших ліків, надлишком алкоголю, стресом, хво- робами, отруйними речовинами та навіть викори- станням антибактеріального мила. У таких випад- ках корисні бактерії можуть бути знищені або значно зменшені у числі, що дозволяє шкідливим бактеріям вільно рости, здійснюючи шкідливий вплив на здоров'я людини [17]. Пробіотики містять потенційно корисні бак- терії або дріжджі, частіше за все молочнокислі бак- терії. Молочнокислі бактерії використовуються в харчовій промисловості протягом багатьох років, тому що вони можуть перетворювати цукор (зо- крема лактозу) та інші вуглеводи на молочну кис- лоту. Це не тільки забезпечує характерний кислий смак молочнокислих продуктів, таких як кефір, але і служить консервантом, знижуючи pH і створю- ючи менше можливостей для росту інших ор- ганізмів. Нове покоління пробіотиків має в основі гене- тично модифіковані (рекомбінантні) штами мікро- організмів із заданими властивостями. До основних груп пробіотиків відносять:  Пробіотики на основі живих мікроор- ганізмів;  Пробіотики на основі метаболітів або структурних компонентів представників нормаль- ної мікрофлори;  Пробіотики на основі сполук мікробного чи іншого походження, які стимулюють ріст і ак- тивність біфідобактерій і лактобацил – представ- ників нормальної мікрофлори;  Пробіотики на основі комплексу живих мікроорганізмів, їх структурних компонентів, мета- болітів у різних поєднаннях і сполуках, які стиму- люють ріст представників нормальної мікрофлори;  Пробіотики на основі генно-інженерних штамів мікроорганізмів, їх структурних компо- нентів і метаболітів із заданими характеристиками;  Пробіотичні продукти харчування на ос- нові живих мікроорганізмів, їх метаболітів, інших сполук мікробного, рослинного або тваринного по- ходження, здатних підтримувати й відновлювати здоров'я через корекцію мікробної екології ор- ганізму. Пробіотики повинні відповідати наступним вимогам:  позитивно впливати на організм господаря;  не викликати побічних ефектів при трива- лому застосуванні;  мати колонізаційний потенціал, тобто зберігатися у травному тракті до досягнення макси- мального позитивного ефекту (бути стійкими до низької рН, жовчних кислот, антимікробних суб- станцій, що продукуються патогенною мікрофло- рою);  мати стабільну клінічну ефективність. Пребіотичними харчовими компонентами гіпотетично можуть вважатися будь-які фізіологічно активні речовини, якщо вони відповідають певним вимогам наведених у таблиці 1.
Znanstvena misel journal №42/2020 17 Пребіотичні харчові компоненти Обов’язкові вимоги Рекомендовані вимоги  відсутність гідролізу та адсорбції у верхніх відділах кишково-шлункового тракту  здатність вибірково піддаватися ферментації під впливом одного або обмеженої кількості потен- ційно корисних бактерій-коменсалів кишечнику, у яких спостерігається активізація метаболізму або прискорення росту  здатність зміщувати баланс кишково-шлункової мікробіоти у бік домінування корисної мікрофлори завдяки стимулюванню сахаролітичної та при- гнічення алкалофільної і аерофільної мікрофлори  здатність діставатися периферійних ділянок товстої кишки з огляду на їхню важливість в етіології захво- рювань кишково-шлункового тракту, а також онко- логічних Біфідобактерії є потужним захисним «щитом», що захищає від інфекційних та бактеріальних за- хворювань ШКТ. Сприяють нормальному трав- ленню і більш повному всмоктуванню корисних ре- човин, вітамінів і мінералів. Підсилюють кишкову перистальтику, сприяючи таким чином швидкому просуванню вмісту. Біфідобактерії – рід облігатно анаеробних грам-позитивних бактерій, які не утворюють спор і відрізняються гіллястою морфологією. Одна з най- більш важливих груп мікроорганізмів кишечнику, які домінують в анаеробної флори товстої кишки. Міжнародна молочна федерація називає біопродук- тами такі суміші, в яких міститься не менше 1 ∙ 106 біфідобактерій в 1 см3 . Біфідобактерії регулюють якісний і кількісний склад нормальної кишкової мікрофлори, стриму- ють зростання і перешкоджають розмноженню па- тогенної, гнильної і газоутворюючої мікрофлори, відновлюють пошкоджену структуру слизової обо- лонки кишечника. Поряд з іншими представниками нормальної кишкової мікрофлори біфідобактерії беруть участь у травленні і всмоктуванні, синтезі вітамінів групи В, вітаміну К, фолієвої та нікотино- вої кислот, сприяють синтезу незамінних амінокис- лот, кращому засвоєнню вітаміну D і солей каль- цію, стимулюють активність лізоциму і синтез іму- ноглобулінів, підвищуючи іммунозащітние функції організму. Це сахаролітичні бактерії товстого кишечника, є представниками нормальної мікрофлори кишеч- ника, кількісно складають більшу частину бактерій товстого кишечника. У дітей в 1 г фекалій міститься 1010 - 1011 біфідобактерій, у дорослих – 109 -1010 . Клі- тини біфідобактерій являють собою зігнуті пали- чки, поліморфні на кінцях (роздвоєні, потовщені), довжиною 2 – 5 мкм спори не утворюють. Біфідобактерії мають стійкість до жовчі та кис- лого середовища, тому потрапляючи до кишечника не гинуть, а починають розмножуватись. Потрапля- ють в організм людини з перших годин життя та мо- жуть становити до 80 – 90% бактерій кишечника новонародженого. Отримують енергію шляхом збродження олігоцукрів, зокрема тих, що містять у своєму складі фруктозу. Такі сполуки, які назива- ють фруктоолігоцукрами, не засвоюються ор- ганізмом людини, бо вона не має ферментів для їх розщеплення. Проходячи незмінними через тонкий кишечник, та потрапляючи до товстого ці сполуки є основною харчовою базою біфідобактерій. Для росту цих бактерій необхідна параамінобензойна та пантотенова кислота. Під час збродження цукрів біфідобактеріями, утворюється молочна та оцтова кислота, а також невелика кількість мурашиної кислоти. Внаслідок цього знижується рН у кишечнику та пригнічується розвиток патогенних бактерій, що можуть потрап- ляти сюди (Clostridium, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Candida albicans и Campylobacter JeJuni). Тому препарати, які містять живих біфідобактерій призначають при дисбактеріозах та лікуванні сильнодіючими ан- тибіотиками, для того щоб відновити нормальну мікрофлору кишечника. Також кислоти, що виро- бляються біфідобактеріями, зменшують всмокту- вання аміаку та амінів у кров, які можуть привести до підвищення артеріального тиску, рівня холесте- ролу та канцерогенних нітрозамінів. Крім того біфідобактерії синтезують вітаміни: тіамін, рибо- флавін, В6 та К, які можуть засвоюватись людиною. Сприятливий вплив цих мікроорганізмів на здоров'я людини обумовлюють наступні власти- вості біфідобактерій:  підтримують нормальний баланс кишкової мікрофлори;  продукують коротколанцюгові жирні кис- лоти (оцтову, молочну та мурашину), які знижують рН середовища і роблять його несприятливим для розвитку патогенних мікроорганізмів;  здатні виділяти продукти метаболізму, які безпосередньо інгібірують життєдіяльність пато- генних бактерій;  знижують концентрацію потенційно небез- печного аміаку й амінів у крові;  синтезують вітаміни групи К, В, амінокис- лоти та ферменти, які всмоктуються в товстому ки- шечнику;  стимулюють імунну атаку проти патоген- них мікроорганізмів, у тому числі й проти шкідли- вої кишкової мікрофлори;  проявляють протипухлинну активність;  підсилюють захисну здатність організму (завдяки стимулювання біфідобактеріями lg A-ан- титіл);  сприяють зниженню рівня холестерину в крові (за участю ферменту редуктази);  беруть активну участь у відновленні нор- мальної мікрофлори кишечника після терапії ан- тибіотиками;
18 Znanstvena misel journal №42/2020  застосування біфідобактерій разом з мо- лочними продуктами поліпшує їх засвоюваність особами, що не переносять лактозу (завдяки виділення біфідобактеріями Р-галактозидази, яка компенсує дефіцит цього ферменту в організмі лю- дини). Біфідобактерії синтезують вітаміни групи В (В1, В2, В12, фолієву кислоту), вітамін К, незамінні амінокислоти. Лактобактерії (Lactobacillus) – рід грам-пози- тивних факультативно анаеробних бактерій. Вони – велика частина молочно-кислих бактерій, групи, названої так за те, що більшість її членів перетво- рюють лактозу і інші цукри на молочну кислоту. Вони звичайні і звичайно непатогенні. У людини вони постійно присутні в піхві і травному тракті, де вони є симбіонтами і складають значну ча- стину флори кишечнику. Багато видів беруть участь в розкладанні залишків рослин. Вироб- ництво молочної кислоти робить їх оточення кис- лим, що перешкоджає росту деяких шкідливих бак- терій. Деякі різновиди Lactobacillus використову- ються в промисловості для виробництва кефіру, йо- гурту, сиру, солених овочів, маринадів та інших продуктів бродіння, наприклад силосу. Кислий хліб робиться використовуючи «стартову культуру», яка є симбіотичною культурою дріжджів і молочно- кислих бактерій, що росте на суміші води і бо- рошна. Корейська страва кімчі також робиться ви- користовуючи методи молочно-кислого бродіння. Багато Lactobacillus унікальні серед живих ор- ганізмів, оскільки вони не вимагають заліза для ро- сту і мають надзвичайно високу толерантність до перекису водню. Lactobacillus, особливо L. Casei і L. brevis, деякі з найзагальніших факторів псування пива. Геноми кількох видів роду секвеновані, що по- казує великий інтерес до цих бактерій. Багато Lactobacillus незвичайні ще в тому, що вони вико- ристовують гомоферментативний метаболізм (тобто, вони виробляють тільки молочну кислоту з цукру) і аеротолерантні, не зважаючи на повну від- сутність дихального ланцюга. Ця аеротолерант- ність залежить від марганця і була досліджена (і по- яснена) для Lactobacillus plantarum. Інколи пробіотики плутають з пребіотиками. Це не одне й те ж, хоча і ті і інші мають життєво важливе значення для здоров’я. Вони допомагають нашому організму покращити функції перетрав- лення їжі і зміцнюють імунну систему. Пребіотики – харчові добавки, які не перетрав- люються і є компонентами їжі, які вибірково стиму- люють ріст і розвиток, а також активність захисної мікрофлори кишечника людини і поліпшують тим самим здоров’я споживача. До пребіотиків в основному відносять різно- вид харчових волокон, які не розщеплюються у верхніх відділах шлунково-кишкового тракту через відсутність в ньому специфічних ензимів [1]. Пребіотики є типовим вуглеводом, який є ос- новою для пробіотиків. Корисна дія пребіотиків по- чинається безпосередньо в товстому кишечнику, де стимулюється ріст і активність корисних живих мікроорганізмів (пробіотиків), забезпечуючи їх стійкість і тим самим захищаючи організм від шкідливих речовин. Пробіотики і пребіотики мо- жуть споживатись окремо, але разом вони дають більш швидкий позитивний ефект. Термін «пребіотики» вперше ввів R.Gibson та використовується для визначення речовин або діє- тичних додатків, які не гідролізуються та не абсор- буються у тонкому кишечнику людини [2]. Вони є селективним субстратом одного або декількох ви- дів біфідобактерій та лактобацил (БЛ-флори) для стимуляції їхнього зростання і/або метаболічної ак- тивності, внаслідок чого поліпшується склад мікро- флори товстого відділу кишечника. Вони призначені для того, щоб стимулювати імунну систему, сприяючи розвитку корисних бак- терій в кишечнику, а також перешкоджаючи росту патогенних мікроорганізмів. Пребіотики переш- коджають утворенню закрепу і запальних захво- рювань кишечника, вони допомагають зменшити газоутворення і сприяють кишечному потоку, відновлюють нормальну мікрофлору кишечника, стимулюють синтез вітамінів групи В і К, а також допомагають поглинати деякі мінерали, наприклад, кальцій і магній. До пребіотиків відносяться моносахариди, олі- госахариди і полісахариди (олігофруктоза, інулін, галакто-олігосахариди, лактулоза, лактітол, панто- тенат кальцію, параамінобензойна кислота, харчові волокна (клітковина), целюлоза, екстракти водоро- стей, дріжджів, моркви, картоплі, кукурудзи, рису, кабака, часнику, сорбіт, ксиліт, ксилобіоза, рафі- ноза, пектини, хітозан, декстрин, глутамінова кис- лота, аргінін, валін, вітаміни А, Е, С, глутатіон, ка- ротиноїди, селен, ейкозапентаїнова кислота та ін.). Пребіотики містяться: — в продуктах харчування (максимальний вміст у свіжих молочних продуктах, кукурудзі, кру- пах, хлібі, цибулі, часнику, горосі, квасолі, неочи- щених злаках, аспарагусі, бананах, артишоці, в ін- ших фруктах і овочах); — в численних варіантах клітковини і висівок; — інулін (в топінамбурі, кульбабі, артишоку, корінні цикорію та ін.); — в фармацевтичних препаратах і БАДах. Лактулоза і лактоза позитивно впливають на формування здорової мікрофлори кишечника; іну- лін виводить з організму шлаки, зміцнює імунітет; целюлоза також виводить з організму шкідливі ре- човини і сприяє розмноженню корисних бактерій. Кожен, хто стикається з порушенням роботи кишечника, повинен розуміти різницю в пробіоти- ках і пребіотиках. З профілактичною метою краще приймати пребіотики і пробіотики природного по- ходження, з лікувальною метою (за наявності за- хворювань) – пробіотики і пребіотики у вигляді фармацевтичних препаратів і БАДів за рекомен- дацією лікаря. Фрукто́за (плодовий цукор), С6Н12О6 – ор- ганічна речовина – вуглевод із групи моносахаридів, що міститься в солодких пло-
Znanstvena misel journal №42/2020 19 дах, мед; безбарвні кристали солодкого смаку (со- лодше сахарози в 1,5 разу і глюкози в 3 рази), t пл 102–104 °С; розчинна у воді. Шестиатомний кетоспирт. У формулах фруктози і глюкози показано ха- рактерне для цих моносахаридів відносне просто- рове положення атомів Н і групи ОН, які входять у вуглеводний ланцюжок. На відміну від глюкози, що служить універ- сальним джерелом енергії, фруктоза не погли- нається інсуліно-залежними тканинами. Вона майже повністю поглинається і метаболізується клітинами печінки. Практично ніякі інші клітини людського організму (крім сперматозоїдів і клітин печінки) не можуть використати фруктозу. У клітинах печінки фруктоза фосфорилює, а потім розщеплюється на тріози, які або використо- вуються для синтезу жирних кислот, що може при- зводити до ожиріння, а також до підвищення рівня тригліцеридів (що, у свою чергу, підвищує ризик атеросклерозу), або використовується для синтезу глікогену (частково також перетворюється на глю- козу в ході глюконеогенезу). Проте перетворення фруктози на глюкозу – складний багатоступінчастий процес, і здатність печінки переробляти фруктозу обмежена. Питання, чи варто включати фруктозу в раціон діабетиків, оскільки для її засвоєння не потрібно ін- суліну, інтенсивно досліджується останніми ро- ками. Хоча у здорової людини фруктоза майже не підвищує рівень глюкози в крові, у хворих діабетом фруктоза часто призводить до росту рівня глюкози. З іншого боку, за нестачі глюкози, в клітинах ор- ганізму діабетиків може спалюватися жир, призво- дячи до виснаження жирових запасів. В цьому випадку фруктоза, яка легко перетворюється на жир і не вимагає інсуліну, може використовуватися для їх відновлення. Перевага фруктози полягає в тому, що солод- кого смаку можна надати страві відносно невели- кими кількостями фруктози, оскільки при близькій до цукру калорійності (380 ккал/100 г) вона в 1,2- 1,8 рази солодша. Проте, як показують дослідження, споживачі фруктози не зменшують калорійності їжі, замість цього вони їдять солодші страви. Відтак частина фруктози перетворюється безпосередньо на жир; жирові запаси спалити набагато важче, ніж глю- козу. Нарешті, ситість визначається рівнем глюкози в клітинах. Та частина фруктози, яка перетво- рюється на жир, не впливає на відчуття ситості. Тому збільшення споживання фруктози зв'язують із епідемією ожиріння. Крім того, американські гастроентерологи вва- жають фруктозу винуватцем більш ніж третини випадків синдрому подразненого кишечнику. З іншого боку, фруктоза на 20-30 % знижує ри- зик розвитку карієсу і запальних процесів в порож- нині рота. Фруктоза прискорює переробку алкоголю. Прискорює також переробку продуктів неповного розпаду алкоголю в нешкідливі речовини. Для виявлення фруктози застосовують якісну пробу Селіванова. Молекула сахарози (харчового цукру) скла- дається з двох простих сахаридів: глюкози і фрук- този. У організмі сахароза розщеплюється на глю- козу і фруктозу. Тому за своєю дією сахароза еквівалентна суміші 50 % глюкози і 50 % фруктози. Фруктоза – натуральний замінник цукру, має досить високу солодкість – 1,5-1,7 до солодкості цукрози. Температура плавлення кристалічної фруктози – 104 °C. Фруктоза добре розчиняється у воді, її розчинність перевищує розчинність цукру. Фруктоза має доволі високу гігроскопічність: вже при відносній вологості повітря 45-50 % вона почи- нає сорбувати вологу. Калорійність фруктози ана- логічна до цукрози і становить близько 4 ккал/г. Фруктозу можна рекомендувати для харчування хворим на цукровий діабет, оскільки її засвоєння не супроводжується значним підвищенням цукру у крові [12]. Надмірне споживання фруктози небезпечніше для організму, ніж тієї ж кількості глюкози. Зо- крема, зловживання фруктозою більшою мірою сприяє розвитку серцевих захворювань і діабету. Лактулоза (4-О-β-галактопіранозил-D-фрук- тоза) – синтетичний дисахарид, що складається з молекули галактози і фруктози, зв'язаних за допо- могою β-1,4-зв'язку. Являє собою білий або майже білий кристалічний порошок солодкого смаку, без запаху. Окрім кристалічної форми випускають у ви- гляді сиропу, який використовується як замінник цукру. Оскільки лактулоза не зустрічається в природі, то в організмі людини відсутні ферменти, які здатні гідролізувати її до галактози і фруктози. Вна- слідок цього лактулоза проходить через шлунково- кишковий тракт в незмінному вигляді і доходить до товстої кишки де сприяє розмноженню мікроор- ганізмів (кишкової флори), які корисні для здоров'я людини особливо при запорах, дисбактеріозі та ін- ших захворюваннях кишечника. За рахунок бакте- ріального розщеплення лактулози на коротколан- цюгові жирні кислоти (молочна, оцтова, пропіо- нова, масляна) знижується рН середовища товстого кишечника, яке призводить до підвищення осмоти- чного тиску, затримання рідини в порожнині кишки та посилення її перистальтики [11]. Світовим лідером у виробництві лактулози і функціональних продуктів харчування, збагачених лактулозою, є японська корпорація Morinaga Milk Industry Co, яка ще в 60-х роках минулого століття проводила дослідження щодо дії лактулози на орга- нізм людини, що відкрило дорогу функціональному харчуванню й розвитку індустрії пребіотиків у всьому світі. Інулі́н (від лат. Inula – оман), (С6Н10О5)n – по- ширений в природі резервний полісахарид, поліцу- кридний ланцюжок якого складається переважно з залишків D-фруктози, з'єднаних між собою l,2-глю- козидними зв'язками. Молекула інуліну містить і невелику кількість залишків глюкози. Тобто, лан- цюжок складається із фруктозних ланок з кінцевою
20 Znanstvena misel journal №42/2020 глюкозою. Він не [1] засвоюється організмом лю- дини, але є необхідною для функціонування органів травлення баластною речовиною. З точки зору хар- чування, інулін належить до класу харчових воло- кон, відомих як фруктани / фруктозани. Молекулярна маса – 5 000-6 000. Білий кри- сталічний порошок, солодкий на смак, добре розчи- няється в гарячій воді. Ступінь полімеризації його становить зазвичай до 100 одиниць, здебільшого не вище 60. Інулін легко гідролізується при нагріванні з во- дою або в присутності органічних (оцтової, винної) і неорганічних кислот. При неповному гідролізі утворюється дисахарид інулібіоза (1-β-D-фрукто- фуранозил-D-фруктоза), при повному – фруктоза. Гідроліз інуліну відбувається також під дією відповідних ензимів – інулаз, або β-фруктофурано- зидаз. Якщо до водного розчину інуліну додати спирт, відбувається осадження полісахариду. Цю властивість використовують для отримання інуліну з рослинного матеріалу – спочатку його вилучають водою, а потім осаджують [3]. У природних умовах інулін накопичується як резервна речовина у кореневому цикорії, бульбах топінамбуру, жоржин, кок-сагизу, в коренях і стеб- лах гваюли, у ріпчастій цибулі, лопуху, бататі, ар- тишоку тощо, є в багатьох рослинах (складноцвітих, дзвоникових, лілійних, лобелієвих, фіалкових, деяких водоростях тощо), бактеріях Streptococcus mutans та інших. Добувають із цикорію і топінамбура (з мляної груші). Екстрагування теплою водою дає змогу ви- лучити практично всі розчинні та умовно розчинні вуглеводи з цикорію. Після очищення і висушу- вання його випускають у формі тонкодисперсного порошку. Розрізняють дві групи інуліну:  природний інулін із цикорію має в середнь- ому довжину ланцюжка близько 12 (ступінь полімеризації);  інулін високого очищення, отриманий із природного шляхом видалення коротколанцюго- вих молекул, внаслідок чого має ступінь полімери- зації 25. Вони можуть бути у порошкоподібному, роз- чинному й гранульованому стані. Вміст інуліну у нових вітчизняних сортах ко- реневого цикорію Уманський 90, Уманський 95, Уманський 96, Уманський 97, Уманський 99 сягає 13 – 16% [4]. Коріння лопуха містять 45, а бульби топінамбуру і жоржин – 50 % інуліну [7]. Вміст іну- ліну у рослинах у таблиці 2. Вміст інуліну у рослинах Назва рослини Частина рослини Вміст інуліну (до) Примітки Лопух великий (Arctium lappa L.) сухі корені 37—45% Топінамбур (Helianthus tuberosus) бульби 16—18% і більше Кульбаба лікарська (Taraxacum officinale) корінь 40% Оман високий (Inula helenium L.) корінь 44% Застосовують як замінник крохмалю і цукру при цукровому діабеті, в промисловості – для одер- жання фруктози. Похідні інуліну (естери, сульфати, продукти окиснення) застосовуються для лікування туберкульозу, гіпертонії, ліпемії. Багато публікацій, які підтверджують пробіо- тичну активність інуліну та олігофруктоз стосовно майже всіх видів пробіотичної мікрофлори за ви- нятком Eubacteria [5]. Внаслідок його гідролізу утворюється фруктоза, яка, крім стимулювання ро- сту та активності біфідо-лактофлори, підвищує всмоктування кальцію в товстому кишечнику, впливає на метаболізм ліпідів, зменшує ризик ате- росклеротичних змін у серцево-судинній системі та запобігає розвитку цукрового діабету [1]. В рослин- них тканинах інулін гідролізується під впливом іну- лази (інулінази), яку знайдено в рослинах, що містять інулін, пліснявих грибах, дріжджах [3]. Іну- лаза зазвичай активується при проростанні бульб і кореневищ. Через β (2,1) зв'язки, інулін не перетрав- люється ферментами травної системи людини, що визначає його функціональні властивості у харчу- ванні: зниження калорійності, харчові волокна і пребіотичні ефекти. Інулін має незначний вплив на сенсорні характеристики харчових продуктів. Олігофруктоза має 35% солодкості сахарози, і її підсолоджувальний профіль схожий на цукор. Стандартний інулін злегка солодкуватий. Розчин- ність інуліну вище, ніж в класичних харчових воло- кон. При ретельному змішуванні з рідиною, інулін утворює гель і білу кремову структуру, яка схожа на жир. Його тривимірна мережа гелю, що скла- дається з нерозчинних частинок субмікронного кристалічного інуліну, утримує велику кількість води, забезпечуючи його фізичну стабільність. Це може мати значення при поліпшенні стабільності пін і емульсій. Очищений інулін в країнах СНД практично не виробляється, що пов'язано з його нестабільністю при виробництві та великими витратами при очи- щенні та хімічному виробництві Ефективним шляхом нормалізації дисбалансу кишкової мікрофлори є створення синбіотиків (комплексу пробіотиків та пребіотиків) і виготов- лення продуктів на їх основі, що дасть можливість стимулювати розвиток власної мікрофлори кишеч- ника і підвищити захисні функції організму. На першому етапі роботи проведено дослі- дження впливу фруктози, лактулози і інуліну як бі- фідогенніх факторів на розвиток біфідобактерій. Роботу з визначення стимулюючої дії біфідобакте- рій на процес зброджування молока проводили, ви- користовуючи стерилізоване знежирене молоко, в
Znanstvena misel journal №42/2020 21 яке вносили закваску в кількості 5,0% у вигляді консорціуму біфідобактерій з концентрацією 1-105 КУО/см3 . В якості контролю використовували сте- рилізоване знежирене молоко без біфідостімулято- рів, заквашений консорціумом біфідобактерій в тій же кількості. У стерилізоване знежирене молоко додавали від 0,1 до 0,5% фруктози. Отриману су- міш нагрівали до температури 40 °С, очищали, на- грівали до температури 65°С, гомогенизировали при тиску Р = (15±2) Мпа і для виключення впливу сторонньої мікрофлори стерилізували при темпера- турі (121±2) °С з витримкою (15±5) хв., охолоджу- вали до температури заквашування – (37±1) °С. За- лежність кількості життєздатних клітин біфідобак- терій в отриманих згустках від масової частки фру- ктози як Біфідостимулюючий фактор наведений на малюнку 1. Значне зростання кількості життєздатних клі- тин біфідобактерій, за думкою фахівців, можна по- яснити тим, що в процесі молочнокислого бродіння фруктоза є первинною ланкою в метаболізмі біфі- дофлори. Лактулоза є найбільш дослідженим пребі- отиків в світі. Відмінність лактулози від інших цу- крів полягає в тому, що вона не перетравлюється в верхній ділянці шлунково-кишкового тракту, а при- ходить в товсту кишку в незмінному вигляді, де служить стимулятором росту і розвитку власної бі- фідо-флори «господаря». У той же час лактулоза не може виступати в субстратом для патогенної мікро- флори, в тому числі кишкової палички і сальмо- нели. Кількістьжитьєздатнихклітинбіфідобактерій КУОсм3 Масова частина фруктози, % Малюнок 1. Залежність кількості життєздатних клітин біфідобактерій в кисломолочних згустках в залежності від масової частки фруктози: 1 – 0,1%; 2 – 0,2%; 3 – 0,3%; 4 – 0,4%; 5 – 0,5%. Для визначення оптимальної кількості лакту- лози у ферментованих кисломолочних продуктах, нами invitro проведені дослідження, які пов'язані з визначенням пребіотічніх властивостей лактулози при використанні консорціуму біфідобактерій (B. bifidum + B. longum + B. adolescentis). Спираючись на відомості з використання лак- тулози при виробництві молочних продуктів, лак- тулозу вносили в стерилізоване знежирене молоко в кількості, яка відповідала збільшенню концентра- ції лактулози в молоці від 0,1 до 0,6%. У підготов- лену суміш вносили 5,0% закваски у вигляді консо- рціуму біфідобактерій з концентрацією 1*105 КУО/см3 . Контролем служило стерилізоване зне- жирене молоко заквашене консорціумом біфідоба- ктерій без додавання лактулози. Технологічну під- готовку отриманої суміші до закваски і процес за- квашування проводили так само, як і з використан- ням біфідостімулятору фруктози. Залежність кількості життєздатних клітин біфідобактерій від масової частки лактулози в знежиреному молоці приведена на малюнку 2.
22 Znanstvena misel journal №42/2020 Кількістьжитьєздатнихклітинбіфі- добактерій КУОсм3 Масова частина лактулози, % Малюнок 2. Залежність кількості життєздатних клітин біфідобактерій в згустках від масової частки лактулози: 1 – контроль; 2 – 0,1%; 3 – 0,2%; 4 – 0,3%; 5 – 0,4%; 6 – 0,5%; 7 – 0,6%. Наведені дані свідчать, що для досягнення ефе- кту пробіотика досить внести 0,1% лактулози, і кі- лькість життєздатних клітин біфідобактерій в про- цесі ферментації протягом 6 годин, порівняно з ви- хідною кількістю 1*105 КУО/см3 збільшується до 6*109 КУО/см3 . Це свідчить, що кількість біфідоба- ктерій, яка утворюється в присутності 0,1% лакту- лози, здатна забезпечити ефект пробіотичного впливу на організм людини. Відомо, що поруч з пребіотічнім ефектом, який забезпечує лікувально- профілактичний вплив на стан мікрофлори кишеч- ника, лактулоза впливає також на функціонування печінки і нервової системи, тому вміст її в кисломо- лочних продуктах повинен складати не менше 0,6%. У роботі в якості біфідостімулятора викорис- таний також інулін у вигляді сухого водорозчин- ного концентрату топінамбура, у вуглеводний склад якого входить не менше 70% інуліну. Нава- жки концентрату топінамбура від 0,1 до 0,5% роз- чиняли в невеликій кількості стерилізованого зне- жиреного молока, нагрівали при постійному пере- мішуванні до температури (90±2) ºС, витримували протягом 5 хв., Охолоджували до температури (55±2) ºС і додавали до стерилізованої молочній ос- нові. Технологічну підготовку отриманої суміші до закваски і процес заквашування проводили так само і в тій же кількості, як і з використанням біфі- достімуляторов фруктози і лактулози. Залежність кількості життєздатних клітин біфідобактерій в отриманих згустках від масової частки інуліну, як Біфідостимулюючого фактора, наведені на малю- нку. 3. Кількістьжитьєздатнихклітинбі- фідобактерій КУОсм3 Масова частина інуліну, % Малюнок 3. Залежність кількості життєздатних клітин біфідобактерій в кисломолочних згустках в залежності від масової частки інуліну: 1 – контроль; 2 – 0,1%; 3 – 0,2%; 4 – 0,3%; 5 – 0,4%; 6 – 0,5%.
Znanstvena misel journal №42/2020 23 При використанні в якості біфідостімулятора інуліну відбувається значне зростання кількості життєздатних клітин біфідобактерій, що можна по- яснити хімічним складом концентрату топінам- бура, вуглеводи якого представлені інулін, фрукто- зою і її похідними. В'язкість зразків, отриманих з використанням біфідостімуляторів, залишається майже незмінною протягом перших двох годин процесу заквашу- вання і кислотність зразків майже не змінюється. Особливо швидко відбувається наростання в'язко- сті в кінці процесу заквашування. Протягом шести годин процесу ферментації адаптованими культу- рами середнє значення в'язкості зразків з викорис- танням фруктози досягло 48 с, лактулози – 46 с, іну- ліну – 52 с, в той час як в'язкість контрольного зра- зка представляла тільки 41с. Визначення кількості життєздатних клітин біфідобактерій після шести годин зброджування в присутності біфідостімуля- торів показало, що всі отримані згустки мають ви- сокі властивості пробіотиків. Висновки. Таким чином можна зазначити, що для зростання і розвитку біфідобактерій найбільш сприятливим середовищем є активна кислотність в інтервалі рН 6,6...5,5. Процес ферментації знежире- ного молока супроводжується поступовим збіль- шенням титрованої кислотності і зниженням актив- ної кислотності за рахунок накопичення молочної та оцтової кислот, яке призводить до уповільнення наростання кількості життєздатних клітин біфідо- бактерій, які при досягненні стану гелеутворення (рН 4,6 ... 4,7), погано розвиваються. При використанні біфідостимуляторів – фрук- този, лактулози і інуліну не тільки збільшується кі- лькість життєздатних клітин біфідобактерій, але і значно впливають на в'язкість отриманих згустків, що сприятливо впливає на органолептичні власти- вості готового продукту. Таким чином, отриману композицію біфідобактерій зі стимуляторами акти- вності їх зростання і розвитку можна використову- вати для створення синбіотиків – комбінації пробі- отиків і пребіотиків, призначених для виготовлення продуктів функціональної спрямованості. Список літератури 1. Сирохман І.В. Завгородня В.М. Товаро- знавство харчових продуктів функціонального при- значення – Київ, 2009. – 544 с. 2. Біфідогенні властивості цикорію // Міжна- родний науково-практичний журнал «Товари і ринки», 2008. 3. Артамонов В.И. Зеленая лаборатория пла- неты. – Агропромиздат, 1987. – 143 с. 4. Гументик Н.Я. Підвищення продуктив- ності цикорію та зменшення втрат коренеплодів при збиранні: автореф. дис. на здобуття наук. сту- пеня канд. с.-г. наук: спец. 06.01.09 «Рослин- ництво» – Київ, 2004. – 20 с. 5. Hartemink R., Nout M.J.R., Rombouts F.M. Effects of fructooligosaccharides on the human intesti- nal flora // Wageningen, The Netherlands, 1994. 6. Hartemink R., Laere K.M.J. van, Rombouts F.M. Growth of enterobacteria on fructooligosaccha- rides // Journal of Applied Microbiology, №83, 1997. 7. Безусов А.Т., Пилипенко І.В., Средницька З.Ю. Вивчення ферментативних систем топінам- буру для отримання інуліноподібних речовин In Vitro // Наукові праці. Науковий журнал, № 36, 2009. 8. Молоко та молочні продукти. Настанови з відбирання проб: ДСТУ ISO 707:2002, ДСТУ ISO1211:2002, ДСТУ ISO1737:2002, ДСТУ ISO 7207:2002. [Чинний від 18 вересня 2002]. Київ: Держспоживстандарт України, 2004. 92 с. (Націо- нальні стандарти України). 9. Молоко-сировина коров’яче. Технічні умови: ДСТУ 3662:2018. Київ: Держспоживстан- дарт України, 2018.12 с. (Національні стандарти України). 10. Молоко та вершки сухі. Загальні технічні умови: ДСТУ 4273:2015. Київ: Держспоживстан- дарт України, 2003.15 с. (Національні стандарти України). 11. Молоко термічно оброблене. Визначення вмісту лактулози методом високоефективної рідин- ної хроматографії: ДСТУ ISO11868:2004. Київ: Держспоживстандарт України, 2006. 14 с. (Націо- нальні стандарти України). 12. Продукти кисломолочні низькофруктозні. Визначення вмісту фруктози: ТУ 10.5-00419880- 128:2015 Київ: Держспоживстандарт України, 2015. 12 с. (Національні стандарти України). 13. Капрельянц Л.В., Іоргачова К.Г. Функціо- нальні продукти: монографія. Одеса, 2003. 312 с. 14. Капрельянц Л.В., Петросьянц А.П. Ліку- вально-профілактичні властивості харчових про- дуктів та основи дієтології: підручник. Одеса, 2011. 269 с. 15. Рыженко С.А. К 100-летию начала иссле- дований пробиотиков И.И. Мечниковым [Элект- ронный ресурс]. http://www.sesobl.dp.ua/clients/sesdp.nsf/(NewsW)/4 6F655BCD787FBF7C22573C0002B4EF1 16. Белоусова Е.А. Всемирный конгресс по га- строэнтерологии // Фарматека, №1, 2006. 17. Феклисова Л.В., Шебекова В.М. Эффекти- вность «Пробифора» в комплексном лечении ОРВИ у детей // Новые лекарственные препараты, № 1, 2004. 18. Шендеров Б.А. Медицинская микробная экология и функциональное питание. Т. 3: Пробио- тики и функциональное питание. – Гранть, 2001. – 286 с.
24 Znanstvena misel journal №42/2020 НАСОС-ФОРСУНКА С КОЛЬЦЕВЫМ УПРАВЛЯЮЩИМ КЛАПАНОМ Габдрафиков Ф.З. доктор технических наук, профессор кафедры теплоэнергетики и физики ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» PUMP-SPRAYER WITH RING CONTROL VALVE Gabdrafikov F. Doktor of Technikal Scitnces, Professor of the Department of Heat and Power Engineer and Physics, Federal State Budgetaru Educational Institution of Higher Education ’’Bashkir State Agrarin University’’ Аннотация В статье приведены результаты исследований модернизации насос-форсунки дизеля с гидроприводом плунжера и с кольцевым управляющим клапаном. Приведена математическая модель функционирования кольцевого управляющего клапана и определены его конструктивные параметры, обеспечивающие быст- родействие насос-форсунки. Abstract The article presents the results of studies on the modernization of a diesel engine-injector with a hydraulic actuator of the plunger and with a circular control valve. A mathematical model of the deduction of the annular control valve is given and its design parameters are determined to ensure the speed of the pump-injector. Ключевые слова: насос-форсунка, кольцевой клапан, управляющий клапан, дизельный двигатель. Keywords: injector pump, ring valve, control valve, diesel engine. Введение Известные зарубежные фирмы- ведущие про- изводители топливных систем, такие как Lucas, Denso, Bosch и другие, разрабатывают системы с новыми вариантами топливоподачи, позволяющие обеспечивать максимальное давление впрыскива- ния до 200 МПА, отдавая приоритет системам с насос форсунками, [5,7,8,12]. В насос-форсунке скомпонованы в едином аг- регате и насосный (плунжер) и впрыскивающие (распылитель и его игла) элементы. Благодаря от- сутствию длинного топливопровода существенно повышается давление впрыскиваемого топлива (тонкости его распыливания). Проявление большого интереса к насос-фор- сункам обуславливается, прежде всего, в соответ- ствии тенденции совершенствовании системы топ- ливоподачи дизеля (повышение интенсивности и давления впрыскивания и соответствием их эколо- гическому требованию). Насос-форсунки имеют преимущества в высоком давлении впрыскивания, без подвпрысков и в возможности гибкого регули- рования топливоподачи, [3,9,10,11,13]. Совершенствование насос-форсунок идет в настоящее время по пути применения электромаг- нитных быстродействующих топливодозирующих клапанов, которые управляются электронным бло- ком, при неизменной или частичной модернизации классической секции насоса с механическим приво- дом плунжера, [3,13,16]. По данным зарубежных фирм Caterpillar, Bosch и Cummins, системы топливоподачи с насос- форсунками с гидроприводом и электронным управлением (HEUI- Hydraulically actuated Electron- ically controlled Unit Injection), являются весьма перспективными. Они сочетают в себе признаки раздельных и аккумуляторных систем. Система HEUI затрачивает, по сравнению с Common Rail (топливоподающего двигателя аккумуляторного типа) существенно меньше мощности на получение высокого интенсивного давления впрыскивания, [2,4,6,9]. Анализ опубликованных научных работ пока- зывает, что они в основном посвящены проблемам совершенствования системы управления насос- форсунками и диагностики, [13,14,15,16,17]. Применение в дизелях системы топливопо- дачи HEUI позволяет повысить экономичность, но имеет она пока достаточно низкую надежность в эксплуатации и существенно удорожает систему топливоподачи. Одним из конструктивных недостатков насос- форсунки HEUI является необходимость примене- ния управляющего клапана с большим проходным сечением и наличие возвратной пружины, обуслав- ливающий увеличение большого объема внутри- клапанной полости и, как следствие, влияющих на длительность времени срабатывания клапана и по- требляемого им тока. Целью и задачей исследования является мо- дернизация насос-форсунки для повышения каче- ства его работы с разработкой модели управляю- щего клапана на основе разрезного упругого кольца, позволяющего обеспечить быстродействие управления впрыскиванием топлива. Материалы и методы Нами был разработан метод модернизации насос-форсунки системы HEUI (со сложной систе- мой регулятора давления гидропривода плунжера) существенным упрощением управляющего клапан- ного узла. В качестве управляющего клапана было ис- пользовано разрезное кольцо, способное автономно
Znanstvena misel journal №42/2020 25 функционировать за счет упругости и с возможно- стью электронного управления. На рисунке 1 представлена насос-форсунка с гидроприводом плунжера модернизированная с электронно-управляемым кольцевым клапаном. Насос форсунка функционирует следующим образом. Электронный блок управления в опреде- ленный момент подает ток на электромагнит 3 на основании входных сигналов от различных элек- тронных датчиков. Создается магнитная сила, при- тягивающая кольцевой клапан 2. В этот момент происходит соединение канала А с надпоршневой полостью В, свободная кромка клапана 2 перекры- вает сливной канал С при этом, перемещаясь до- полнительно по гнезду на величину 𝜋 ∙ ℎ (ℎ - вели- чина подъема клапана) по гнезду в корпусе 1. Рабо- чая жидкость (масло) под давлением поступает из насоса в верхнюю полость нагнетательного поршня 5. За счет давления поршня 5 с плунжером 6 пере- мещается вниз, обеспечивая под высоким давле- нием впрыскивание топлива. Рисунок 1. Усовершенствованная насос-форсунка электронно-управляемым кольцевым клапаном и с гидроприводом плунжера: 1 – корпус клапана; 2 – клапан кольцевой; 3 – электромагнит; 4 –клапан сливной; 5 –поршень нагнетательный; 6 – плунжер; 7 – пружина. Впрыскивание топлива завершается после вы- ключения тока с электронного блока управления. При этом за счет собственной упругости кольцевой клапан 2 возвращается в исходную позицию, соеди- няя полость В с каналом слива С перекрывая канал А. Нагнетательный поршень 5 под действием пру- жины 7 возвращается в исходное положение, а жид- кость уходит на слив. В гнезде кольцевой клапан 2 надежно удержи- вается закрепленной кромкой и за счет собственной упругости, остаточного давления жидкости, и мо- жет функционировать без электронного управле- ния за счет гидропривода. Важнейшим показателем быстродействия управляющего кольцевого клапана (из-за особенно- сти его конструкции для нашего случая), является ход (высота подъема) кольца ℎ (рисунок 2), в зоне уплотнения канала подвода жидкости в процессе заполнения внутриклапанной полости. Надежность работы и быстродействия гидро- привода плунжера насос-форсунки с кольцевым управляющим клапаном определяется герметично- стью (ходом) перекрытия свободной кромкой кольца сливного канала С, зависящая от хода кла- пана. В этой связи конструктивные размеры самого кольцевого клапана должны быть определены из условия полного перекрытия канала С его свобод- ной кромкой, т.е. её ходом равным 𝜋 ∙ ℎ. Поэтому весьма актуальным является установление опти-
26 Znanstvena misel journal №42/2020 мальных параметров кольцевого клапана, опреде- ляющих его ход ℎ. На рисунке 2 приведена модель функционирования кольцевого клапана. Обоснование конструктивных размеров и па- раметров кольцевого клапана проведем из условия баланса сил, действующих на него (рисунок 2): . .рад ст гp b D P P    (1) или 𝑐𝜎 = ∆𝑝𝑓𝑘 + 𝑄𝑝(𝑣1 − 𝑣2 𝑐𝑜𝑠𝛽) (2) где D, b –диаметр и ширина кольцевого кла- пана соответственно; Рст. – сила статического давления жидкости; Рг – гидродинамическая сила (реакция потока на клапан); кd – диаметр канала подвода жидкости; Q – секундный расход жидкости;  – плотность жидкости; P рад – радиальное давление кольцевого кла- пана на стенку гнезда; с – жесткость разрезного кольца; σ – разница диаметров кольца (до его разреза) и гнезда клапана; Δр =(p1 - р0) – перепад давления до (p1) и после (р0) клапана; 2 / 4k кf d  – площадь поперечного се- чения топливоподающего канала; ʋ1, ʋ2 – средние скорости жидкости перед кла- паном и в его щели; β –угол направления потока топлива (для слу- чая 𝐷 ≫ 𝑑 𝑘, допускается β=90°). Рисунок 2 Модель функционирования кольцевого клапана: ℎ- ход клапана; 𝑡- толщина кольцевого клапана; 𝑑0- расстояние между выемками гнезда (диаметр рабочей зоны клапана) 𝑟- радиус рабочей зоны клапана. Для относительно небольшого подъема кольца вполне допустимо, что между кольцом и гнездом клапана течение жидкости ламинарное и для рас- чета использовать известные уравнения сплошно- сти и энергии потока. [5] Для данного случая (когда зона действия по- тока жидкости определяется шириной кольца, диа- метром подводящего канала и расстоянием между выемками гнезда d0) течение жидкости можно до- пускать как между плоскими радиальными дис- ками, и рассматривать зону уплотнения кольца как круглый плоский клапан (т. е. заштрихованными участками пренебрегать f, рисунок 2). Для расчета давления и скорости жидкости при её ламинарном течении между плоскими дисками (зона уплотнения в данном случае между кольцом и гнездом клапана) используем уравнение Навье- Стокса. Уравнением движения жидкости будет мате- матическое выражение равновесия сил при условии их непрерывности, приложенных к элементу жид- кости и выражено может быть в векторной форме следующим образом:     1 grad div grad gradv p t           (3) Уравнение энергии выражается законом сохранения энергии:
Znanstvena misel journal №42/2020 27     1 div grad T dФ T T t vc dt         (4) Уравнение сплошности – законом сохранения массы: div 0  (5) где t   – локальная составляющая ускорения (учитывает неустановившийся характер течения);  grad  – конвективная составляющая ускорения (учитывает перемещение частиц жидкости);  div gradv  – учитывает вязкость жидкости; 1 grad p  – учитывает давление; T t   – локальное изменение температуры жидкости;  T  – учитывает конвективный перенос тепла;  div gradT – учитывает переданную теплоту теплопроводностью; 1 dФ vc dt – учитывает выделенную теплоту внутренними источниками. В данном случае уравнение движения жидкости Навье-Стокса, для расчета давлений и скоростей, за- пишется тогда в цилиндрической системе координат: 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 1 r r r r r z r r r r r t r r z r p v r r rr r z r r                                                    (6) 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1z z z z r z z z r z p v t r r r r r zr r z                                        , (7) где , ,r z   – составляющие скорости движения жидкостей по радиусу, по уплотняющей окружно- сти поверхности кольца и по оси хода кольца. ρ, ν – плотность и кинематическая вязкость жидкости. Закон сохранения массы выражается уравнением сплошности (неразрывности) потока: 1 0r z r r r z r              (8) Учитывая, что вязкость и температура жидкости остаются постоянными, в расчетах уравнения энер- гии рассматривать не будем. Упростим уравнения движения (6 и 7) для рассматриваемого случая, приняв: 0z  (положение кольцевого клапана открытое); 0  (течение жидкости в рабочей зоне клапана только по радиусу); При constv  уравнения (6), (7) и (8) примут тогда следующий вид: 2 2 2 2 2 1 1r r r r r p v r r r rr z r                         (9) 0 p p z       (10) 0 0 r r r     (11) Граничные условия: 0z  , 0r  , 0z  , z h , 0  ,  ,r r z  .
28 Znanstvena misel journal №42/2020 Подставляя величину 2 r r   определяемой из уравнения (11), в уравнение (9) получаем исходное уравнение для определения давления жидкости и скорости между кольцом и гнездом в рабочей зоне кла- пана: 2 2 2 1 0r r rr r         (12) И кроме того, принимая, что r     значительно меньше 2 2 r v z       , и с учетом выражения (12) полу- чим уравнение (9) в следующем виде: 2 2 1 p v r z            (13) Интегрируя по z, находим: 2 1 2 1 2 p z C z C v r        (14) В рассматриваемом случае граничными условиями являются 0  при 0z  и z h . Для этих условий уравнение (14) будет:  21 2 p z hz r       (15) где µ - динамическая вязкость топлива. Расход поступающей жидкости в рабочей зоне кольцевого клапана определить можно с помощью следующего уравнения [1]: 2 срQ rh  , (16) где 0 1 h ср dz h    . Подставив из уравнения (15) значение  получим после интегрирования:   2 2 0 0 1 1 1 2 12 h h ср p h p dz z hz dz h r h r                (17) Подставив в уравнение (16) значения ср , получим другое выражение для расчета расхода жидкости: 3 6 rh dp Q dr     (18) Уравнение движения жидкости между плоскими дисками для бесконечно малой радиальной длины dr выглядит следующим образом: 3 6dp Q dr rh     (19) Интегрируя уравнение (19) по радиусу r, получим: 33 6 ln Q p r C h      (20) Постоянную интегрирования С3 и расход Q определим, используя следующие граничные условия: 0 0 k k p p при r r p p при r r        Отсюда 3 0 03 6 ln Q С p r h     (21) Подставив выражение (21) в уравнение (20), получим: 0 0 3 6 ln rQ p p rh     (22) При kr r 1p p уравнение (22) примет вид:
Znanstvena misel journal №42/2020 29 0 1 0 3 6 ln k rQ p p rh     или ∆𝑝 = 6𝜇𝑄 𝜋ℎ3 𝑙𝑛 𝑑0 𝑑 𝑘 (23) Для данного случая расстояние между выемками гнезда кольца 0d определяется шириной кольца b , т.е. 0d b , тогда уравнение (23) примет следующий вид: ∆𝑝 = 6𝜇𝑄 𝜋ℎ3 𝑙𝑛 𝑏 𝑑 𝑘 (24) отсюда получаем уравнение расхода поступающей жидкости в рабочей зоне клапана: 𝑄 = ∆𝑝𝜋ℎ3 6𝜇𝑙𝑛 𝑏 𝑑 𝑘 (25) Распространение давления жидкости в рабочей зоне клапана определяем интегрированием выраже- ния (18), при 0r r 0p p : 0 0 3 6 ln rQ p rh    , (26) а при kr r 1p p , то, очевидно, rk 0 1 3 6 ln k rQ p rh    . (27) Закон распространения давления по радиусу зазора в рабочей зоне определяется по следующему вы- ражению [1]: 𝑝 = 𝛥𝑝 𝑙𝑛 𝑟ₒ 𝑟 𝑙𝑛 𝑟ₒ 𝑟ᵏ (28) Для расчета гидродинамической силы давления Pг, поднимающей кольцо, рассмотрим действующую элементарную силу на радиус рабочей зоны клапана на длину dr: 2гdP rpdr (29) Тогда на всю поверхность кольца клапана будет действовать сила: 0 0 2 r гP prdr  (30) Выражение (28) подставляем в (30) и находим интегрируя силу Рг:   0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 ln 2 2 2 2 ln ln ln ln ln ln ln ln r r r r r г k k k k r r rp p prP pr dr rdr r r dr r rdr rdr r r r rr r r r r r                      0 00 0 02 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 22 2 0 0 0 0 0 0 0 ln 1 ln lim ln lim lim ln ln 2 2 2 2 4 lim ln ln ln 2 4 2 4 2 4 r rr r r b b b bb b b rr r r b r r rdr rdr dr r b r r r r rb b r b r                                            2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 2 ln ln 2 2 4 ln 2ln г k k r r r prp P r r r r r r           , (31) или 𝑃г = 𝜋∆𝑝𝑑0 2 8𝑙𝑛 𝑑0 𝑑 𝑘 (32) Тогда подставив выражение (32) в уравнение (1) запишем в следующем виде: 𝑐𝜎 = ∆𝑝 𝜋𝑑 𝑘 2 4 + 𝜋𝑝𝑑0 2 8𝑙𝑛 𝑑0 𝑑 𝑘 = 𝜋 8 ∆𝑝 (2𝑑 𝑘 2 + 𝑑0 2 𝑙𝑛 𝑑0 𝑑 𝑘 ) (33)
30 Znanstvena misel journal №42/2020 Если учесть, что 0d определяется шириной кольца, т.е. 0d b и подставить вместо ∆р из выражения (28) его значение, то уравнение (33) принимает следующей вид: 2 2 3 3 2 ln 4 k k Q b с b d dh          (34) Отсюда находим ход клапана: 2 2 3 3 2 ln 4 k k b Q b d d h c         (35) Жесткость кольца находится из соотношения баланса сил (1) и (2): радс p bD  (36) и после подстановки вместо радp его значения для кольца с эксцентричными поверхностями (кривые брусья переменного сечения), выглядит следующим образом: 3 3 2 3 Et b с D  (37) Из выражения (35) и (36) вытекает, что на ход кольцевого клапана влияют расход топлива Q , диаметр канала kd , ширина b , диаметр D и жесткость кольца c. Подставив значение жесткости кольцевого клапана (37) в выражение (35), получим следующее выра- жение для нахождения хода кольцевого клапана: 2 3 9 2 ln 2 k k d b Q b b dD h t E         (38). С применением выражения (38) были прове- дены нами расчеты с целью установления опти- мальных параметров и размеров клапана. Как пере- менные величины приняты были жесткость кольца (включает диаметр, толщину клапана и её ширину) и диаметр канала подвода жидкости. По конструк- тивным соображениям граничные условия при этом были определены по монтажными и габарит- ными размерами. Для проведения расчетов разра- ботаны были специальные блок-схемы (рисунок 3,4). Рисунок 3. Блок-схема программы расчета хода кольцевого клапана
Znanstvena misel journal №42/2020 31 Рисунок 4. Блок-схема программы расчета оптимальных параметров и размеров кольцевого клапана Для экспериментальных исследований хода кольцевого клапана было предварительно изготовлено устройство специальное, со сменными различными гнездами кольца и датчиком перемещения (рисунок 5). Рисунок 5 Устройство для экспериментальная исследования хода кольцевого клапана: 1 – корпус; 2 – гнездо кольцевого клапана; 3 – кольцевой клапан; 4 – пружина; 5 – стержень датчика; 6 – корпус датчика; 7 – обмотка; 8 – сопротивления; 9 – корпус обмотки; 10 – крышка (экран); 11 – штифт; 12 – нагнетающий канал; 13 – штуцер. Результаты исследований Результаты исследований подтвердили в це- лом согласованность расчетных и эксперименталь- ных данных (рисунок 6). С уменьшением толщины и увеличением диаметра кольца (т.е. с уменьше- нием его жесткости) ход клапана повышался. Расхождение расчетных и экспериментальных данных наблюдалось вначале по ширине кольце- вого клапана. Объясняется это тем, что эксперимен- тальные исследования проводились с изменением ширины клапана, но при одинаковом расстоянии
32 Znanstvena misel journal №42/2020 между выемками гнезда (т.е. не учитывая, что ос- новной поток жидкости проходит по кратчайшему расстоянию). В связи с этим характер влияния ши- рины b кольца определялся расстоянием между вы- точками гнезда в рабочей зоне клапана. Дальнейшие исследования при соблюдении условия, одинакового изменения ширины кольца и расстоянии между выемками гнезда, подтвердили согласованность экспериментальных и расчетных данных и по параметрам ширины клапана (рисунок 6 кривые 1 и 2). В случае, когда условие, принятое при теоре- тическом анализе 𝑑0=b выдерживалось, ход кольца возрастал с увеличением ширины. С увеличением диаметра канала подвода жид- кости dk ход кольцевого клапана также возрастал (из-за увеличения площади рабочей зоны кольца, воспринимающей гидродинамическую силу давле- ния жидкости). Из полученных данных (рисунок 6) следует, что наибольший ход (0,14 мм) достигает при кла- пане диаметром кольца 20 мм, шириной 12 мм, тол- щиной 0,46 мм и канале диаметром 3 мм. Рисунок 6 Зависимости хода кольцевого клапана от толщины (а), диаметра кольца (б), ширины (в) и диаметра подводящего канала (г): 1 – экспериментальные, 2 – расчетные. На рисунке 7 приведены зависимости экспери- ментальные (сплошные кривые) и им соответству- ющие расчетные (штриховые) хода кольцевого кла- пана при различных цикловых подачах жидкости (топлива). Рисунок 7 Зависимости хода клапана от частоты вращения вала при различных цикловых подачах (gц) жидкости (экспериментальные (сплошные) и расчетные (штриховые)). Как видно, существенного расхождения экспе- риментальных и расчетных данных не наблюда- ется, особенно на высоких частотах вращения вала и больших подачах. С указанными размерами был изготовлен кольцевой клапан и установлен в насос-форсунку с возможностью электронного управления его хода.
Znanstvena misel journal №42/2020 33 Диаметры наружного и внутреннего кольца до раз- реза составили 20 мм и 19,3 мм, а эксцентриситет между поверхностями составил 0,11мм. При вышеуказанном методе модернизации насос-форсунки с применением кольцевого управ- ляющего клапана с электронным управлением (с оптимальными параметрами кольца) достигается получения нового технического эффекта – сокра- щение времени срабатывания клапана управления. Достигается это тем, что свободная кромка разрез- ного упругого кольца, как механический мульти- пликатор перекрывает сливной канал в π раз быст- рее хода клапана при его подъеме от давления по- тока жидкости или сигнала при включенном элек- тромагните. Кольцевой клапан одновременно выполняет роль пружины для возврата в исходное положение, максимально упрощая конструкцию. Выводы Разработан метод модернизации насос-фор- сунки с гидроприводом плунжера системы HEUI на основе использования в качестве управляющего клапана, разрезного упругого кольца. Модернизированная насос-форсунка отлича- ется от существующей тем, что вместо управляю- щего свободно плавающего клапана (шарика) или подвижного тарельчатого с пружинами в клапан- ном узле устанавливается управляющий клапан в виде разрезного упругого кольца, один конец кото- рого закреплен жёстко, а другой с возможностью перекрытия сливного канала жидкости при вклю- ченном электромагните (установленном с зазором внутри кольца) или (при его отсутствии или неис- правности) от хода клапана за счет давления пода- ваемой жидкости. Несмотря на отработанную нами технологию изготовления эти клапаны пока еще не полностью исследованы и поэтому окончательно не доработаны. Разработана модель функционирования управ- ляющего кольцевого клапана насос-форсунки. Получено новое математическое выражение для расчета хода клапана в зависимости от кон- структивных параметров кольцевого клапана. Установлены оптимальные размеры управля- ющего кольцевого клапана (диаметр 20 мм, ширина кольца 12 мм, толщина 0,46 мм, диаметр канала подвода управляющей жидкости 3 мм) насос-фор- сунки, влияющие на качество работы. Модернизированная насос-форсунка позво- ляет получить новый технический эффект – умень- шение времени срабатывания клапана управления за счет обеспечения быстродействия перекрытия канала слива в 3.14 раз, как механический мульти- пликатор, и, как следствие, повышение быстродей- ствия системы и качества впрыскивания топлива в широком диапазоне работы дизеля. Список литературы 1. Башта Т.М. Машиностроительная гидрав- лика. – 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1971. – 672 с. 2. THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY OF A HYDRAULICALLY ACTUATED DIESEL PUMP-INJECTOR UNIT WITH ELECTRONICALLY CONTROLLED RING VALVE. Gabdrafikov F.Z., Abrarov M.A., Shamukaev S.B., Aysuvakov I.N., Kharisov D.D., Makhiyanov U.A., Yu- khin D.P FME transactions. 2019. Т. 47. №3. С. 576-584. 3. Dexing Qian, Ridong Liao, Jianhua Xiang, Baigang Sun and Shangyong Wang (2016) Fluid-Structure Interaction Analysis on the Perfor- mance of the High-Pressure Fuel Pump for Diesel En- gines. ASME 2016 International Mechanical Engineer- ing Congress and Exposition. Phoenix, Arizona, USA, , 2016 4. Miloljub S. Štavljanin. Mathematical model- ing and identification of the mathematical model pa- rameters of diesel fuel injection systems, pp. 421-441. VOJNOTEHNIČKI GLASNIK / MILITARY TECHNICAL COURIER, 2017., Vol. 65, Issue 2 5. Габдрафиков Ф.З. Повышение экономич- ности и надежности дизельного двигателя путем стабилизации параметров топливоподачи [Текст] / Автоматизация и современные технологии // Ф.З. Габдрафиков, 2004, №9. С.36-38 6. Габдрафиков Ф.З.Энергосберегающая си- стема предпусковой тепловой подготовки двига- теля [Текст] /Ф.З. Габдрафиков,У.С. Галиакберов// Сельский механизатор,2017,№5. С.30-31 7. Габдрафиков Ф.З. Модернизированная насос-форсунка с электронно-управляемым коль- цевым клапаном [Текст] / Ф.З. Габдрафиков, М.А. Абраров // Механизация и электрификация сель- ского хозяйства, 2010, №6. С.21-22 8. Габдрафиков Ф.З.Топливный насос с повы- шенной интенсивностью впрыскивания [Текст]/ Ф.З.Габдрафиков, Ф.А.Шарифуллин// Техника в сельском хозяйстве,2012, №3.С.25-26 9. Грехов Л.В. Топливные аппаратуры и си- стемы управлений дизелем. [Текст] /Л.В. Грехов, Н.А. Иващенко, В.А. Марков. М.: Изд-во «Легион – Автодата», 2005. 344 с. 10. Салыкин Е.А. Скоростное форсирование топливного насоса в системах топливоподачи ма- лых дизелей. [Текст]/ Е.А. Салыкин, Д.С. Березю- ков, В.И. Липилин и др. // Известия ВолгГТУ, г. Волгоград, 2011. – с. 19-21. 11. Мальчук В.И. Совершенствование энерге- тического баланса разделенных топливных систем дизелей в условиях форсирования топливоподачи по давлению вспрыскивания. [Текст] / В.И. Маль- чук, С.Д. Скороделов, Г.Л. Киньонес // Вестник МАДИ (ГТУ), 2008. вып. 3(14). – с. 55 – 60. 12. E.A.SalykinV.I.LipilinA.A.Skorobogatov.Me thod of Fuel Injection in Small Diesel Engines Author links open overlay panel, Procedia Engineering, Vol- ume 206, 2017, Pages 1552-1557 13. Peng Liu, Liyun Fan, Qaisar Hayat, De Xu, XiuzhenMa, and Enzhe Song. Research on key factors and their interaction effects of electromagnetic force of high-speed solenoid valve. Hindawi Publishing Corpo- ration. The Scientific World Journal. Volume 2014, Ar- ticle ID 567242, 13 pages
34 Znanstvena misel journal №42/2020 14. S.N. Krivtsov, I.V. Yakimov, S.P. Ozornin. Numerical analysis and experimental studies on sole- noid common rail diesel injector with worn control valve. IOP Conf. Series: Materials Science and Engi- neering 327 (2018) 042057 15. Wenfu Sun and Xiaoqin Mo. Simulation of Solenoid Valve Characteristics of Electronically Con- trolled Fuel System for Diesel Engine. IOP Conf. Se- ries: Materials Science and Engineering 381 (2018) 012065 16. Lara Gudiño, Omar Santiago Chamorro Yandun, Esteban Ramiro Modelación y simulación de los inyectores HEUI de un motor Cat C7. MODELACIÓN Y SIMULACIÓN;INYECTORES HEUI DE UN MOTOR CAT C7. 23-feb-2018. http://repositorio.utn.edu.ec/handle/123456789/7984 17. Zhu, X., Limbu, S., Cung, K., De Ojeda, W. et al., "HEUI Injector Modeling and ROI Experiments for High Injection Pressure of Diesel and Dimethyl Ether (DME)," SAE Technical Paper 2016-01-0855, 2016, https://doi.org/10.4271/2016-01-0855. WAYS TO IMPROVE THE PROCESS OF DESIGNING PROTECTIVE CLOTHING FOR SURGEONS Zhdanova O. Ph.D., Associate Professor Omelchenko G. Ph.D., Associate Professor, Kyiv National University of Technologies and Design Kyiv, Ukraine Abstract The article deals with improving ergonomics and barrier efficiency of medical clothing by improving its design process in the context of Ukrainian industrial enterprises. The results of the analysis of qualitative charac- teristics of medical clothing used by surgeons during operations have been presented. In order to create more sophisticated clothing for surgeons, it has been suggested to apply a comprehensive approach to the formation of consumer requirements on a “general to individual” basis at the stage of pre-design studies. The application of the proposed approach in the requirements development to create surgical coats with improved protective properties has been described. Keywords: protective clothing, medical clothing, clothing requirements, surgical coat, clothing design, ergo- nomic design. Medicine is a practical activity that is related to the elimination of pathological processes in the human body and to the health improvement through the use of modern treatments and medical technologies. One of these is surgery. It is undeniable that surgery refers to clean technologies that are carried out in clean rooms with regulated levels of concentration of biological mi- croorganisms and particles in the air [1-3]. Therefore, the main task is to ensure the simultaneous protection of the patient's body and the surgeon from the products of vital activity, individual micro-flora, biological ma- terial and pathogenic bacteria. It is well known that such barrier functions must be performed by personal protective means, which includes special clothing. Along with the barrier function, the surgeon's clothing must provide a comfortable micro-climate in the under- wear area, creating the most favorable conditions for his professional activity. The barrier effectiveness of surgical coats has been highlighted in the works of leading scientists such as W. Beck, H. Laufman, R. Nichols, and others [4-6]. The main principles and approaches to the design of protective clothing of various functional directions, in- cluding ones with barrier properties, are outlined in the works of M.P. Bereznenko, S.M. Bereznenko, N.P. Su- prun, V.I. Vlasenko, M.V. Kolosnichenko, N.V. Osta- penko, G.V. Shchutskaya and others [7-9]. However, the issue of creating effective protection for medical staff in surgical wards is still relevant. Therefore, designing protective medical barrier clothing for surgery staff to meet conflicting require- ments is a complex and responsible task that requires a comprehensive approach to design and scientifically validated parameterization. The purpose of this work is to improve the process of designing barrier clothing for surgeons with pre- dicted reliability and ergonomics. The object of the study is the process of designing protective barrier clothing with improved quality. The subject of the study is the process of designing surgical coats. Medical staff treat their patients, but they them- selves fall victims to many harmful and dangerous fac- tors. Strenuous work, interaction with patients, danger- ous biological and chemical substances, etc., have a negative impact on the health of physicians [10, 11]. But it should be noted that it is the surgeons who di- rectly carry out surgical interventions in the patient's body, that leads to the patient’s anatomical violation, separation, movement and connection of the integrity of the soft tissues and organs. This is accompanied by excessive discharge of biological fluid and contamina- tion of the patient's special clothing and gloves with the patient’s biological material. Surgeons need the most effective barrier protection, therefore, their working conditions have been considered in more detail (Fig. 1).
Znanstvena misel journal №42/2020 35 Fig. 1. Surgeon's working zone Analyzing the means of individual protection that surgeons use during the operation, it has been estab- lished that they include helmets, masks, gloves, shoe covers and special clothing, which consists of a surgical suit and a medical coat (Fig. 1). In order to establish the real state of providing sur- geons of state medical institutions with special cloth- ing, a questionnaire has been conducted. The survey has been conducted among medical staff in the surgical departments of Ivano-Frankivsk, Kirovograd, Kyiv re- gions and regional centers of Ukraine. The survey has been attended by more than 250 medical professionals of surgeries. As a result of the survey, it has been found that most often (90% of respondents responded posi- tively (Figs. 2, 3)) in reductive surgery coats made of cotton or mixed fabrics are used in public medical in- stitutions; 83% of respondents found the main disad- vantage of reusable medical coats — penetration of the patient's biological fluid into the underarm space and contamination of the inner layers of the surgeon's cloth- ing package. To protect against penetration of the pa- tient's biological material into the surgeon's dressing area the physicians additionally use an apron of hospital sheeting (confirmed by 29% of respondents), of which 50% of respondents mentioned the inconvenience of using this additional protection; 80% of respondents noted an increase in sweating while using surgical clothing made of mixed and artificial fabrics; 85% of respondents indicated that they had experience in using disposable surgical coats, of which almost 100% indi- cated discomfort after the first hour of operation (ex- cessive sweating and fever in the underarm area). It should be noted that the renewal of reusable surgical clothing is carried out on the assumption of unfit for use (mechanical destruction of the material). Fig. 2. Diagram of the distribution of the use of surgical coats Fig. 3. Diagram of the major, indicated by surgeons, disadvantages of reusable medical coats and the use of ad- ditional protection (aprons)
36 Znanstvena misel journal №42/2020 Therefore, according to the survey, for the workers of the surgical departments of Ukrainian state healthcare institutions reusable medical clothing from cotton and mixed fabrics are bought. Improvement of the barrier properties is ensured by the use of additional protective clothing items (over-sleeves and aprons). According to a survey of operating unit health practitioners regarding the compliance of medical clothing with consumer requirements, it can be con- cluded that such clothing is not perfect in terms of hy- giene and functionality because it has low protective properties in certain areas and locations of threaded joints of parts. During the analysis of the manufacturing process of such clothing on the assumption of industrial enter- prises of mass production, it has been found out that Ukrainian manufacturers of medical clothing use out- dated approaches in its design, when the stage of pre- design studies hidden consumer requirements are not set and not taken into account [12] and there is no stage of design development — concepts of creating more so- phisticated types of clothing [13]. Taking into account all the above, it has been pro- posed to structure the consumer requirements for med- ical clothing and to design a comprehensive approach based on the principle “from general to individual”, which is formalized in the form shown in Fig. 4. Using the proposed principle, the requirements for the design of reusable surgical coats have been devel- oped. Fig. 4. Structuring the requirements according to the principle “from general to individual” To establish specific requirements (Fig. 4) for the design of surgical coats, an ergonomic scheme of interaction of elements of the patient — surgeon — environment system has been developed (Fig. 5). Fig. 5. Ergonomic scheme of the patient — surgeon — environment: 1 — the area of the greatest contamination with the patient’s biological materials; 2 — the area of the greatest distance of the respiratory tract of surgeons to the air zone with the most concen- trated bacterial contamination; 3 — distribution zone of surgeons’ micro flora
Znanstvena misel journal №42/2020 37 In accordance with the developed ergonomic scheme (Fig. 5) and the structural diagram of the sections of the surgical coat (Fig. 6), which face the most dangerous factors, requirements for certain areas of medical coats that are related to the specifics of the surgeons' work have been established. Fig. 6. Interaction of elements “surgeon — protective barrier clothing — environment in the area of the highest contamination”: 1 — the surgeon’s body; 2— a layer of underwear; 3 — layer of surgical suit; 4 — a layer of a surgical coat; 5— the patient’s body; 6 — sweating and the surgeon’s micro flora; 7-— the patient’s micro flora; 8 — the patient’s biological material. As a result of the study, a complete set of require- ments has been formulated according to which a surgi- cal coat should:  provide resistance to penetration of the pa- tient's biological material in the areas closest to the sur- geon's working zone (front of the coats and lower sleeves from the elbow to the wrists);  ensure sterility of the back in the body’s posi- tion when the arms are extended forward (the position in which the surgeon is most often during the opera- tion);  provide sufficient hygroscopicity and vapor permeability to remove vital products (sweat and heat) from the underarm space;  provide barrier properties for aseptic sub- stances and “surgical” infection to contact with the sur- geon's skin;  have a rational number of clasps and retainers that should not complicate the process of preparing the surgeon for surgery;  retain the original properties after a set number of purification and sterilization cycles;  eliminate the syndrome of flushing blood col- ors. To summarize, one of the ways to obtain high quality medical clothing is to improve the process of its design through a comprehensive approach to the estab- lishment of production and consumer requirements, taking into account the specifics of its use. In accord- ance with this approach, it has been proposed to struc- ture consumer requirements for medical clothing using a comprehensive approach from the principle of “gen- eral to individual”. Using the proposed principle, a number of ergonomic studies have been conducted and consumer requirements for surgical coats have been de- veloped taking into account the specifics of the work of medical staff and their individual characteristics. The developed requirements will allow to obtain in the fu- ture a number of effective solutions, the implementa- tion of which in industrial production will allow to pro- duce high-quality competitive products. References 1. Xirurgiya [Surgery] (2010): pidruchny`k / B.P. Ly`senko, V.D. Shejko, S.D. Ximich ta in.; za red. B.P. Ly`senka, V.D. Shejka, S.D. Ximicha. K.: VSV “Medy`cy`na”, 712 s. 2. Dmitrieva Z.V., Koshelev A.A., Teplova A.I. (2001) Hirurgiya s osnovami reanimatalogii. [Surgery with the basics of resuscitation] Obschaya hirurgiya. Sankt-Peterburg: Paritet, 572 s. 3. Gorbashko A.I., Lisitsin A.S., Vinnik L.F. (2005) Hirurgiya [Surgery]. M.: GEOTAR-Media. 608s. 4. Bernard H.R. and Beck W.C. (1975) Operat- ing room barriers: idealism, practicality, and the future. Bulletin of the American College of Surgeons. Vol. 60, No 9. P. 16. 5. Laufman H., Montefusco C., Siegal J.D., Ed- berg S.C. (1980) Scanning electron microscopy of moist bacterial strike-through of surgical materials. Surg Gynecol Obstet. Vol. 150, No 2. P. 165–170.
38 Znanstvena misel journal №42/2020 6. Smith J.C. and Nichols R.J. Barrier efficacy of surgical gowns. Arch Sur. 1991. Vol. 126, No 6. P. 756–763. 7. Bereznenko M.P., Fedotkin I.M., Bereznenko S.M., Yanczalovs`ky`j O.J. (2013) Rol` odyagu yak faktora ozdorovchogo xarakteru. [The clothing role like a factor of a healthier character.] Visny`k Xmel`ny`cz`kogo nacional`nogo universy`tetu. Texnichni nauky`. No 3. S. 16–19. 8. Suprun N.P. (2017) Osnovni aspekty` rozrobky` suchasnogo shpy`tal`nogo odyagu. [The main aspects of the designing of modern hospital cloth- ing] Visny`k Ky`yivs`kogo nacional`nogo uni- versy`tetu texnologij ta dy`zajnu. No 4 (112). C. 124– 129. 9. Kolosnichenko M.V., Ostapenko N.V. (2008) Proektuvannya special`nogo odyagu: Normaty`vni vy`mogy` do special`nogo zaxy`snogo odyagu [Design of special clothing: Regulatory requirements for special protective clothing]: metod. Posib. K.: KNUT, 128 s. 10. Korolyuk A.M. (1998) Tak pobedim?! (vzglyad mikrobiologa na problemu hirurgicheskoy infektsii) [So will we win?! (view of the microbiologist on the problem of surgical infection)]. Vestnik hirurgii. T. 157, No 5. S.148–151. 11. Memon A.G., Naeem Z., Zaman A. And Zahid F. Occupational health related concerns among sur- geons. Int J Health Sci (Qassim). 2016. Vol. 10, No 2. P. 279– 291. 12. Donchenko S.V. (2018) Zastosuvannya suchasny`x dy`zajn-texnologij – shlyax do pidvy`shhennya konkurentospromozhnosti vitchy`znyany`x vy`robiv [Application of modern de- sign technologies — the way to increase Ukrainian products competitiveness] / S.V. Donchenko, O. Pen- chuk // Aktual`ni problemy` suchasnogo dy`zajnu: zbirny`k materialiv Mizhnarodnoyi naukovo- prakty`chnoyi konferenciyi (20 kvitnya 2018 r., m. Ky`yiv) : u 2-x t. – Ky`yiv : KNUTD, 2018. – T. 2. – S. 245-248. 13. Omel`chenko G.V. (2017) Pidvy`shhennya konkurentospromozhnosti dy`tyachogo odyagu dlya roleriv-pochatkivciv shlyaxom zastosuvannya metodu ergonomichnogo dy`zajnu [Increasing the competitive- ness of children's clothing for roller skaters by using the ergonomic design method] / G.V. Omel`chenko, M.V. Kolosnichenko, S.V. Donchenko // Teoriya i prakty`ka dy`zajnu. Texnichna estety`ka. – 2017. – Vy`p. 13. – S. 179-192. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА РАБОТУ ИНФРАКРАСНОГО ИЗВЕЩАТЕЛЯ В СИСТЕМАХ БЕЗОПАСНОСТИ Алефиренко В.М. к.т.н., доцент Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники, Фурсевич И.И. магистрант Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники, INFLUENCE OF CHANGES IN AMBIENT TEMPERATURE ON THE OPERATION OF THE INFRARED DETECTOR IN SYSTEMS SAFETY Alefirenko V. Ph. D., associated professor Belarus State University of Informaticsand Radioelectronics Fursevich I. master student Belarus State University of Informatics and Radioelectronics, Аннотация В статье приведены результаты исследования влияния температуры окружающей среды на работоспо- собность инфракрасного извещателя в системах безопасности на основании алгоритма расчета выходного сигнала инфракрасных детекторов. Приведен пример расчета выходного сигнала с детекторов при различ- ных температурах окружающей среды. Abstract The results of temperature influence investigation of the ambient on the infrared detector performance in the security systems based on the algorithm for calculating the output signal of infrared detectors, were given. An example of calculating the output signal from detectors at different ambient temperatures is given. Ключевые слова: инфракрасные извещатели, внешние факторы, выходной сигнал, влияние темпера- туры. Keywords: infrared detectors, external factors, output signal, temperature influence. В системах безопасности ИК извещатели ис- пользуются для своевременного оповещения о про- никновении на защищаемый объект. Функциони- руют ИК извещатели как в условиях естественных, так и искусственных помех, воздействие которых приводит к отклонению от норм их основных пара- метров. Это, в свою очередь, приводит к ошибкам в
Znanstvena misel journal №42/2020 39 работе извещателей. Анализ видов влияния внеш- них факторов позволит в дальнейшем снизить эти ошибки путем совершенствования алгоритмов об- работки сигналов от извещателей. На сегодняшний день существует множество внешних факторов, оказывающих влияние на ра- боту инфракрасных (ИК) извещателей в системах безопасности [1]. Для определения влияния различных факторов на работу извещателя необходимо создать модель работы извещателя при появлении нарушителя. На примере ИК извещателя Swan Quad [5] приведём алгоритм расчёта выходного сигнала ИК извеща- теля. Выходной сигнал пирометрического датчика пропорционален мощности, поступающей на него. Тепловое излучение человека, в целом, представ- ляет собой его тепловые потери, численное значе- ние которых соответствует разности испущенного телом человека и поглощенного окружающей сре- дой потока излучения [2]. Мощность, поступающую на датчик от фраг- мента цели площадью s, определяется следующим выражением: 𝑃 = 𝑘 ∙ 𝑠 ∙ 𝜎 ∙ (𝑇1 4 − 𝑇0 4 ), где k – коэффициент пропорциональности, s – площадь фрагмента, 𝜎 – постоянная Стефана–Больцмана, 𝑇1 – температура объекта, 𝑇0 – температура окружающей среды (темпера- тура фона). Так как извещатель Swan Quad имеет счетве- рённый детектор, то проекция лучей извещателя будет представлять собой чередующиеся зоны пер- вого и второго детекторов, как показано на рисунке 1. Каждый из детекторов имеет чётную и нечётную половины, которые выдают сигнал положительной и отрицательной полярности. Зоны первого детек- тора с положительной полярностью обозначены «1+», с отрицательной полярностью – «1–». Анало- гично зоны второго детектора с положительной по- лярностью обозначены «2+», с отрицательной по- лярностью – «2–». Рисунок 1. Проекция лучей извещателя на плоскость движения нарушителя Проекция стандартного нарушителя на плос- кость его движения будет представлять собой пря- моугольник [3]. На рисунке 2 показана проекция стандартного нарушителя на плоскость его движе- ния, совмещённая с зонами обнаружения. Рисунок 2. Проекция стандартного нарушителя на плоскость движения Выходной сигнал ИК детектора пропорциона- лен площади перекрываемых зон обнаружения. Для определения алгоритма расчёта площади перекры- ваемых зон зададим систему координат на чертеже с проекциями зон и проекцией нарушителя. Начало координат расположим в левом нижнем углу левой нижней зоны обнаружения. Так как зоны обнаруже- ния прямоугольные, то они однозначно задаются положением левого нижнего и правого верхнего угла. Координаты левого нижнего угла зоны обо- значим как (x1; y1), координаты правого верхнего угла зоны – как (x2; y2). Координаты всех зон све- дём в матрицы размером 18x4. Столбцы матриц со- ответствуют группам зон обнаружения (1+, 1–, 2+, 2–). Строки матриц соответствуют зонам обнаруже- ния. Моделирование выходного сигнала ИК детек- торов будем проводить в программе Mathcad [4]. На рисунке 3 представлена матрица координат зон обнаружения второго детектора. Так как зон об- наружения всего 9, то в строках с 10 по 18 в столб- цах, соответствующих группам 2+ и 2– записаны нули.
40 Znanstvena misel journal №42/2020 Рисунок 3. Матрицы координат зон обнаружения После задания координат зон необходимо со- ставить алгоритм расчёта площадей перекрытия зон. На рисунке 4 показана ситуация, при которой часть зоны обнаружения перекрывается нарушите- лем. Необходимо найти величину площади заштри- хованного прямоугольника. Обозначим коорди- наты нижнего левого и верхнего правого угла за- штрихованного прямоугольника как (x5; y5) и (x6; y6). Рисунок 4. Площадь перекрытия зоны обнаружения нарушителем Для расчёта движения нарушителя всю зону обнаружения (примем равной 15 м) разделим на от- резки. В точках, соответствующих началу отрезков, будем проводить расчёт площади перекрытия зон обнаружения. Для скорости передвижения, равной v, время пересечения зоны обнаружения будет равно: 𝑇 = 15 𝑣 . Этот промежуток времени разобьем на количе- ство отрезков, равное NT (зададим её равной 500). Тогда, изменяя переменную i от 0 до NT, получим значения времени для расчёта: 𝑡𝑖 = 𝑖 ∙ 𝑇 𝑁𝑇 . Зададим начальные координаты нарушителя. Так как стандартный нарушитель является прямо- угольником, то начальные координаты левого ниж- него угла будут равны (x30; y30), правого верхнего угла – (x40; y40). Так как движение нарушителя предполагается равномерным вдоль оси X, то коор- динаты углов нарушителя в любой момент времени будут определяться следующими выражениями: 𝑥3 = 𝑥30 − 𝑡𝑖 ∙ 𝑣; 𝑥4 = 𝑥40 − 𝑡𝑖 ∙ 𝑣; 𝑦3 = 𝑦30; 𝑦4 = 𝑦40. Зная координаты нарушителя в любой момент времени и условия для определения координат зон перекрытия, можно вычислить координаты зон пе- рекрытия. На рисунке 5 показана часть программы в Mathcad для вычисления координат зон перекры- тия. Для каждой координаты проводится перебор всех зон обнаружения, происходит сравнение коор- динат зоны обнаружения и координат нарушителя, после этого формируется матрица соответствую- щей координаты. Количество столбцов матрицы равно количеству зон обнаружения.
Znanstvena misel journal №42/2020 41 Рисунок 5. Вычисление координат зон перекрытия После вычисления координат зон перекрытия вычисляем площадь перекрытия и мощность излу- чения, поступающую на детектор. Вначале опреде- ляем площадь перекрытия для каждой зоны, после этого суммируем все площади перекрытия, умно- жаем получившуюся сумму на коэффициент, зави- сящий от температуры объекта и температуры фона и получаем матрицу мощностей для каждой группы зон обнаружения. Матрица получается одномер- ной, количество элементов равно количеству точек для расчёта. На рисунке 6 приведена часть вычис- ления мощности излучения для одной группы зон обнаружения: Рисунок 6. Вычисление мощности излучения для одной группы зон обнаружения Найдём выходной сигнал для каждого детек- тора. Для этого из значения мощности группы «+» вычтем значение мощности группы «–» каждого де- тектора для каждого момента времени. Построим график выходного сигнала с детек- торов при температуре объекта +28 ℃ и при темпе- ратуре фона +21 ℃. Для наглядности вместо отме- ток времени используем отметки расстояния по оси X. Пересчёт времени в расстояние будет произво- диться по следующей формуле: 𝑙𝑖 = 𝑡𝑖 ∙ 𝑣. График выходного сигнала с детекторов при скорости движения 0.3 м/c показан на рисунке 7.
42 Znanstvena misel journal №42/2020 Рисунок 7. Выходной сигнал с детекторов при скорости движения 0,3 м/c Как видно из графика, для надёжного обнару- жения нарушителя необходимо регистрировать превышение выходного сигнала с детектора выше определённой величины. Для моделирования влияния температуры на работу извещателя в начальных данных для расчёта зададим температуру фона равной +25 ℃. На ри- сунке 8 показан график выходных сигналов детек- торов извещателя. Рисунок 8. Выходной сигнал с детекторов при температуре фона +25 ℃. Как видно из рисунка 8, форма выходных сиг- налов не меняется, изменяется их амплитуда. Если оставить величину уставок (уставка – значение тем- пературы, при которой срабатывает сигнализатор) по превышению сигналов с детекторов на прежнем уровне, то нарушитель не будет зарегистрирован – максимальная величина сигнала с детекторов меньше величины уставки по превышению. Для компенсации влияния температуры необходимо в зависимости от величины температуры окружаю- щего воздуха изменять коэффициент усиления уси- лителя сигнала с детекторов, чтобы поддерживать его на одном уровне. Зададим температуру фона равной +27 ℃. На рисунке 9 показаны выходные сигналы с детекто- ров с разницей температур фона и объекта в 1 гра- дус. Как видно из рисунка 7, амплитуда выходных сигналов становится меньше по сравнению с вы- ходными сигналами при температуре фона равной +27 ℃.
Znanstvena misel journal №42/2020 43 Рисунок 9. Выходной сигнал с детекторов при температуре фона +27 ℃. Таким образом, можно сделать вывод о том, что влияние температуры на работу извещателя за- ключается в уменьшении амплитуды выходных сигналов с детекторов. Для компенсации этого вли- яния необходимо предусмотреть в конструкции из- вещателя автоматическое поддержание уровня вы- ходных сигналов с детекторов на определённом уровне. Список литературы 1. Алефиренко, В.М. Виды инфракрасных из- вещателей и внешние факторы, влияющие на них в системах безопасности / В.М. Алефиренко, И.И. Фурсевич // Znanstvena Misel Journal. – 2019. – Vol. 1, № 31. – С. 48–51. 2. Волхонский, В.В. Анализ характеристик об- наружения нарушителя ПИК датчиками охранной сигнализации / Волхонский В.В., Воробьев П.А. // Алгоритм безопасности. – 2012. – №1. – С. 44–48. 3. Волхонский, В.В. Подход к синтезу пассив- ных оптико-электронных инфракрасных извещате- лей на основе квазиточечной модели квалифициро- ванного нарушителя / Билиженко И.В., Волхонский В.В. // Научно–технический вестник информацион- ных технологий, механики и оптики. – 2017. – №1. – С. 143–150. 4. Поршнев, С.В. Численные методы на базе Mathcad / Поршнев С.В., Беленкова И.В. – С-П: БХВ-Петербург, 2005. – С. 464 с. 5. Swan Quad [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.rovalant.com – Дата доступа: 04.05.2020. ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАЩИЩЕННОСТИ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ПРЕДПРИЯТИЯ НА ОСНОВЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗАЩИЩЕННОСТИ Алефиренко В.М. к.т.н., доцент, Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники, Чопик К.В. Магистрант, Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники, Шарый Д.Н. Магистрант, Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники, THE SECURITY LEVEL ASSESSMENT OF THE ENTERPRISE LOCAL NETWORK BASED ON QUALITY INDICATORS OF SECURITY Alefirenko V. Associated professor, Belarus State University of Informatics and Radioelectronics, Ph. D, Chopik K. Master student, Belarus State University of Informatics and Radioelectronics, Sharyi D. Master student, Belarus State University of Informatics and Radioelectronics, Аннотация В статье предложен алгоритм оценки уровня защищенности локальной компьютерной сети, включаю- щий в себя систему различных показателей защищенности и комплекс формул, используемых для их расчета.
44 Znanstvena misel journal №42/2020 Оценка уровня защищенности проводилась на основе качественных методов анализа рисков. Также приве- ден пример оценки защищенности конкретной локальной компьютерной сети. Проведено моделирование локальной вычислительной сети, которое помогло выявить зависимость уровня защищенности от количества автоматизированных рабочих мест, имеющих высокую сложность уровня доступа. Abstract The article offers an algorithm for evaluating the level of security of a local computer network, which includes a system of various security indicators and a set of formulas used for their calculation. The level of security was assessed based on qualitative methods of risk analysis. An example of evaluating the security of a specific local computer network is also provided. A simulation of the local computer network was performed, which helped to identify the dependence of the security level on the number of automated workplaces with a high complexity of the access level. Ключевые слова: информационная инфраструктура, безопасность, информационные системы, компь- ютерные сети, модели оценки защищенности, показатели защищенности, методы качественной оценки рис- ков. Keywords: information infrastructure, security, information systems, computer networks, security assessment models, security indicators, methods of qualitative risk assessment. Новые информационные технологии активно внедряются во все сферы деятельности человека. Появление локальных и глобальных сетей предо- ставило пользователям компьютеров новые воз- можности оперативного обмена информацией. Если до недавнего времени подобные сети создава- лись только в специфических и узконаправленных целях, то развитие интернета и аналогичных систем привело к использованию глобальных сетей пере- дачи данных в повседневной жизни практически каждого человека. По мере развития средств и методов автомати- зации процессов обработки информации увеличи- вается зависимость общества от степени безопасно- сти используемых информационных систем [6]. Нарушение информационной безопасности компьютерных сетей может быть вызвано следую- щими причинами [2]: – наличие уязвимостей в операционных систе- мах и приложениях; – неверная конфигурация аппаратного и про- граммного обеспечения; – ошибки, допущенные при настройке кон- троля доступа; – наличие уязвимых или легко атакуемых сер- висов и вредоносного программного обеспечения. Используя комбинации имеющихся уязвимо- стей и недостатков в конфигурации сети, злоумыш- ленник, в зависимости от своих целей, может реа- лизовать разнообразные стратегии нападения. Эти стратегии могут быть направлены на различные критические ресурсы сети. Поэтому при проектиро- вании и эксплуатации локальных вычислительных сетей перед проектировщиком возникает задача проверки того, обеспечивают ли планируемые для применения или уже используемые параметры кон- фигурации сети необходимый уровень защищенно- сти. На сегодняшний день существует огромное ко- личество методов оценки защищенности локаль- ных вычислительных сетей. Наиболее распростра- ненными являются следующие методы оценки за- щищенности [4]: – метод оценки на основе графов защищенно- сти; – метод оценки на основе нечеткой логики; – метод оценки рисков. Рассматриваемая модель включает в себя все перечисленные методы оценки уровня защищенно- сти, а также охватывает множество различных по- казателей защищенности (ПЗ) и формул, использу- емых для их расчета [3]. В соответствие с существу- ющими методами оценки защищенности, определе- ние значений отдельных показателей и общая оценка уровня защищенности локальной вычисли- тельной сети может проводиться с использованием как количественных, так и качественных показате- лей [7]. Например, при использовании количе- ственных показателей, вероятность проведения атаки может выражаться числом в интервале [0,1]. При использовании качественных показателей чис- ловые значения меняются на эквивалентные им по- нятийные уровни. Каждому понятийному уровню в этом случае будет соответствовать определенный интервал количественных показателей оценки. В соответствии с порядком вычислений все ПЗ можно разделить на первичные и вторичные. Первичные ПЗ получаются непосредственно из дерева атак с использованием параметров атаку- ющих действий, атакуемых хостов и анализируе- мой сети. Вторичные рассчитываются с использо- ванием первичных ПЗ. Основными являются следующие ПЗ: – критичность хоста h (Criticality(h)); – уровень критичности атакующего действия, а (Severity(a)); – размер ущерба, вызванного выполнением атакующего действия с учетом уровня критичности атакуемого хоста (Mortality(a,h)); – размер ущерба при выполнении трассы S и угрозы T (Mortality(S)) и (Mortality(Т)); – «сложность в доступе» для атакующего дей- ствия, трассы и угрозы (AccessComplexity(a), AccessComplexity(S), AccessComplexity(T)); – степень возможности реализации угрозы Т (Realization(T)); – уровень риска угрозы Т (RiskLevel(T)); – уровень защищенности компьютерной сети (SecurityLevel). Показатели защищенности рассчитываются на базе общей системы оценки уязвимостей (CVSS) [5].
Znanstvena misel journal №42/2020 45 Множество базовых индексов отражает фунда- ментальные свойства уязвимостей и состоит из семи индексов: – вектор доступа (Access Vector) – «Локаль- ный» (для использования уязвимости необходим локальный доступ) и «Удаленный» (для использо- вания уязвимости необходим удаленный доступ); – сложность доступа (Access Complexity) – «Высокий» (существуют условия на доступ, напри- мер, специфические временные рамки, специфиче- ские обстоятельства (специфическая конфигурация сервиса), взаимодействие с атакуемым человеком), «Низкий» (нет специфических условий на доступ); – необходимость аутентификации (Authentication) – «Требуемый» (аутентификация необходима), «Не требуемый» (для реализации атаки аутентификация не нужна); – воздействие на конфиденциальность (Confidentiality Impact) – «Нет» (нет воздействия на конфиденциальность), «Частичный» (значительное раскрытие информации), «Полный» (полное рас- крытие критичной информации); – воздействие на целостность (Integrity Impact) – аналогично с предыдущим пунктом – «Нет», «Ча- стичный», «Полный»; – воздействие на доступность (Availability Impact) – аналогично с предыдущим пунктом – «Нет», «Частичный», «Полный»; – коэффициент уклона воздействия (Impact Bias) – «Обычный» (конфиденциальности, целост- ности и доступности присвоен одинаковый вес), «Конфиденциальность» (больший вес присваива- ется конфиденциальности), «Целостность» (боль- ший вес присваивается целостности), «Доступ- ность» (больший вес присваивается доступности). Обобщенная оценка критичности уязвимости рассчитываются по следующей формуле: BaseScore=round(10∙AV∙AC∙A∙(CI∙IBC +II∙IBI +AI∙IBA )) (1) где round() – функция округления до десятых; AV= { 0.7, AccessVector=Локальный, 1.0, AccessVector=Удаленный, (2) где AccessVector – индекс CVSS «вектор доступа»; AС= { 0.8, AccessComplexity=Высокий, 1.0, AccessComplexity=Низкий, (3) где AccessComplexity – индекс CVSS «сложность доступа»; A= { 0.6, Authentication=Требуемый, 1.0, Authentication=Не требуемый, (4) где Authentication – индекс CVSS «необходимость аутентификации»; CI= { 0, ConfidentialityImpact=Нет, 0.7, ConfidentialityImpact=Частичный, 1.0, ConfidentialityImpact=Полный, (5) где ConfidentialityImpact – индекс CVSS «Воздействие на конфиденциальность»; IBC = { 0,333,ImpactBias=Обычный, 0,5,ImpactBias=Конфиденциальность, 0.25,ImpactBias=Целостность, 0.25,ImpactBias=Доступность, (6) где ImpactBias – индекс CVSS «коэффициент уклона воздействия»; II= { 0, IntegrityImpact=Нет, 0.7, IntegrityImpact=Частичный, 1.0, IntegrityImpact=Полный, (7) где IntegrityImpact – индекс CVSS «Воздействие на целостность»; IBI = { 0,333,ImpactBias=Обычный, 0,5,ImpactBias=Конфиденциальность, 0.25,ImpactBias=Целостность, 0.25,ImpactBias=Доступность, (8)
46 Znanstvena misel journal №42/2020 где ImpactBias – индекс CVSS «коэффициент уклона воздействия»; 𝐴𝐼= { 0, AvailabilityImpact=Нет, 0.7, AvailabilityImpact=Частичный, 1.0, AvailabilityImpact=Полный, (9) где AvailabilityImpact – индекс CVSS «Воздействие на доступность» IBA = { 0,333,ImpactBias=Обычный, 0,5,ImpactBias=Конфиденциальность, 0.25,ImpactBias=Целостность, 0.25,ImpactBias=Доступность, (10) где ImpactBias – индекс CVSS «коэффициент уклона воздействия»; Таким образом, критичность атакующего действия Severty(a), рассчитанная с использованием обоб- щенной оценки критичности уязвимости, делится на три состояния: Severity(a) = { Низкий, если BaseScore(a)∈[0,0;4,0), Средний, если BaseScore(a)∈[4,0;7,0), Высокий, если BaseScore(a)∈[7,0;10,0]. (11) Размер ущерба Mortality(a,h), вызванного успешным выполнением атакующего действия с учетом уровня критичности атакуемого хоста, рассчитывается с помощью матрицы рисков методики анализа и оценки рисков (FRAAP) [1]. Данная матрица приведена в таблице 1. Таблица 1 Определение размера ущерба Mortality(a,h), вызванного успешным выполнением атакующего действия Критичность хоста Criticality(h) Уровень критичности атакующего действия Severity(a) «Высокий» «Средний» «Низкий» «Высокий» «Высокий» «Высокий» «Средний» «Средний» «Высокий» «Средний» «Низкий» «Низкий» «Средний» «Низкий» «Низкий» Критичность хоста Criticality(h) определяется проектировщиком экспертным путем, исходя из назначения данного хоста и выполняемых им функ- ций. Размер ущерба для хоста h с учетом его кри- тичности, вызванного успешной реализацией угрозы, определяется ее последним атакующим действием: Mortality (Т) = Mortality (aT, hT), (12) где aT – последнее атакующее действие в угрозе; hT – хост, на который направлено действие aT. Размер ущерба Mortality(Т) при реализации угрозы T можно охарактеризовать следующим об- разом: – «Высокий» – остановка критически важных бизнес-подразделений, которая приводит к суще- ственному ущербу для бизнеса, потере имиджа или неполучению существенной прибыли; – «Средний» – кратковременное прерывание работы критических процессов или систем, которое приводит к ограниченным финансовым потерям в одном бизнес-подразделении; – «Низкий» – перерыв в работе, не вызываю- щий ощутимых финансовых потерь. Средняя величина уровня критичности Severity(a)R рассчитывается по формуле: BaseScoreR = ∑ BaseScore(a) NR VVR diff (13) где BaseScore(a) – обобщенная оценка критич- ности уязвимости; NR V – количество различных атакующих дей- ствий в рассматриваемой сети; VR diff – множество различных атакующих дей- ствий. Сложность доступа ко всей системе в целом AccessComplexityR рассчитывается по формуле: AccessComplexityR = ∑ AccessComplexity NR VVR diff (14) где AccessComplexity – сложность доступа к от- дельному хосту; NR V – количество различных атакующих дей- ствий в рассматриваемой сети; VR diff – множество различных атакующих дей- ствий. Для получения качественной оценки уровня риска угрозы необходимо оценить степень возмож- ности ее реализации Realization(T) (см. формулу 15) и воспользоваться матрицей риска из методики FRAAP с использованием размера ущерба при реа- лизации угрозы Mortality(Т) (см. таблицу 1). Для определения степени возможности реализации угрозы Т воспользуемся индексом CVSS «Слож- ность в доступе», задаваемым для каждого атакую- щего действия (см. формулу 3). Тогда степень воз- можности реализации угрозы Т будет рассчиты- ваться по следующей формуле:
Znanstvena misel journal №42/2020 47 Realization(T)= { Высокий, если AccessComplexity(T)=Низкий, Низкий, если AccessComplexity(T)=Высокий, (15) Оценка уровня риска угрозы получается в соответствие с матрицей риска, базирующейся на соответ- ствующей матрице методики FRAAP [1] и представленной в таблице 2. Таблица 2 Матрица оценки уровня риска угрозы Степень возможности реализации угрозы Уровень критичности угрозы (Severity(Т)) «Высокий» «Средний» «Низкий» «Высокий» A Б В «Низкий» В В Г Полученная оценка уровня риска интерпрети- руется следующим образом: – А – связанные с риском действия (например, внедрение новых средств защиты информации или устранение уязвимостей) должны быть выполнены немедленно и в обязательном порядке; – Б – связанные с риском действия должны быть предприняты; – В – требуется мониторинг ситуации (но непо- средственных мер по противодействию угрозе воз- можно не предпринимать); – Г – никаких действий в данный момент пред- принимать не требуется. Исходя из полученных качественных оценок уровня риска для всех угроз, определим уровень за- щищенности анализируемой компьютерной сети следующим образом: SecurityLevel= { Зеленый, если ∀iϵN, i≤NT, RiskLevel(Ti) = Г, Жёлтый, если ∀iϵN, i≤NT, RiskLevel(Ti) ≤ В, Оранжевый, если ∀iϵN, i≤NT, RiskLevel(Ti) ≤ Б, Красный, если ∃iϵN, i≤NT, RiskLevel(Ti) =А, (16) где Г<В<Б<А NT – количество всех угроз. Согласно методике, FRAAP [1] состояния опи- сываются следующим образом: – SecurityLevel = «Зеленый» – никаких дей- ствий, направленных на повышение уровня защи- щенности сети предпринимать не требуется; – SecurityLevel = «Желтый» – требуется мони- торинг ситуации; – SecurityLevel = «Оранжевый» – должны быть предприняты действия по повышению уровня за- щищенности компьютерной сети; – SecurityLevel = «Красный» – действия должны быть предприняты в обязательном по- рядке. Рассмотрим небольшую локальную вычисли- тельную сеть, представленную на рисунке 1, и про- ведём оценку её защищенности. Данная сеть со- стоит из четырех автоматизированных рабочих мест (АРМ), одного сервера и одного коммутатора. Рисунок 1. Топология оцениваемой локальной вычислительной сети Используя формулу для расчета обобщенного индекса критичности уязвимости BaseScore, получим значения критичности атакующего действия Severity(a), представленные в таблице 3.
48 Znanstvena misel journal №42/2020 Таблица 3 Расчет обобщенного индекса критичности атакующего действия Наименование хоста Базовые индексы (согласно CVSS) Обобщенный индекс критичности уязви- мости BaseScore Критичность ата- кующего действия Severity(a) AV AC A CI II AI IB Сетевой коммутатор 0.7 0.8 0.6 0.7 0.7 0.7 0.333 2.3 «Низкий» Сервер 0.7 0.8 0.6 0.7 0.7 0.7 0.333 2.3 «Низкий» АРМ-1 1.0 0.8 0.6 1.0 1.0 1.0 0.333 4.8 «Средний» АРМ-2 1.0 0.8 0.6 1.0 1.0 1.0 0.333 4.8 «Средний» АРМ-3 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.333 10.0 «Высокий» АРМ-4 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.333 10.0 «Высокий» Рассмотрим случай, когда на каждый хост ло- кальной сети направлено одно атакующее дей- ствие. Тогда по формуле 13 BaseScoreR= 2.3+2.3+4.8+4.8+10.0+10.0 6 =5.7 Таким образом, средняя величина базового ин- декса BaseScore равная 5.7 говорит о «Среднем» уровне критичности атакующих действий на ло- кальную вычислительную сеть (см. формулу 11). Экспертным путем определим показатели кри- тичности хостов рассматриваемой сети. Результаты представлены в таблице 4. Таблица 4 Определение критичности хостов Наименование хоста Показатель критичности Severity(h) Сетевой коммутатор «Высокий» Сервер «Средний» АРМ-1 «Низкий» АРМ-2 «Низкий» АРМ-3 «Низкий» АРМ-4 «Низкий» Теперь, когда нам известны показатель кри- тичности хоста (см. таблицу 4) и показатель кри- тичности атакующего действия (см. таблицу 3), определим размер ущерба Mortality (а 𝑇, ℎ 𝑇), вы- званного успешным выполнением атакующего дей- ствия по таблице 1. Результаты расчёта приведены в таблице 5. Таблица 5 Определение размера ущерба Mortality (а 𝑇, ℎ 𝑇), вызванного успешным выполнением атакующего дей- ствия Наименование хоста Размер ущерба Mortality (а 𝑇, ℎ 𝑇) Сетевой коммутатор «Средний» Сервер «Низкий» АРМ-1 «Низкий» АРМ-2 «Низкий» АРМ-3 «Средний» АРМ-4 «Средний» Определим степень возможности реализации угрозы для каждого хоста (см. формулу 15), для этого воспользуемся индексом CVSS «Сложность доступа» (см. формулу 3). Результаты расчета при- ведены в таблице 6. Таблица 6 Определение степени возможности реализации угрозы Наименование хоста Сложность доступа (AccessComplexity) Значение AccessComplexity (см. формула 3) Степень возможности реали- зации угрозы Realization(T) Сетевой комму- татор «Высокий» 0.8 «Низкий» Сервер «Высокий» 0.8 «Низкий» АРМ-1 «Низкий» 1.0 «Высокий» АРМ-2 «Низкий» 1.0 «Высокий» АРМ-3 «Низкий» 1.0 «Высокий» АРМ-4 «Низкий» 1.0 «Высокий»
Znanstvena misel journal №42/2020 49 Определим «Сложность доступа» к локальной вычислительной сети по формуле 14: AccessComplexityR = 0.8+0.8+1,0+1,0+1.0+1.0 6 =0.93 Согласно CVSS если AccessComplexityR 𝜖 [0.8; 0.9), то уровень сложно- сти доступа – «Высокий», если AccessComplexityR 𝜖 [0.9; 1,0], то уровень сложно- сти доступа – «Низкий». Таким образом, значение «0.93» показывает, что уровень сложности доступа к сети – «Низкий». Тогда, степень реализации угрозы имеет показатель «Высокий» (см. формула 15). Теперь определим уровень риска угрозы RiskLevel(T) согласно таблице 2. Результаты рас- чёта приведены в таблице 7. Таблица 7 Оценка уровня риска угрозы Степень возможности реализации угрозы Realization(T) Уровень критичности угрозы Severity(a)R Уровень риска угрозы RiskLevel(T) «Высокий» «Средний» «Б» Таким образом, исходя из полученных каче- ственных оценок уровня риска для всех угроз, уро- вень защищенности локальной вычислительной сети SecurityLevel имеет уровень «Оранжевый». Это означает, что рассматриваемая вычислительная сеть уязвима к атакующим действиям, поэтому необходимо предпринять действия по повышению уровня защищенности. Для более чёткого понимания того, каким об- разом можно увеличить уровень защищенности ло- кальной вычислительной сети SecurityLevel приве- дем графики зависимости «Уровня риска угрозы» от количества АРМ, имеющих высокую сложность к доступу. Графики зависимости приведены на ри- сунках 2–5. Рисунок 2. Зависимость уровня защищенности локальной вычислительной сети от количества АРМ (сложность доступа – «Низкий») Из графика (см. рисунок 2) видно, что в ло- кальной сети, включающей в себя два АРМ уровень защищённости сети будет иметь показатель «Зелё- ный», при трёх АРМ – «Желтый», при большем ко- личестве АРМ данной сети будет нанесён значи- тельный ущерб.
50 Znanstvena misel journal №42/2020 Рисунок 3. Зависимость уровня защищенности локальной вычислительной сети от количества хостов (АРМ) (сложность доступа – «Высокий») Из графика (см. рисунок 3) видно, что в ло- кальной сети, где все АРМ (всего 36 АРМ) имеют высокую сложность в доступе, уровень риска угрозы не превышает SecuirityLevel= «Желтый». В данном случае сеть будет достаточно защищена от атакующих действий. Рисунок 4. Зависимость уровня защищенности локальной вычислительной сети от количества хостов (АРМ) (сложность доступа – «Высокий» у 25% АРМ) Из графика (см. рисунок 4) видно, что в ло- кальной сети, где 25% АРМ (всего 200 АРМ) имеют высокую сложность в доступе, уровень риска угрозы не превышает SecuirityLevel= «Желтый» при количестве АРМ равным 85. При большем ко- личестве АРМ данной сети будет нанесён значи- тельный ущерб.
Znanstvena misel journal №42/2020 51 Рисунок 5. Зависимость уровня защищенности локальной вычислительной сети от количества хостов (АРМ) (сложность доступа – «Высокий» у 40% АРМ) Из графика (см. рисунок 5) видно, что в ло- кальной сети, где 40% АРМ (всего 200 АРМ) имеют высокую сложность в доступе, уровень риска угрозы не превышает SecuirityLevel= «Желтый» при количестве АРМ равным 160. При большем ко- личестве АРМ данной сети будет нанесён значи- тельный ущерб. Таким образом, при увеличении числа АРМ с высокой сложностью доступа увеличивается и уро- вень защищенности локальной вычислительной сети. Для повышения уровня доступа к данным, хра- нящимся на компьютере, могут использоваться па- роли. В таком случае компьютер разрешает доступ к своим ресурсам только тем пользователям, кото- рые зарегистрированы и ввели правильный пароль. Каждому конкретному пользователю может быть разрешен доступ только к определенным информа- ционным ресурсам. При этом может проводиться регистрация всех попыток несанкционированного доступа. Для стабильного функционирования локаль- ной компьютерной сети необходимо, чтобы «Уро- вень защищенности SecurityLevel» находился на от- метке «Зеленый» либо «Желтый», что не позволит злоумышленнику нанести ущерб сети. Таким образом, алгоритм оценки уровня защи- щенности локальных вычислительных сетей, вклю- чающий в себя систему различных показателей за- щищенности, позволяет быстро регулировать порог формирования сигнала тревоги, что в свою очередь, позволит с большей эффективностью оценивать их защищенность и более динамично управлять ло- кальной вычислительной сетью. Список литературы 1. Peltier, T.R. Information security risk analysis, second edition / Taylor&Francis Group, 2005. 2. Анализ защищенности компьютерных сетей на основе моделирования действий злоумышленни- ков и построения графа атак [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.isa.ru/proceedings/images/documents/200 7-31/126-207.pdf. 3. Дойникова, Е.В. Показатели и методики оценки защищенности компьютерных сетей на ос- нове графов атак и графов зависимостей сервисов/ Е.В. Дойникова // сб. публикаций научного жур- нала «Труды СПИИРАН». – 2013. – Вып. 3 (26). – С. 54 – 68. 4. Курочкин, С.И. Методы оценки защищенно- сти информационных систем / С.И. Курочкин, И.В. Заводцев // сб. публикаций научного журнала «Пер- спективы развития информационных технологий». – 2016. – N29. – С. 197 – 204. 5. Общая система оценки уязвимостей [Элек- тронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.first.org/cvss/v3-1/cvss-v31- specification_r1.pdf. 6. Студенческий научный форум - 2018 [Элек- тронный ресурс]. – Режим доступа: https://scienceforum.ru/2018/article/2018003735. 7. Файзуллин, Р.Р. Метод оценки защищенно- сти сети передачи данных в системе мониторинга и управления событиями информационной безопас- ности на основе нечеткой логики / Р.Р. Файзуллин, В.И. Васильев // сб. публикаций научного журнала «Вестник УГАТУ». – 2013. – T.17, N2 (55). – С. 150 – 156.
52 Znanstvena misel journal №42/2020 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ОДЕЖДЕ Шумилина Е.А. Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство) Петросова И.А. Профессор, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), Мурашова Н.В. Доцент, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), Андреева Е.Г. Профессор, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), IDENTIFICATION OF THE CHARACTERISTICS OF LIGHT ELEMENTS IN CLOTHING Shumilina E. Russian state University of Kosygin (Technology. Design. Art) Petrosova I. Professor Russian state University of Kosygin (Technology. Design. Art), Murashova N. Docent Russian state University of Kosygin (Technology. Design. Art), Andreeva E. Professor Russian state University of Kosygin (Technology. Design. Art), Аннотация Расширение функциональности производимой одежды и аксессуаров– одно из приоритетных направ- лений развития швейной промышленности, целью которого являются повышение безопасности потреби- теля и улучшение качества жизни. Данная работа направлена на поиск оптимальных характеристик свето- вых элементов в одежде, используемых для повышения видимости пешеходов на малоосвещенных участ- ках проезжей части. В качестве наиболее важных характеристик, влияющих на эффективность работы све- товых элементов, авторами выделены такие как: содержание информации, размер, форма, количество и место расположения проектируемых сигнальных элементов. Abstract Expanding the functionality of manufactured clothing and accessories is one of the priority areas for the development of the clothing industry, which aims to increase user safety and improve the quality of life. This work is aimed at finding the optimal characteristics of light elements in clothing used to increase the visibility of pedes- trians on poorly lit sections of the roadway. As the most important characteristics that affect the efficiency of light elements, the authors identified such as: size, shape, number, location and content of information of signal ele- ments. Ключевые слова: одежда, сигнальные элементы, безопасность пешеходов, светодиод, LED, дизайн одежды. Keywords: clothing, signal elements, pedestrian safety, led, LED. Расширение информационной функции пред- метов одежды и аксессуаров за счет внедрения тех- нических средств – одно из новейших направлений развития легкой промышленности. Ему уделяется большое внимание и, на настоящий момент, разра- ботки направлены на создание необычных образов, сбор данных физического стояния человека, расши- рение функционала и упрощение жизнедеятельно- сти человека [5, с. 222-228; 6, с. 108; 7, с. 1]. Обеспечение безопасности потребителей не только в профессиональной деятельности, но и в повседневной жизни, например, на проезжей части- одна из важнейших задач, стоящих перед произво- дителями одежды и аксессуаров. В случае нахожде- ния на мало освещенных участках дорог, снижается видимость и реакция водителей, что повышает уро- вень опасности для пешеходов и, особенно, для де- тей. По этой причине рекомендовано предусматри- вать в производимых предметах одежды и аксессу- арах сигнальные светоотражающие элементы. Для детской одежды наличие таких элементов строго обязательно и нормируется государственными до- кументами ГОСТ 124219—99[1, с. 3-16] и ГОСТ 51835—2001[2, с. 3-12]. Альтернативным решением проблемы повы- шения видимости человека вблизи проезжей части является применение световых технологий: умного текстиля, оптоволокна и световых панелей [7, с. 1- 4]. Компания Pixel уже начала массовое производ- ство рюкзаков со встроенными во фронтальную часть LED панелями, что обеспечивает привлече- ние внимания окружающих [11]. На экран можно вывести абсолютно любое статическое или динами- ческое изображение через одноименное мобильное приложение.
Znanstvena misel journal №42/2020 53 В научной работе М.Л. Мауриелло, М. Губ- белса и Д.Э. Фрелиха подробно описана методика внедрения LED экранов в спортивную одежду и их влияние на достижения спортсменов. Для анализа степени удобства использования и оценки эффек- тивности работы в поставленных условиях суще- ствующих LED- панелей выбраны светодиодный матричный дисплей, дисплей из электронных чер- нил (eink) и еще один матричный дисплей, но с бо- лее широким разрешением, изображенные на ри- сунке 1 [9, с. 2835]. Рисунок 1. Типы светодиодных дисплеев: a- светодиодный матричный дисплей, b- дисплей из электронных чернил (eink), c- матричный дисплей, но с более широким разрешением [9, с. 2835] Основной целью внедрения световых техноло- гий авторы определили сбор и отображение инфор- мации о состоянии спортсменов по средствам дат- чиков, соединенных с панелями беспроводной се- тью. По результатам проведенного эксперимента авторами сделан вывод о том, что матричный дис- плей с широким разрешением на черном фоне об- ладает наилучшими характеристиками, подходя- щими для ношения экранов спортсменами на от- крытом воздухе. Информация на таком кране хо- рошо различима в условиях естественного освещения и при попадании солнечных лучей, изображение четкое и яркое, а сам дисплей легкий и не доставляет дискомфорта во время использова- ния. Студенты и ученые Лапландского универси- тета предложили внедрение LED- экрана в офис- ную одежду с целью стимулирования физической активности сотрудников. Через приложение, отсле- живающее передвижение носителя, сигналы по беспроводной сети выводятся на панели, оказывая стимулирующее влияние на человека и позволяя ему следить за своим здоровьем [8, с. 245-259]. Ставя основной целью внедрения LED- пане- лей в одежду повышение безопасности потреби- теля на проезжей части или вблизи нее, необходимо учитывать такие факторы, как: форма и размер сиг- нальных элементов, их количество, место располо- жение и контент. Одновременно с этим, на эффек- тивность работы влияют условия использования и направленность информации (информирование но- сителя или окружающих людей) [10, с. 70]. Для выявления наиболее оптимальных харак- теристик сигнализирующих элементов в детской верхней одежде проведены два опроса: первый- среди детей в возрасте от 7 до 18 лет и их родителей и второй- среди автомобилистов, велосипедистов и мотоциклистов. Проведение двух опросов помогло определить характеристики не только с эстетиче- ской точки зрения, но и с практической по мнению людей, которым адресованы сигналы. Всего опро- шено 74 человека – родителей детей и 83 человека – участников дорожного движения. В ходе проведения опросов стало известно, что большинство респондентов заинтересовано в при- менении LED-технологий с целью повышения ви- димости пешеходов на мало освещённых участках проезжей части. Для определения наиболее подходящих мест расположения световых элементов в плечевой одежде для повышения видимости пешехода и уве- личения скорости реагирования водителя на осно- вании научных работ [3, с. 131; 4, с. 82; 10, с. 70] и государственных стандартов [1-2] составлена схема, приведенная на рисунке 2. В соответствии со схемой респонденты определили, что сигнальные элементы будут наиболее заметны на внешней сто- роне рукава (зоны 6 и 7) и в верхней области спины (зона 3).
54 Znanstvena misel journal №42/2020 Рисунок 2. Схема наиболее предпочтительных мест расположения сигнальных элементов в плечевой одежде Наиболее оптимальной и подходящей для дет- ской верхней одежды, по мнению потребителей, формой LED-панелей среди предложенных: прямо- угольной, квадратной и прямоугольной, для внед- рения в предметы одежды выбрана прямоугольная. Для определения достаточных размеров и ко- личества светодиодных элементов в верней одежде, респондентам предложены несколько вариантов наиболее доступных и часто встречающихся пане- лей. По мнению респондентов, обеих категорий, наиболее оптимальным вариантом станут 1-2 эле- мента крупного размера с диаметром/ стороной 13- 16 см. Один из важнейших вопросов- содержание ин- формации, воспроизводимой на носимых дисплеях. Контент может, как повысить скорость реакции во- дителя, так и стать отвлекающим фактором. В каче- стве вариантов ответа респондентам предложены: короткие слова и знаки, статические и динамиче- ские изображения, информация не имеет значения- главное, чтобы свет был достаточно яркий. По мне- нию детей и их родителей короткие слова и знаки будут наиболее легко распознаваемы на проезжей части, в то же время, по мнению водителей, для обеспечения хорошей видимости пешехода будет достаточно яркого света панели. Результаты эксперимента и распределение от- ветов на все вопросы представлены в таблице 1. Таблица 1 Результаты опроса «Выявление оптимальных характеристик сигнализирующих элементов в детской верхней одежде» Вопрос Распределение ответов респон- дентов «дети и родители» Распределение ответов респон- дентов «владельцы транспорт- ных средств» 1 2 3 Считаете ли Вы наличие сигналь- ных элементов в верхней детской одежде обязательным? 53 человека (71.6%)-да, 9 чело- век (12.2%)- нет, 12 человек (16.2%)- затрудняются ответить 68 человек (85%)-да, 6 человек (7.5%)- нет, 6 человек (7.5%) - затрудня- ются ответить Заинтересовала бы Вас одежда и аксессуары со встроенной свето- техникой? / Могут ли, на Ваш взгляд, носимые LED-дисплеи, встроенные в одежду и аксессу- ары, сделать пешеходов более за- метными на проезжей части? 38 человек (51.4%)- да, 19 чело- век (25%)- скорее всего да, 15 человек (20.3%)- нет 2 человека (2,7%)- затрудняюсь ответить. 67 человек (83.8%)- да, 5 чело- век (6.3%)- нет, 8 человек (10%)- затрудняются ответить Какие из приведенных на рисунке 2 зон, на Ваш взгляд, будут спо- собствовать повышению видимо- сти пешехода? 1 (область груди) - 28.4%, 2 (зона плеч) - 17.6%, 3 (область лопаток) - 54.1%, 4 (спинка)- 39.2%, 5 (карманы на деталях переда) - 17.6%, 6 (по всей длине рукава) - 62.2%, 7 (верх- няя область рукава) - 52.7% 1 (область груди) - 33.8%, 2 (зона плеч) - 23.8%, 3 (область лопаток) - 55.0%, 4 (спинка)- 33.8%, 5 (карманы на деталях переда) - 10.0%, 6 (по всей длине рукава) - 61.3%, 7 (верх- няя область рукава) - 37.5% Какой вариант формы LED- дисплея (прямоугольная, квадрат- ная или круглая), по Вашему мне- нию, наибольшим образом подхо- дит для детской одежды? 47 человек (63.5%)- прямо- угольная, 28 человек (37.8%)- квадратная, 19 человек (25.7%)- круглая 59 человек (73%)- прямоуголь- ная, 13 человек (16.3%)- квадратная, 26 человек (32.5%)- круглая
Znanstvena misel journal №42/2020 55 Какой вариант количества и раз- мера сигнальных элементов Вы считаете наиболее подходящим для детской одежды? 1-2 элемента малого размера (сторона не более 7 см) -13.5% Несколько элементов малого размера-20.3% 1-2 элемента среднего размера (сторона 8-12 см) -24.3% Несколько элементов среднего размера- 18.9% 1-2 элемента крупного размера (сторона от 13 см) -44.6% Несколько элементов крупного размера -16.2% 1-2 элемента малого размера (сторона не более 7 см) -10.0% Несколько элементов малого размера-21.3% 1-2 элемента среднего размера (сторона 8-12 см) -23.8% Несколько элементов среднего размера- 21.3% 1-2 элемента крупного размера (сторона от 13 см) -43.8% Несколько элементов крупного размера -13.8% Какую информацию Вы считаете наиболее подходящей для повы- шения видимости и безопасности пешехода на проезжей части? Короткие слова и знаки- 43.2% Статические изображения- 16.2% Динамические изображения- 33.8% Не важно, главное, чтобы ярко светило- 28.4% Короткие слова и знаки- 36.3% Статические изображения- 13.8% Динамические изображения- 17.5% Не важно, главное, чтобы ярко светило- 51.3% По анализу существующего уровня развития швейной промышленности, научных работ и инно- ваций в направлении производства мультимедий- ной одежды и одежды с расширенными информа- ционными функциями сделаны выводы о том, что внедрение носимой светотехники – одно из пер- спективных направлений развития с большим по- тенциалом. Такие разработки позволят создавать непросто экстраординарные образы, но и обеспечат безопасность потребителей. В ходе работы экспериментальным путем определены важнейшие характеристики сигнализи- рующих элементов, которые влияют на эффектив- ность их работы и выполнения элементами их пер- воочередной функции– заблаговременного инфор- мирования окружающих. На основе собранных данных предложено разработать опытный образец и оценить его свойства в условиях реальной среды. Список литературы 1. ГОСТ 124219—99 Система стандартов без- опасности труда. Одежда специальная сигнальная повышенной видимости. Технические требования. —М.: Госстандарт, 2000. —1 —16 с. 2. ГОСТ 51835—2001 Световозвращающие элементы детской и подростковой одежды. Общие требования. — М.: Госстандарт, 2001. —1 —12 с. 3. Клюенкова Т.М., Петросова И.А., Гусева М.А., Андреева Е.Г. Проектирование одежды с оптоволоконными светящимися элементами// Фи- зика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы (SMARTEX). 2018.—129—133 с. 4. Петросова И.А., Артенян Л.С., Андреева Е.Г. Разработка одежды с повышенными визу- ально-декоративными свойствами// Современные проблемы науки и образования №3, 2014. —81—88 с. 5. Самарин А. Электроника, встроенная в одежду- технологии и перспективы// Компьютеры и технологии 2017 №4. 2017. —221—228 с. 6. Фактуллина Р.Р., Измайлов Б.И. Систем- ный подход в рассмотрении проектирования ко- стюма с использованием полимерных материалов и светодиодных технологий как ресурса композици- онно- художественных решений// Вестник казан- ского технологического университета. Т. 17, №6. 2014 –С.107-109 7. Фирсова М.Е. Исследование и разработка интерактивной одежды для визуализации изобра- жений с использованием светодиодов/ Universum: Технические науки: электронный научный журнал 2019 №6(63) / URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7538 8. Harjuniemi E., Colley A., Rytilahti P., Li H., Forest J. Hakkila J. Idle stripes shirt: ambient wearable display for activity tracking// ISWC’18 Proceddings of the 2018 ACM International Symposium on Werable Computers, October 2018 – pp. 245-259 9. Mauriello M., Gubbels M., Froehlich J., Social Fabric Fitness: The Design and Evaluation of Wearable E-Textile Displays to Support Group Running, Depar- tament of Computer Science// CHI 2014. May 2014 – pp. 2833-2842 10. Schneegass S., Ogando S., Alt F. Using on- body displays for extending the output of wearable de- vices// PerDis’16 Proceedings of the 5th ACM Interna- tional Symposium on Pervasive Displays, June 2016 – pp. 67-74 11. URL: http://pixel-bag.ru/
VOL.1 №42/2020 Znanstvena misel journal The journal is registered and published in Slovenia. ISSN 3124-1123 The frequency of publication – 12 times per year. Journal is published in Slovenian, English, Polish, Russian, Ukrainian. The format of the journal is A4, coated paper, matte laminated cover. All articles are reviewed Edition of journal does not carry responsibility for the materials published in a journal. Sending the article to the editorial the author confirms it’s uniqueness and takes full responsibility for possible consequences for breaking copyright laws Free access to the electronic version of journal Chief Editor – Christoph Machek The executive secretary - Damian Gerbec Dragan Tsallaev — PhD, senior researcher, professor Dorothea Sabash — PhD, senior researcher Vatsdav Blažek — candidate of philological sciences Philip Matoušek — doctor of pedagogical sciences, professor Alicja Antczak — Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor Katarzyna Brzozowski — PhD, associate professor Roman Guryev — MD, Professor Stepan Filippov — Doctor of Social Sciences, Associate Professor Dmytro Teliga — Senior Lecturer, Department of Humanitarian and Economic Sciences Anastasia Plahtiy — Doctor of Economics, professor Znanstvena misel journal Slovenska cesta 8, 1000 Ljubljana, Slovenia Email: info@znanstvena-journal.com Website: www.znanstvena-journal.com

More Related Content

PDF
Vol 2-no-51-2020
bySciences of Europe
 
PPT
Окремі класи дс (1)
bykassy2003
 
PPT
Окремі класи дс (2)
bykassy2003
 
PPT
колоїдна хімія і
bykassy2003
 
PPT
Чисті речовини та суміші
byЕлена Мешкова
 
PPT
Лекція 8. ВМС
byBothi1827
 
PPT
Чисті речовини та суміші
byЕлена Мешкова
 
PPT
полімери
bysolastas
 
Vol 2-no-51-2020
bySciences of Europe
 
Окремі класи дс (1)
bykassy2003
 
Окремі класи дс (2)
bykassy2003
 
колоїдна хімія і
bykassy2003
 
Чисті речовини та суміші
byЕлена Мешкова
 
Лекція 8. ВМС
byBothi1827
 
Чисті речовини та суміші
byЕлена Мешкова
 
полімери
bysolastas
 

Similar to Znanstvena misel-journal-42-2020-vol.1

PDF
LAS_Master_thesis
byAnton Lytvynenko
 
PPT
Значення хімії у повсягденному житті
byOleksandr Ponedilnyk
 
PPTX
Лікарські речовини, похідні елементів V групи періодичної системи Д.І. Ме...
byОлена Колісник
 
PPTX
5 гр
byamjad1977a
 
PDF
LAS_Bachelor_thesis
byAnton Lytvynenko
 
PPTX
Antibiotics of the aromatic structure (chloramphenicol)
byLiudmila Sidorenko
 
PPTX
2 гр
byamjad1977a
 
PPT
Лекція 1. Поверхневі явища+
byBothi1827
 
PPTX
6 гр
byamjad1977a
 
DOC
Поняття про амфотерні гідрооксиди
bysveta7940
 
PDF
1
bybooksss100
 
PDF
Khimija 10-klas-jaroshenko-2018
bykreidaros1
 
PPTX
випробування на гранічний вміст домішок.
byamjad1977a
 
PPTX
Презентація на тему: "Хімічні речовини в побуті"
byDaria_Mykolenko
 
PPTX
1 8
byamjad1977a
 
PDF
Dodatok
byІнститут післядипломної педагогічної освіти КУБГ
 
PPTX
Лікарські речовини, похідні елементів VIII та II груп періодичної системи ...
byОлена Колісник
 
PPT
аміни та амінокислоти
bySvetlana Lyubareva
 
PPTX
1 8
byamjad1977a
 
PPT
презентация фазовые Iii часть
bykassy2003
 
LAS_Master_thesis
byAnton Lytvynenko
 
Значення хімії у повсягденному житті
byOleksandr Ponedilnyk
 
Лікарські речовини, похідні елементів V групи періодичної системи Д.І. Ме...
byОлена Колісник
 
5 гр
byamjad1977a
 
LAS_Bachelor_thesis
byAnton Lytvynenko
 
Antibiotics of the aromatic structure (chloramphenicol)
byLiudmila Sidorenko
 
2 гр
byamjad1977a
 
Лекція 1. Поверхневі явища+
byBothi1827
 
6 гр
byamjad1977a
 
Поняття про амфотерні гідрооксиди
bysveta7940
 
1
bybooksss100
 
Khimija 10-klas-jaroshenko-2018
bykreidaros1
 
випробування на гранічний вміст домішок.
byamjad1977a
 
Презентація на тему: "Хімічні речовини в побуті"
byDaria_Mykolenko
 
1 8
byamjad1977a
 
Dodatok
byІнститут післядипломної педагогічної освіти КУБГ
 
Лікарські речовини, похідні елементів VIII та II груп періодичної системи ...
byОлена Колісник
 
аміни та амінокислоти
bySvetlana Lyubareva
 
1 8
byamjad1977a
 
презентация фазовые Iii часть
bykassy2003
 

More from Znanstvena misel journal

PDF
Znanstvena misel journal №110 2026
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №109 2025
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №108 2025
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №107 2025
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №105 2025
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №106 2025.pdf
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №104 2025
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №103 2025
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №102 2025
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №101 2025
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №100 2025
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №99 2025
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №98 2025
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №97 2024
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №96 2024
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №95 2024
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №94 2024.pdf
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №93 2024
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №92 2024
byZnanstvena misel journal
 
PDF
Znanstvena misel journal №91 (91) 2024
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №110 2026
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №109 2025
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №108 2025
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №107 2025
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №105 2025
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №106 2025.pdf
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №104 2025
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №103 2025
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №102 2025
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №101 2025
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №100 2025
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №99 2025
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №98 2025
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №97 2024
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №96 2024
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №95 2024
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №94 2024.pdf
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №93 2024
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №92 2024
byZnanstvena misel journal
 
Znanstvena misel journal №91 (91) 2024
byZnanstvena misel journal
 

Znanstvena misel-journal-42-2020-vol.1

  • 1.
    №42/2020 Znanstvena misel journal Thejournal is registered and published in Slovenia. ISSN 3124-1123 VOL.1 The frequency of publication – 12 times per year. Journal is published in Slovenian, English, Polish, Russian, Ukrainian. The format of the journal is A4, coated paper, matte laminated cover. All articles are reviewed Edition of journal does not carry responsibility for the materials published in a journal. Sending the article to the editorial the author confirms it’s uniqueness and takes full responsibility for possible consequences for breaking copyright laws Free access to the electronic version of journal Chief Editor – Christoph Machek The executive secretary - Damian Gerbec Dragan Tsallaev — PhD, senior researcher, professor Dorothea Sabash — PhD, senior researcher Vatsdav Blažek — candidate of philological sciences Philip Matoušek — doctor of pedagogical sciences, professor Alicja Antczak — Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor Katarzyna Brzozowski — PhD, associate professor Roman Guryev — MD, Professor Stepan Filippov — Doctor of Social Sciences, Associate Professor Dmytro Teliga — Senior Lecturer, Department of Humanitarian and Economic Sciences Anastasia Plahtiy — Doctor of Economics, professor Znanstvena misel journal Slovenska cesta 8, 1000 Ljubljana, Slovenia Email: info@znanstvena-journal.com Website: www.znanstvena-journal.com
  • 2.
    CONTENT CHEMISTRY Shumeiko A., KapitanovI. MONOMERIC AND DIMERIC SURFACE-ACTIVE COMPOUNDS BASED ON HETEROCYCLES AND ALKYLAMINS FUNCTIONALIZED BY OXYME GROUPS..3 PHYSICS AND MATHEMATICS Sagindykov B., Mekebay N., Turusbekova B. THIRD-ORDER DIFFERENTIAL EQUATIONS WITH VARIABLE COEFFICIENTS.............................................7 Yurov V., Makhanov K. THICKNESS OF THE SURFACE LAYER OF AMORPHIC MAGNETIC SOFT ALLOYS.............................................9 TECHNICAL SCIENCES Bondar M. THE USE OF PROBIOTICS AND PREBIOTICS IN DAIRY DRINKS ......................................................................14 Gabdrafikov F. PUMP-SPRAYER WITH RING CONTROL VALVE..........24 Zhdanova O., Omelchenko G. WAYS TO IMPROVE THE PROCESS OF DESIGNING PROTECTIVE CLOTHING FOR SURGEONS ..................34 Alefirenko V., Fursevich I. INFLUENCE OF CHANGES IN AMBIENT TEMPERATURE ON THE OPERATION OF THE INFRARED DETECTOR IN SYSTEMS SAFETY.......................................................38 Alefirenko V., Chopik K., Sharyi D. THE SECURITY LEVEL ASSESSMENT OF THE ENTERPRISE LOCAL NETWORK BASED ON QUALITY INDICATORS OF SECURITY.........................................43 Shumilina E., Petrosova I., Murashova N., Andreeva E. IDENTIFICATION OF THE CHARACTERISTICS OF LIGHT ELEMENTS IN CLOTHING ...........................................52
  • 3.
    Znanstvena misel journal№42/2020 3 CHEMISTRY МОНОМЕРНІ І ДИМЕРНІ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНІ СПОЛУКИ НА ОСНОВІ ГЕТЕРОЦИКЛІВ ТА АЛКІЛАМІНІВ, ЯКІ ФУНКЦІОНАЛІЗОВАНІ ОКСИМНИМИ ГРУПАМИ Шумейко О., Капітанов І. Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л.М. Литвиненка НАН України Київ, Україна MONOMERIC AND DIMERIC SURFACE-ACTIVE COMPOUNDS BASED ON HETEROCYCLES AND ALKYLAMINS FUNCTIONALIZED BY OXYME GROUPS Shumeiko A., Kapitanov I. Institute of Physical Organic Chemistry and Coal Chemistry, L.M. Litvinenko NAS of Ukraine Kyiv, Ukraine Анотація Розроблено методи синтезу серії мономерних і димерних поверхнево-активних речовин (ПАР), фун- кціоналізованих оксимною групою з використанням алкільних радикалів різного ступеня розгалуженості в якості замісників при атомі азоту головної групи, а також як спейсерів при утворенні димерних продук- тів. Отримано ряд супрамолекулярних систем, які відрізняються фізико-хімічними властивостями та реак- ційною здатністю. Наведено нові методи отримання ряду проміжних продуктів з використанням умов трансфазного каталізу - тверда фаза - рідина. Вдосконалено методи отримання ПАР на основі імідазолу, піридину, аліфатичних амінів, як для мономерних, так і для димерних структур. Склад, структура та чи- стота отриманих сполук було підтверджено даними ЯМР-спектроскопії, тонкошарової хроматографії та елементного аналізу. Отримані дані свідчать про перспективність обраного шляху структурної мо- дифікації ПАР, функціоналізованих оксимною групою, це створює напрямок подальшого дизайну подіб- них мікрогетерогенних систем. Abstract Methods for the synthesis of a series of monomeric and dimeric surfactants functionalized by an oxime group using alkyl radicals of varying degrees of branching as substituents at the nitrogen atom of the parent group and as spacers in the formation of dimeric products have been developed. A number of supramolecular systems have been obtained, which differ in physicochemical properties and reactivity. New methods of obtaining a number of intermediates using the conditions of interfacial catalysis - solid phase - liquid are presented. Improved methods of obtaining surfactants based on imidazole, pyridine, aliphatic amines, both for monomeric and dimeric structures. The composition, structure and purity of the compounds obtained were confirmed by NMR spectroscopy, thin layer chromatography and elemental analysis. The obtained data indicate the prospect of the selected path of struc- tural modification of surfactants functionalized by the oxime group, and give direction for the further design of such microheterogeneous systems. Ключові слова: мономерні та димерні ПАР, оксими, функціоналізація, методи трансфазного ка- талізу, мікрогетерогенні системи. Keywords: monomeric and dimeric surfactants, oximes, functionalization, methods of transphase catalysis, microheterogenic systems. В останні десятиліття, попит на синтез та до- слідження реакційної здатності поверхнево-актив- них речовин, функціоналізованих нуклеофільним фрагментом, викликано цілим рядом обставин. По- перше, мікрогетерогенні системи на основі функціональних детергентів у певній мірі моделю- ють дію ферментів, що дає можливість на більш простих системах вивчати деякі закономірності ферментативного каталізу. Ансамблі функціо- налізованих амфіфільних молекул знаходять ши- роке застосування в біотехнології, медицині, гене- тиці, фармакології, каталізі, синтезі наноматеріалів і ін. [1-5]. Мета дослідження: розробити системи на ос- нові функціоналізованних ПАР для ефективного розщеплення ацилвмісних субстратів та со- любілізації гідрофобних молекул, а також ство- рення низки поценційно біорозкладаємих іонних рідин. Матеріал і методи дослідження: УФ-спектоскопія; потенціометрія; динамічне розсіяння світла; тензіометрія; методи ІЧ, ЯМР 1 Н, ЯМР 13 С; елементний аналіз; загальні прийоми син- тетичної та препаративної хімії. Результати дослідження. Було синтезовано мономерні та димерні ПАР, у головну групу яких входить імідазольне (I, IV), піридинієве (II) і тетраалкіламонієве ядро (ІІІ,V), функціоналізоване ковалентно пов'язаної оксимат- ною групою, а також їх метильні аналоги (рис.1).
  • 4.
    4 Znanstvena miseljournal №42/2020 І II ІІІ ІV V Рисунок 1. Синтезовані мономерні та димерні ПАР: Alk = CH3, C12H25, C14H29, C16H33. Hal = CI, Br, I. Синтез продуктів I - V здійснювали за розроб- леними нами методиками і з урахуванням літера- турних даних [6-10]. Склад, структура і чистота от- риманих сполук було підтверджено даними ЯМР- спектроскопії, тонкошарової хроматографії і еле- ментного аналізу. ЯМР-спектри записували на при- ладі BRUKER Avance II 400 (400 МГц), в якості внутрішнього стандарту використовували ТМС. Хроматографію в тонкому шарі силікагелю вико- нували на пластинах Merck SilicaGel 60 F254 (елюент хлороформ: метанол = 10:1). Методи синтезу ключових напівпродуктів було вдосконалено, перш за все, для реакції алкілу- вання імідазолу, з використанням умов трансфаз- ного каталізу тверда фаза-рідина. Такий метод, із застосуванням системи гідроксид калію - ацетон, дозволив звести до мінімуму утворення побічних продуктів квартенізаціі другого атома азоту гетеро- циклу, істотно спростити їх очищення і підвищити вихід цільового продукту. Нижче наведено корот- кий опис їх синтезу. 1-Додецилімідазол. До розчину 0.06 моль імідазолу в 60 мл сухого ацетону додавали 0.06 моль 1-бромдодекана і 0.07 моль ретельно розтер- того гідроксиду калію. Потім суміш кип'ятили 8 го- дин, ацетон упаривали, залишок переганяли в ваку- умі (0.5-0.8 мм рт. ст.). Вихід - 92%, Т. кіп. - 165- 1700 С. 1-Гексадецилімідазол. Суміш 1.76 моль іміда- золу і 0.71 моль цетилброміду в 350 мл метанолу кип'ятили протягом 40 годин, розчинник відганяли, залишок промивали водою, сушили бензолом Після видалення бензолу, продукт двічі переганяли в ва- куумі. Вихід - 31%, Т. кіп. - 243-2500 С. 1,3-Дихлорацетоксим. Суміш 0.05 моль 1,3-ди- хлорацетону, 0.1 моль гідрохлориду гідрокси- ламіну, 25 мл етанолу і 2,5 мл води кип'ятили про- тягом 8 годин. Після охолодження, суміш виливали в 50 мл води і екстрагували продукт, що утворився, хлористим метиленом. Вихід - 62%, nD 30 = 1.5041. Диметил-2- (гідроксиімінопропіл) амін. Роз- чин 0.09 моль 1-хлорацетоксиму в 20 мл етанолу і 50 мл 40% водного розчину диметиламіна нагрівали в герметично закритій посудині при 600 С протягом 24 годин. Після охолодження, реакційну масу двічі екстрагували діетиловим ефіром. Об'єд- нані ефірні витяжки сушили сульфатом натрію, після чого ефір видаляли, а залишок кристалізували з метанолу. Вихід 57%, Т пл. 98–990 С. 1-метил-2- (гідроксиімінометил) імідазол. Роз- чин 0.055 моль гідроксиду калію в 10 мл метанолу додавали до суспензії 0.055 моль гідрохлориду гідроксиламіну в 10 мл гарячого метанолу. Суміш перемішували 40 хв. і фільтрували. До отриманого розчину додавали розчин 0.05 моль 1-метил-2- імідазолкарбоксальдегіда в 10 мл метанолу та вит- римували 4 години при кімнатній температурі, після чого розчинник видаляли досуха, залишок кристалізували з ізопропанолу. Вихід - 85%, Т. пл. 154 – 1550 С. Отримання функціоналізованих оксимною групою імідазолієвих ПАР (I) проводили шляхом взаємодії різних алкілімідазолів з хлорацетальдок- симом в ацетонітрилі або ацетоні. В інших випад- ках, використовували хлорацетон, за допомогою якого проводили алкілування одного з атомів азоту гетероциклу, а потім проводили реакцію оксогрупи з гідроксиламіном, отримуючи відповідні цільові продукти [11;12] (рис 2). N NAlk Hal- NOH N + CH3CH3 CH3 ALK NOH Hal - N N N N NOH AlkAlk Hal- Hal- N + N + CH3 CH3 ALK CH3 ALK NOHCH3 Hal- Hal-
  • 5.
    Znanstvena misel journal№42/2020 5 Cl O Cl NOHNH2OH HCl N N N N C16H33 N N NOH Cl - N N C16H33 NOH Cl - Рисунок 2. Синтез імідазолієвих ПАР. Синтез гідроксиіміноалкілпіридинів (II) про- водили наступним чином. Розчин гідроксиламіну в метанолі (1.1-кратний молярний надлишок), який був приготований з гідрохлориду гідроксиламіну і метилату натрію, додавали до розчину відповідного оксозаміщенного піридину в метанолі. Реакційну суміш витримували протягом 30 годин при кім- натній температурі, після цього розчинник випаро- вували, а отриманий осад кристалізували з бензолу (рис. 3). N O R NH2OH N NOH R N NOH R N NOH R CH3 C16H33 Br - I - CH 3 I C 16 H 33 Br R = H, CH3 Рисунок 3. Синтез гідроксиіміноалкілпіридинів. Синтез тетраалкіламонієвих ПАР загальної формули ІІІ проводили взаємодією 1-диметил-2- (оксиімінопропіл)аміну (див. вище опис методів отри-мання ключових напівпродуктів) з га- лоїдними алкілами відповідно до схеми на рис. 4. N CH3 CH3 CH3 NOH C12H25Br N CH3 CH3 CH3 NOH C12H25 Br Cl CH3 NOH NH CH3 CH3 Рисунок 4. Синтез тетраалкіламонієвих ПАР. Спочатку, при отриманні 1-диметил-1-доде- цил-2-(гідроксиімінопропіл) амоній броміду вихо- дили з 1-хлорацетоксиму і 1,1-диметил-1-доде- циламіну, але виділити цільовий продукт з необ- хідною чистотою не вдалося. Тому було обрано ін- ший шлях синтезу, пов'язано з послідовним алкілуванням 1-хлорацетоксиму диметиламіном і додецилбромідом. Також виявилася невдалою і спроба застосувати зазначений спосіб для отри- мання 1,1'- (2-гідроксиіміно) пропан-1,1'-біс-диме- тилдодецил діамоній дихлориду. За даними ПМР- спектроскопії, було виділено суміш продуктів різної будови. Тому, було використано метод взаємодії 1,3-дихлорацетоксиму з 1,1-диметил-1- додециламіном, що дало позитивний результат [13]. Синтез димеризованих функціоналізованих ПАР на основі імідазолу (IV) проводили шляхом взаємодії дихлорацетоксиму, попередньо отрима- ного з дихлорацетону і гідроксиламіну, з подвійною мольною кількістю алкілімідазолу, відповідно до наведеної нижче схеми на рис. 5.
  • 6.
    6 Znanstvena miseljournal №42/2020 Рисунок 5. Синтез димеризованих функціоналізованих ПАР на основі імідазолу. Димерні ПАР на основі тетраалкіламонію (V) отримували [13] шляхом взаємодії 1,3-дихлораце- токсиму з подвійним мольним надлишком 1,1-ди- метилалкіламіну в спирті, відповідно до наведеної нижче схеми на рис. 6. Рисунок 6. Димерні ПАР на основі тетраалкіламонію. Висновки. Експериментальні дані по синтезу різних за структурою функціоналізованих оксимною групою ПАР, дають можливість отримувати цілу серію мо- номерних і димеризованих продуктів, що розрізня- ються природою головної групи, розгалуженістю алкільних замісників і типом противоіону. Це доз- воляє створювати цілий спектр супрамолекулярних систем, що володіють різними фізико-хімічними властивостями і реакційною здатністю. Отримані результати свідчать про перспективність обраного шляху структурної модифікації ПАР, функціо- налізованих оксимною групою, і дають напрямок подальшого дизайну подібних мікрогетерогенних систем. Список літератури 1. Bunton C. The dependence of micellar rate ef- fects upon reaction mechanism // Adv. Coll. Int. Sci. - 2006. -Vol. 123. -P. 333 – 343. 2. Popov A. Design of green microorganized sys- tems for decontamination of ecotoxicants // Pure Appl. Chem. -2008. –Vol. 80, № 7. -P. 1381–1397. 3. Rico-Lattes I., Perez E., Franceschi-Messant S. Organized molecular systems as reaction media // C. R. Chimie. -2011. –Vol.14, № 7. -P. 700 – 715. 4. Oxime functionality in surfactant self-assem- bly: An overview on combating toxicity of organophos- phates. / Singh N., Karpichev Y., Тiwari A., Kuca K., Ghosh K. // J. Mol. Liq. -2015. –Vol. 208. -P. 237 – 252. 5. Zakharova L., Kashapov R., Pashirova T. Self- assembly strategy for the design of soft nanocontainers with controlled properties // Mendeleev Commun. - 2016. –Vol. 26, № 6. -P. 457–468. 6. Zana R., Xia J. Gemeni surfactats: synthesis, in- terfacial and solution-phase behavior and applications. -New York: Marcel Dekker, 2004. 7. Aggregation and thermodynamic properties of ionic liquid-type gemini imidazolium surfactants with different spacer length / Ao M., Huang P., Xu G., Yang X. // Colloid. Polymer. Sci. -2009. –Vol. 287, № 4. -P. 395-402. 8. Wettig S., Novak P., Verrall R. Thermodynamic and Aggregation Properties of Gemini Surfactants with Hydroxyl Substituted Spacers in Aqueous Solution // Langmuir. -2002. –Vol. 18, № 5. –P. 5354-5359. 9. Ao M., Xu G., Zhu Y. Synthesis and properties of ionic liquid-type Gemini imidazolium surfactants // J. Colloid. Interface. Sci. - 2008. –Vol. 326, № 2. -P. 490-495. 10. Peroxyhydrolysis of 4-nitro- phenylethylphosphate in micellar systems based on im- idazolium dimeric surfactants / Sadovsky Y., Solo- moychenko T., Turovskaya M., Kapitanov I., Piskunova J., Kostrikin M., Prokop’eva T., Popov A. // Teor. and experim. chem. -2012. –Vol. 48, № 2. -P. 112-118. 11. Hydrophobicity of Functional Detergents on Micellar Effects in Ecotoxicant Splitting Reactions / Belousova I., Kapitanov I., Shumeiko A., Anikeev A., Turovskaya M., Zubareva T., Panchenko B., Prokop’eva T., Popov A. // Teor. and experim. chem. - 2010. –Vol. 46, № 4. -P. 218-224. 12. Supernucleophilic systems based on function- alized surfactants in the cleavage of 4-nitrophenolic es- ters of phosphorus and sulfur acids. I. Reactivity of a hydroxyimine derivative of an imidazolium dimeric surfactant / Kapitanov I., Belousova I., Shumeiko A., Kostrikin M., Prokop’eva T., Popov A. // Russ. J. Org. Chem. -2013. –Vol. 49, No. 9. P. 1308-1316. 13. Supernucleophilic systems based on function- nalized surfactants in the process of the splitting of 4- nitrophenyl esters of phosphorus and sulfur acids. III. Reactivity of somicellar systems based on functional- ized tetraalkylammonium and imidazolium surfactants / Prokop’eva T., Kapitanov I., Belousova I., Shumeiko A., Kostrikin M., Turovskaya M., Razumova N., Popov A. // Russ. J. Org. Chem. -2015. Vol. 51, № 8. -P. 1105- 1112. NH CH3 CH3 C12H25Br N CH3 CH3 C12H25 NOH Cl Cl Br Br N CH3 CH3 C12H25 N CH3 C12H25 CH3 O 2 + +
  • 7.
    Znanstvena misel journal№42/2020 7 PHYSICS AND MATHEMATICS ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА С ПЕРЕМЕННЫМИ КОЭФФИЦИЕНТАМИ Сагиндыков Б.Ж. Satbayev University, ассоциированный профессор Мекебай Н.А. Satbayev University, лектор Турусбекова Б.С. Satbayev University, тьютор THIRD-ORDER DIFFERENTIAL EQUATIONS WITH VARIABLE COEFFICIENTS Sagindykov B. Satbayev University, associate professor Mekebay N. Satbayev University, lecturer Turusbekova B. Satbayev University, tutor Аннотация Общих методов интегрирования линейных дифференциальных уравнений третьего порядка с переменными коэффициентами не существует. В данной работе рассмотрены некоторые приемы приведения и пути нахождения одного частного решения линейных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами. Abstract There are no general methods for integrating third-order linear differential equations with variable coeffi- cients. In this paper, we consider some techniques to change equation and ways to find a particular solution of linear differential equations with variable coefficients. Ключевые слова: дифференциальное уравнение с переменными коэффициентами, класс уравнений с переменными коэффициентами. Keywords: differential equation with variable coefficients, class of equations with variable coefficients. Рассмотрим однородное дифференциальное уравнение третьего порядка с переменными коэффициентами        0 1 2 3 0a x y a x y a x y a x y      . (1) Пусть в некотором интервале ,a b  действительной оси х  0 0a x  . Поделив обе части уравнения (1) на  0a x получим уравнение               0y x p x y x q x y x r x y x      , (2) где       1 0 a x p x a x  ,       2 0 a x q x a x  ,       3 0 a x r x a x  . І. Рассмотрим некоторые методы приведения уравнения (1) к дифференциальному уравнению с постоянными коэффициентами. Для этого искомое решение ищем в виде      y x u x v x  . (3) Здесь u(x) искомая новая функция, а функция v(x) выбирается так, чтобы она удовлетворяла условию приведения уравнения (1) к уравнению с постоянными коэффициентами. Далее находим соответствующие производные искомого решения и подставим в уравнение (1):  y x u v uv    ,   2y x u v u v uv       ,   3 3y x u v u v u v uv          . Тогда получим уравнение             3 3 2 0 v v v v v v u p x u q x p x u r x q x p x u v v v v v v                                  . (4) Чтобы уравнение (4) было уравнением с постоянными коэффициентами, необходимо и достаточно выполнение условий
  • 8.
    8 Znanstvena miseljournal №42/2020       1 3v x p x C v x    , (5)             2 3 2 v x v x q x p x C v x v x      , (6)                   3 v x v x v x r x q x p x C v x v x v x        , (7) где C1, C2 и C3 – постоянные. Интегрируя уравнение (5) получим общее решение в виде     1 exp 3 3 a v x x p x dx         . (8) Здесь функция v(x) показывает необходимое условие перехода от уравнения (4) к уравнению с постоянными коэффициентами 0u au bu cu      . А формулы (6) и (7) показывают достаточное условие приведения для вышеуказанного метода. Не нарушая общности произвольную постоянную a можно положить равной нулю, и тогда достаточные условия приведения при такой замене примут вид                 2 3 1 , 3 1 2 1 . 3 27 3 q x p x p x const r x q x p x p x p x const        (10) В качестве примера проинтегрируем однородное дифференциальное уравнение с переменными коэффициентами из [2: 391]          2 2 3 3 3 3 0y x axy x a x y x a x b y x       , (11) где a, b – постоянные. Решение. Проверим выполнение условий (10):      2 2 2 2 21 1 3 9 3 3 3 q x p x p x a x a x a const      ,          3 3 3 3 3 3 31 2 1 1 2 9 27 3 27 3 3 27 r x q x p x p x p x a x b a x a x b const         . Далее по формуле (8) находим функцию   21 exp 2 v x ax        . Следовательно исходное уравнение с помощью замены         21 exp 2 y x u x v x u x ax          приводится к линейному однородному дифференциальному уравнению третьего порядка      3 0u x au x bu x    . Нахождение общего решения последнего уравнения не вызывает затруднения. ІІ. Общих методов интегрирования линейных дифференциальных уравнений третьего порядка с переменными коэффициентами не существует. Поэтому в этой статье исследуя коэффициенты уравнения (1), рассмотрим пути нахождения одного частного решения. Для этого коэффициенты уравнения (1) группируем в следующем виде    0 1 0 2 3 0a y a a y a y a y        или      0 1 0 1 0 2 3 0a y a a y a a a y a y              . (12) Теорема. Если между коэффициентами уравнения (12) (т.е. исходного уравнения (1)) выполняется соотношение    3 01 1 0 2 1 0 2 3 3 0 0 a aa a a a a a a a a a a                 , (13) то одно частное решение уравнения (1) определяется по формуле
  • 9.
    Znanstvena misel journal№42/2020 9   3 1 1 0 2 exp a y x dx a a a           . (14) Далее построим класс дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, для которых выполняется условие (14): 1) пусть    1 0a x a x , тогда из равенства (13) для определения коэффициента  2a x получаем линейное дифференциальное уравнение          3 2 2 3 3 a x a x a x a x a x      . Его общее решение определяется в виде соотношения     2 3a x a x C x  . Следовательно общим частным решением уравнений 3 2 3 sin sin 0x y x y x x y x y        , sin cos 0x x x y x y xe y e y        будет функция  1y x x . В действительности, если выполняется условие (14), то одно частное решение уравнения (1) не зависит от коэффициентов  0a x и  1a x . 2) пусть    1 0a x a x , тогда общее решение линейного уравнения (13) пишется в виде 1 1 0 03 1 0 2 0 0 a a dx dx a aa a a a e C a e dx a                . (15) Заключение. Если между коэффициентами уравнения (13) выполняется равенство (15), то одно частное решение определяется по формуле (14). Например, пусть дано уравнение  2 2 sin sin 0xy x y x x y x x y        . Тогда одно частное решение этого уравнения определяется по формуле (14) в виде функции 2 2 x y e   Проверка:   2 2 x y x xe     ,     2 22 1 x y x e x     ,     2 32 3 x y x e x x      . Тогда     2 2 4 2 4 2 22 2 sin sin 3 2 sin sin 0. x xy x y x x y x x y e x x x x x x x x x                  Список литературы 1. Филиппов А.Ф. Введение в теорию дифференциальных уравнений: Учебник. Изд. 2-е, испр. – М.: Ком Книга, 2007. – 240 с. 2. Зайцев В.Ф., Полянин А.Д. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. – М.: Физматлит, 2001. – 576 с. ТОЛЩИНА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ Юров В.М. Доцент, Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова, Маханов К.М. Доцент, Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова, THICKNESS OF THE SURFACE LAYER OF AMORPHIC MAGNETIC SOFT ALLOYS Yurov V. Associate professor, Karaganda State University named after E.A. Buketov, Makhanov K. Associate professor, Karaganda State University named after E.A. Buketov, Аннотация Предложена модель поверхностного слоя магнитомягких металлических сплавов. В рамках модели показано, что толщина поверхностного слоя d(I) определяется одним фундаментальным параметром – мо- лярным (атомным) объемом элемента. Толщина поверхностного слоя d(I) магнитомягких металлических
  • 10.
    10 Znanstvena miseljournal №42/2020 сплавов лежит от 1 до 2 нм. В поверхностном слое d(I) все уравнения, имеющие независимые от размера величины становятся размерно-зависимыми. Размерные эффекты в слое d(I) определяются всем коллекти- вом атомов в системе (коллективные процессы). Такие «квазиклассические» размерные эффекты наблю- даются только в наночастицах и наноструктурах. Слой d(II) простирается примерно до размера   d10IId  , где начинается объемная фаза. С этого размера начинаются размерные свойства. Размерные эффекты проявляются в температуре Кюри, в силь- ном увеличении коэрцитивной силы и магнитного момента, в сдвиге петель гистерезиса, в необратимости кривых намагничивания и т.д. При h = d происходит структурный фазовый переход геометрического типа. Приведена простая фор- мула для критического размера кластера, менее которого магнитный кластер теряет магнитное упорядо- чение и переходит в магнитное неупорядоченное состояние при любой температуре. Abstract A model of the surface layer of soft magnetic metal alloys is proposed. Within the framework of the model, it is shown that the thickness of the surface layer d (I) is determined by one fundamental parameter - the molar (atomic) volume of the element. The thickness of the surface layer d(I) of soft magnetic metal alloys lies from 1 to 2 nm. In the surface layer d(I), all equations having size-independent quantities become dimensionally depend- ent. Size effects in the d(I) layer are determined by the entire collective of atoms in the system (collective pro- cesses). Such “semiclassical” size effects are observed only in nanoparticles and nanostructures. The d(II) layer extends to approximately the size where the bulk phase begins. From this size, dimensional properties begin. Size effects are manifested in the Curie temperature, in a strong increase in the coercive force and magnetic moment, in the shift of the hysteresis loops, in the irreversibility of the magnetization curves, etc. At h = d, a structural phase transition of a geometric type occurs. A simple formula is given for the critical cluster size, less than which the magnetic cluster loses magnetic ordering and transforms into a magnetic disor- dered state at any temperature. Ключевые слова: аморфный сплав, поверхностный слой, наноструктура, размерный эффект, фазо- вый переход. Keywords: amorphous alloy, surface layer, nanostructure, size effect, phase transition. Постановка проблемы Вопросы магнетизма малых ферромагнитных частиц исследуются уже давно [1]. Основным меха- низмом, приводящим к зависимости магнитной восприимчивости от размера частиц ферромагне- тика, считается переход многодоменных частиц в однодоменные [1, 2]. В последние годы интенсивно исследуются как классические магнитные нано- структуры (например, Fe3O4) [3-11], так и новые (например, CoFe2B4) [12-17]. Однако, многие во- просы остаются пока дискуссионными. Аморфные магнитомягкие металлические сплавы обладают та- кими уникальными свойствами, как высокая маг- нитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила и не зависящая от температуры электропроводность [18]. Анализ последних исследований и публика- ций Большой объем самых последних достижений представлен в работах [12-18]. В этих работах, про- веденных при очень низких температурах, были об- наружены аномалии в поглощении ультразвука и электромагнитного излучения, нелинейные эф- фекты типа насыщения поглощения и многие дру- гие необычные явления в поведении неупорядочен- ных веществ. Оказалось, также, что указанные ано- мальные свойства носят универсальный характер и практически не зависят от конкретного состава и структуры вещества. Эти наблюдения явно указывали на то, что наблюдаемые аномальные свойства неупорядочен- ных сред обусловлены не конкретным строением изучаемого вещества, а самим фактом наличия бес- порядка во внутренней структуре таких сред. Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы В представленной статье впервые рассматри- вается толщина аморфных магнитомягких металли- ческих сплавов. Цель статьи Рассмотреть и сделать расчеты: - предложенную модель и расчет поверхност- ного слоя металлических стекол; - физические процессы в слое d(I); - физические процессы в слое d(II); - фазовый переход при h=d; Изложение основного материала Описание модели. В работе [19] обобщена, предложенная нами, модель поверхностного слоя атомарно-гладких металлов. Схематически эта мо- дель представлена на рис. 1. Поверхностный слой атомарно-гладкого ме- талла состоит из двух слоев – d(I) и d(II). Слой тол- щиной h=d назван слоем (I), а слой при h≈10d – слоем (II) атомарно-гладкого кристалла (рис. 1). При h≈10d начинает проявляться размерная зависи- мость физических свойств материала. При h=d в по- верхностном слое происходит фазовый переход.
  • 11.
    Znanstvena misel journal№42/2020 11 Рисунок 1. Схематическое изображение поверхностного слоя [19] Для определения толщины поверхностного слоя различных соединений нами использовалась размерная зависимость физического свойства A(r) [4]: .dr, rd d 1A)r(A dr, r d 1A)r(A 0 0                , (1) Параметр d связан с поверхностным натяже- нием σ формулой [4]: RT 2 d   , (2) Здесь σ–поверхностное натяжение массивного образца; υ–объем одного моля; R–газовая постоян- ная; Т–температура. В работе [19], а также [20], было показано, что с большой точностью выполняется соотношение: ,T1078,0 m 3   . (3) где Tm – температура плавления твердого тела (К). Соотношение выполняется для всех металлов и для других кристаллических соединений. Если его подставить в (2), то при T = Tm получим:  6 1017,0)I(d . (4) Уравнение (4) показывает, что толщина по- верхностного слоя d(I) определяется одним фунда- ментальным параметром – молярным (атомным) объемом элемента (υ = М/ρ, М – молярная масс (г/моль), ρ – плотность (г/см3 )), который периоди- чески изменяется в соответствие с таблицей Д.И. Менделеева. Некоторые примеры магнитомягких металли- ческих сплавов рассчитаны по формуле (4) и пред- ставлены в таблице 1. Таблица 1 Толщина поверхностного слоя аморфного сплава Аморфный сплав М, г/моль ρ, г/см3 d(I), нм d(II), нм Fe80B20 48,8 6,8 1,2 12 Fe75P15C10 47,6 5,8 1,4 14 Fe78B10Si1 44,9 6,4 1,2 12 Fe74P16B7Al3 47,8 6,4 1,3 13 Fe75P16B6Al3 48,3 5,8 1,4 14 Fe75P16C5Al3Si2 48,8 5,8 1,4 14 Fe77Ni1Si9B13 47,5 6,7 1,2 12 Fe84.1Cu1.3Nb5.6Si7.7B1.3 55,2 7,1 1,3 13 Fe84.4Cu1.3Nb5.6Mo2.8Si7.7B2 58,2 7,3 1,4 14 Физические процессы в слое d(I). Толщина поверхностного слоя d(I) магнитомягких металли- ческих сплавов лежит от 1 до 2 нм. У чистого же- леза d(I) = 2,2 нм и поскольку параметр решетки у железа, а = 0,287 нм, то слой d(I) содержит ≈ 8 атом- ных слоев. Для магнетита, а = 0,8397 нм и слой d(I) содержит ≈ 9 атомных слоев Fe3O4, что практически совпадает с чистым железом. Такой же эффект дол- жен испытывать и магнитомягкий металлический сплав. В слое d(I) с атомами чистых металлов проис- ходит реконструкция и релаксация, связанная с пе- рестройкой поверхности [21]. Релаксационный процесс в аморфных сплавах имеет много общего с хорошо изученным процессом релаксации в аморф- ных полимерах и оксидах, однако он влияет в слу- чае аморфных сплавов в существенно большей сте- пени и на большее число физических и структур- ных параметров [22]. Существенно то, что смеще- ние атомов в процессе структурной релаксации меньше межатомных расстояний и происходят они в локальных областях. Величина теплоты превра- щения в стабильную фазу, которая может служить мерой такой неравновесности, изменяется в этом случае незначительно. В процессе структурной ре- лаксации изменяются многие физические свойства аморфных сплавов: теплоемкость, плотность, элек- тросопротивление, внутреннее трение, упругие
  • 12.
    12 Znanstvena miseljournal №42/2020 константы, твердость, магнитные характеристики (изменяется температура Кюри, наводится магнит- ная анизотропия), коррозионная стойкость и т.д. В поверхностном слое d(I) все уравнения, име- ющие независимые от размера величины, стано- вятся размерно-зависимыми. Размерные эффекты в слое d(I) определяются всем коллективом атомов в системе (коллективные процессы). Такие «ква- зиклассические» размерные эффекты наблюдаются только в наночастицах и наноструктурах [23]. Размер слоя простирается до    ìåòàëëîâäëÿíì1,001,0~Id äÁ  λ – волна де Бройля, где начинаются квантовые раз- мерные эффекты. К основным квантово размерным структурам относятся структуры с двумерным электронным газом – эпитаксиальные пленки, МДП-структуры, гетероструктуры и т.д.; струк- туры с одномерным газом – квантовые нити или проволоки; структуры с нульмерным газом – кван- товые точки, ящики, кристаллиты [24]. Физические процессы в слое d(II). Слой d(II) простирается примерно до размера   d10IId  , где начинается объемная фаза. С этого размера начинаются размерные свойства. Раз- мерные эффекты проявляются в температуре Кюри, в сильном увеличении коэрцитивной силы и маг- нитного момента, в сдвиге петель гистерезиса, в не- обратимости кривых намагничивания и т.д. [25, 26]. На рис. 2 приведена размерная зависимость темпе- ратуры Кюри некоторых магнитных структур по формуле (1) уравнения 1. Создание магнитных наночастиц с температу- рой Кюри в интервале (300–340) К позволяет до- биться саморегулирующегося нагрева опухолевых тканей в переменном магнитном поле [27]. Для маг- нетита это соответствует частицам ≈ 15 нм (рис. 2). Рисунок 2. Размерная зависимость температуры Кюри ТС [28] Ряд исследователей высказывает мнение, что верхний предел (максимальный размер элементов) для наноструктур должен быть связан с неким кри- тическим характерным параметром: длиной сво- бодного пробега носителей в явлениях переноса, размерами доменов/доменных стенок, диаметром петли Франка-Рида для скольжения дислокаций и т.п. [23]. Значит в слое d(II) должно быть много раз- мерных эффектов, связанных с оптикой, магнетиз- мом и другими физическими свойствами согласно уравнению (1). Фазовый переход при h=d. При h = d проис- ходит структурный фазовый переход (рис. 1) гео- метрического типа [29]. В работе [30] приведена простая формула для критического размера кла- стера, менее которого магнитный кластер теряет магнитное упорядочение и переходит в магнитное неупорядоченное (например, парамагнитное) со- стояние при любой температуре: 2/1 C 8 cr T102d   , (5) где TC – температура Кюри массивного об- разца. Из (5) нижний предел для магнетита равен dcr ≈ 1 нм, а верхний предел в работе [30] оценивается dcr ≈ 10 нм. Эти оценки попадают в диапазон d(I) = 7,7 нм. Из рис. 2 следует, что для намагниченности магнетита скачок ΔМ = 0,5М0, где М0 – намагничен- ность насыщения объемного образца магнетита (83 А·м2 /кг). В работе [31] для кубических наночастиц с диагональю 6,5 нм (т.е. близкое к 7,7 нм) намаг- ниченность насыщения равна 39,5 А·м2 /кг. Таким образом, скачок ΔМ ≈ 0,48 М0, что также близок к полученному нами результату. К сожалению, по- добного рода работ не так много, чтобы сделать обобщающие выводы. Выводы и предложения Исследую размерную зависимость физических свойств магнитных наноструктур, можно опреде- лить толщину поверхностного слоя магнитомягких металлических сплавов. Это справедливо и в случае полидисперсных систем. При этом размер этого слоя определяется одним фундаментальным пара- метром – атомным объемом вещества. Предложения: - экспериментально исследовать физические процессы, связанные со структурой поверхностных слоев в магнитомягких металлических сплавах; - что эти наноструктуры могут дать в практи- ческом применении? Благодарность Работа выполнена при финансовой поддержке МОН РК. Гранты №0118РК000063 и №Ф.0781.
  • 13.
    Znanstvena misel journal№42/2020 13 Список литературы 1. Nagata T. Rock Magnetism. – Maruzen Com- pany, 1961. – 350 p. 2. Вонсовский С.В. Магнетизм. – М.: Наука, 1971. – 1032 с. 3. Tan W.L. and Bakar M.A. The Effect of Ad- ditives on the Size of Fe3O4 Particles // Journal of Phys- ical Science, 2006, Vol. 17(2). - P. 37–50, 4. Gorski Ch.A. and Scherer M.M. Determina- tion of nanoparticulate magnetite stoichiometry by Mussbauer spectroscopy, acidic dissolution, and pow- der X-ray diffraction: A critical review // American Mineralogist, 2010, Vol. 95. – P. 1017–1026. 5. Ghandoor H.E., Zidan H.M., Khalil M.M.H. and Ismail M.I.M. Synthesis and Some Physical Prop- erties of Magnetite (Fe3O4) Nanoparticles // Int. J. Elec- trochem. Sci., 2012, Vol. 7. – P. 5734 – 5745. 6. Lim Y.S., Lai C.W., Hamid S.B.A et al. A study on growth formation of nano-sized magnetite Fe3O4 via co-precipitation method // Materials Re- search Innovations, 2014, Vol. 18. – P. 456-461. 7. Ma J., Wang L., Wu Y. et al. Facile Synthesis of Fe3O4 Nanoparticles with a High Specific Surface Area // Materials Transactions, 2014, Vol. 55, No.12. - P. 1900-1902. 8. Saranya T., Parasuraman K., Anbarasu M. and Balamurugan K. XRD, FT-IR and SEM Study of Mag- netite (Fe3O4) Nanoparticles Prepared by Hydrothermal Method // Nano Vision, 2015, Vol.5, No.4-6. – P. 149- 154. 9. Ali Sh.M., Galal A., Atta N.F., Shammakh Y. Toxic Heavy Metal Ions Removal from Wastewater by Nano-Magnetite: Case Study Nile River Water // Egypt, J. Chem., 2017, Vol. 60, No.4. - P. 601- 612. 10. Salviano L.B., Th.M.S. Cardoso, G.C. Silva et al. Microstructural Assessment of Magnetite Nanopar- ticles (Fe3O4) Obtained by Chemical Precipitation Un- der DiŸerent Synthesis Conditions // Materials Re- search. 2018, Vol. 21(2). – 7 p. 11. Santos-Durndell V.C., Peruzzolo T.M., Uco- ski G.M., L.P. Ramos, Nakagak S. Magnetically recy- clable nanocatalysts based on magnetite: an environ- mentally friendly and recyclable catalyst for esterifica- tion reactions // Biofuel Research J., 2018, Vol. 18. – P. 806-812. 12. Himpsel F.J., Ortega J.E., Mankey G.J. and Willis R.F. Magnetic nanostructures // Advances in Physics, 1998, Vol. 47, No. 4. – P. 511-597. 13. Ventura J.O. Magnetic Nanostructures. - De- partment of Physics Faculty of Sciences of the Univer- sity of Porto, 2006. – 242 p. 14. Enders A., Skomski R. and Honolka J. Mag- netic surface nanostructures // J. Phys. Condens. Mat- ter, 2010, Vol. 22. – 32 p. 15. Bennemann K. Magnetic Nanostructures. - In- stitute of Theoretical Physics FU-Berlin, 2010. – 67 p. 16. Levy J.-C. Magnetic Structures of 2D and 3D Nanoparticles: Properties and Applications. - Pan Stan- ford Publishing Pte. Ltd., 2016. – 19 p. 17. Korostil A., Krupa M. Spin Transport and Dy- namics in Multilayer Magnetic Nanostructures // Amer- ican Journal of Nano Research and Applications, 2018; Vol. 6(1). – P. 21-33. 18. Стародубцев Ю.H., Безозеров В.Я. Магнит- ные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов. - Екатеринбург: Изд-во УрГУ, 2002. – 384 с. 19. Юров В.М., Гученко С.А., Лауринас В.Ч. Толщина поверхностного слоя, поверхностная энергия и атомный объем элемента // Физико-хими- ческие аспекты изучения кластеров, наноструктур – С. 691-699. 20. Рехвиашвили С.Ш., Киштикова Е.В., Кармо- кова Р.Ю., Кармоков А.М К расчету постоянной Тол- мена // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33. вып. 2. – С. 1-7. 21. Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. Введение в физику поверхности. - М.: Наука. 2006. - 490 с. 22. Глезер А.М., Шурыгина Н.А. Аморфно- нанокристаллические сплавы. - М.: Физматлит. 2013. - 452 с. 23. Уваров Н.Ф., Болдырев В.В. Размерные эф- фекты в химии гетерогенных систем // Успехи хи- мии. 2001. Т. 70 (4). – С. 307-329. 24. Арутюнов К.Ю. Квантовые размерные эф- фекты в металлических наноструктурах // ДАН ВШ РАН. 2015. №3(28). – С. 7-16. 25. Арбузова Т.И., Наумов С.В., Арбузов В.Л. и др. Поверхностный магнетизм нанокристалличе- ского монооксида меди // ФТТ, 2003, том 45, вып. 2. – С. 290-295. 26. Никифоров В.Н., Игнатенко А.Н., Ирхин В.Ю. Влияние размеров и поверхности на магне- тизм наночастиц магнетита и маггемита // ЖЭТФ, 2017, Т.151, вып.2. – С. 356 – 363. 27. Kan-Dapaah K., Rahbar N. and Soboyejo W. Implantable magnetic nanocomposites for the localized treatment of breast cancer // J. Appl. Phys., 2014, Vol. 116. – P. 233505-1-11. 28. Юров В.М., Лауринас В.Ч., Гученко С.А. Толщина поверхностного слоя атомарно-гладких магнитных наноструктур // Нано- и микроси- стемная техника, 2019, №6. – С. 347-352. 29. Sloika M.I., Sheka D.D., Kravchuk V.P. et al. Geometry induced phase transitions in magnetic spher- ical shel // Journal of Magnetism and Magnetic Materi- als, 2017, Vol. 443. – P. 404–412. 30. Суздалев И.П. Магнитные фазовые пере- ходя в нанокластерах и наноструктурах // Россий- ские нанотехнологии, 2006, Том. 1, №1-2. – С. 46- 57. 31. Yang H., Hasegawa D., Takahashi M., Ogawa T. Facile Synthesis Phase Transfer, and Magnetic Prop- erties of Monodisperse Magnetite Nanocubes // IEEE Trans. Magn. 2008. V. 44. - P. 3895 – 3898.
  • 14.
    14 Znanstvena miseljournal №42/2020 TECHNICAL SCIENCES ЗАСТОСУВАННЯ ПРОБІОТИКІВ ТА ПРЕБІОТИКІВ У МОЛОЧНИХ НАПОЯХ Бондар М.М. Асистент кафедри харчових технології та мікробіології Вінницького національного аграрного університету, THE USE OF PROBIOTICS AND PREBIOTICS IN DAIRY DRINKS Bondar M. Assistant department of food technologies and microbiology Vinnitsa National Agrarian University, Анотація Стаття присвячена вивченню застосування пробіотиків та пребіотиків у молочних напоях. Особлива увага приділяється пробіотикам, які домінують у мікрофлорі кишечнику дорослих і дітей. Біфідобактерії регулюють якісний і кількісний склад нормальної мікрофлори кишечнику, що є важливим фактором захи- сту організму від різної кишкової інфекції. При спільному використанні підібраних консорціумів штамів мікроорганізмів кількість життєздатних клітин біфідобактерій підвищується в 3–4 рази і зростає антагоністична активність. Використання пребіо- тиків таких як: фруктози, лактулози та інуліну, як біостимулюючої складової молочних напоїв, підвищує активність, ріст і розвиток біфідобактерій. Правильний вибір пробіотиків та пребіотиків для виробництва молочних напоїв дозволяють отримати якість, що відповідає вимогам нормативних документів за органолеп- тичними і фізико-хімічними показниками. Abstract The article is devoted to the study of the use of probiotics and prebiotics in dairy drinks. Particular attention is paid to probiotics, which dominate the intestinal microflora of adults and children. Bifidobacteria regulate the qualitative and quantitative composition of the normal intestinal microflora, which is an important factor in protecting the body from various intestinal infections. When the selected consortia of strains of microorganisms are used together, the number of viable bifidobacterial cells increases 3–4 times and the antagonistic activity increases. The use of prebiotics such as fructose, lactulose and inulin, as a biostimulating component of dairy drinks, increases the activity, growth and development of bifidobacteria. The correct choice of probiotics and prebiotics for the production of dairy drinks allows to obtain a quality that meets the requirements of regulatory documents on organoleptic and physicochemical parameters. Ключові слова: продукти спеціального призначення, пробіотики, пребіотики, лактобактерії, біфідо- бактерії, фруктоза, лактулоза, інулін. Keywords: special purpose products, probiotics, prebiotics, lactobacilli, bifidobacteria, fructose, lactulose, inulin. Постановка проблеми. Позитивний вплив продуктів із застосуванням пробіотиків та пребіо- тиків у молочних напоях, фахівці пов’язують із на- явністю в них харчових добавок та живих мікроор- ганізмів, які здатні здійснювати біологічно значи- мий вплив на організм людини в цілому або на ок- ремі його органи та системи. Основними з них визнано: позитивний вплив на систему шлунково- кишкового тракту; позитивний вплив на безперерв- ний і саморегульований кругообіг речовин, який відбувається у організмі і супроводжується постій- ним самовідновленням, або інакше кажучи на мета- болізм; захист проти сполук, які характеризуються оксидантною активністю; позитивний вплив на сер- цево-судинну систему; позитивний вплив на стан кишкової мікрофлори; позитивний вплив на стан імунної системи і т.д. Аналіз останніх досліджень і публікацій. В Україні останніми роками ведуться наукові дослі- дження і дискусії стосовно застосуванням пробіо- тиків та пребіотиків у молочних напоях, фахівці пов’язують із наявністю в них харчових добавок та живих мікроорганізмів, які здатні здійснювати біо- логічно значимий вплив на організм людини в ці- лому або на окремі його органи та системи. Визна- чення проблем та перспектив розвитку такими вче- ними-дослідниками як Дидух Н.А., Чагаровский О.П., Могилянська Н.А., Скорченко Т.А., Поліщук Г.Є., Грек О.В., Соломон А.М. Дослідження проводились як стандартними, так і оригінальними методами дослідження, в тому числі мікробіологічними, біохімічними, фізико-хі- мічними та технологічними. Мета статті. Метою даної статті є виробниц- тво натурального молочного напою із застосування пробіотиків та пребіотиків у його складі, для задо- волення потреб населення та інших споживачів, для покращення роботи внутрішніх систем та органів. Результати досліджень. Продукти спеціального призначення отриму- ють за інноваційними технологіями і розглядають не тільки як джерела пластичних речовин і енергії, але і як складний не медикаментозний комплекс, який відповідає фізіологічним потребам організму
  • 15.
    Znanstvena misel journal№42/2020 15 людини і має яскраво виражені лікувальні, профі- лактичні або оздоровчі властивості. Важливою складовою ринку продуктів спеціального призна- чення є молочні продукти, які в Україні і країнах Європи становлять близько 65% від його загальної ємності. Більше 80% ринку молочних продуктів – спеціального призначення (МПСП) представлено продуктами з пробіотиками та пребіотиками, 8% – продуктами з БАД, близько 12% становлять інші продукти. Перша група МПСП найбільш динамічно розвивається і постійно поповнюється новими про- дуктами, оскільки на дисбактеріоз в Україні, за ста- тистичними даними, хворіє 65-75% населення [13]. Молочні продукти спеціального призначення Синій колір – продукти з пробіотиками та пребіотиками, 80%. Голубий колір – продукти з БАД, 8%. Зелений колір –інші молочні продукти ,12%. Необхідність розширення асортиментного ряду МПСП диктується сьогодні демографічною ситуацією в Україні (частина людей похилого віку в загальній структурі населення складає 20,5%, за прогнозами Інституту геронтології АМН України до 2050 року вона зросте до 38,1%), збільшиться кі- лькість людей з серцево-судинними захворюван- нями та цукровим діабет (до 24,5 і 3,8%, відпо- відно). Факт: кефір і йогурт практично повністю за- своюються організмом, а молоко – тільки на 31%. Після закінчення всього 3-4 тижнів регулярного їх вживання починає відновлюватися кишкова мікро- флора, процеси бродіння і гниття припиняються, поступово відновлюється робота ШКТ. Йогурт – найпопулярніший кисломолочний продукт у Європі. Ферментовані молочні продукти є основними постачальниками мікроорганізму про- біотиками, які сприяють підтримці і відновленню мікробної екології людини [14]. Пробіо́тики, еубіотики – живі мікроорганізми, які забезпечують корисну дію на організм спожи- вача, нормалізуючи склад та функції мікрофлори шлунково-кишкового тракту, найчастіше це біфідо- бактерії і лактобактерії, здатні проявляти антаго- нізм проти патогенних й умовно-патогенних мікро- бів. До культур пробіотиків, які забезпечують ко- рисну дію на організм споживача і нормалізують склад і функції мікрофлори шлунково-кишкового тракту, відносяться такі види лактобактерій та біфі- добактерій, як Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Bifidobacterium spp. (В. adolescentis, B. animalisssp. Lactis, B. bifidum, B. longum, B. breve). Ці мікроорганізми відіграють роль імунної си- стеми в слизовій оболонці кишечника. Вони не доз- воляють патогенам чи шкідливим мікроорганізмам рости і розвиватися. Пробіотики допомагають сти- мулювати шлункові соки і натуральні ферменти, необхідні для правильного травлення, зменшують кількість і виразність побічних ефектів антибіо- тиків, сприяють розщепленню солей жовчних кис- лот і нормалізації ліпідного обміну. Споживання кисломолочних продуктів, що містять пробіотики допомагає захистити організм від великої кількості захворювань [15]. Більшість пробіотиків-бактерій відноситься до двох родів: лактобактерії (лат. Lactobacillus) і біфідобактерії (лат. Bifidobacterium), а також багато інших видів бактерій-пробіотиків (непатогенні разновиди Е. coli, непатогенні різно- види Bacillus (B. subtilis), непатогенні різновиди Enterococcus (E. faecium, E. salivarius), молочнокис- лий стрептокок Str. thermophilus, дріжджеві гриби Saccharomyces boulardii). Кожен рід бактерій містить значну кількість видів, в кожного виду є різноманітні штами. Це важливо пам’ятати, тому що різні штами можуть бути по-різному корисними для різних ор- ганів нашого тіла. Наприклад, штам Shirota виду Lactobacillus casei підтримують імунну систему і допомагають просуванню їжі через кишечник, штам Bulgaricus виду Lactobacillus delbrueckii ко-
  • 16.
    16 Znanstvena miseljournal №42/2020 рисний для людей, не здатних перетравлювати лак- тозу, що міститься у молоці та молочних продук- тах. На сьогоднішній день широкому колу спожи- вачів доступні в достатньому асортименті пробіо- тичні продукти: кефір, простокваша, ряжанка, сир, йогурт, мацоні, айран, рікотта та інші кисломолочні продукти, а також фармацевтичні препарати і БАД (можуть бути у вигляді батончиків, пластівців, по- рошків, капсул та ін.). Вибираючи пробіотики, звертайте увагу на ви- робника. Чим довше компанія-виробник існує, тим більша вірогідність того, що її продукти проконтро- льовані, вивчені, для такої компанії буде мати зна- чення її репутація. Вивчайте етикетку. Чим більше інформації міститься на етикетці, тим краще. Виро- бник повинен гарантувати певну кількість мікроор- ганізмів в продукті до кінця терміну його придат- ності, і про це має бути зазначено на етикетці. Ба- гато виробників на етикетках пробіотиків не вказу- ють інформацію про те, які штами бактерій містить продукт. Якщо ви плануєте приймати пробіотики, зателефонуйте до компанії-виробника і з’ясуйте, які саме штами бактерій містить продукт і які до- слідження були проведені, щоб довести їхню ко- ристь для здоров’я [16]. Не забувайте про правильне зберігання ан- тибіотиків відповідно до умов, зазначених в ін- струкції чи на етикетці. Купуючи кисломолочний продукт в торговельній точці, необхідно обов’яз- ково перевіряти його кінцевий термін придатності, а також щоб пакування вибраного вами продукту не було пошкодженим чи відкритим, продукт має бути достатньо охолодженим (температура не вище +6 ºС). Це також речовини мікробного або немікроб- ного походження, які при природному способі вве- дення сприяють гомеостазу за рахунок нормалізації мікрофлори у організмі; засоби підтримки балансу кишкової мікрофлори на оптимальному рівні та її корекції [18]. Пробіотичні бактеріальні культури призначені допомогти організму відновити порушену флору кишечника. Їх рекомендують лікарі і дієтологи після курсу антибіотиків, або як частину лікування таких хвороб як кандидоз. Багато пробіотиків при- сутні в природних джерелах, наприклад Lactobacillus в йогурті чи кефірі та квашеній ка- пусті. Для пояснення причин використання пробіо- тиків слід уявляти, що здоровий організм має свою мікробну екосистему, відому як флора кишечника. Вона може бути виведена із рівноваги широким ря- дом обставин, зокрема використанням антибіотиків та інших ліків, надлишком алкоголю, стресом, хво- робами, отруйними речовинами та навіть викори- станням антибактеріального мила. У таких випад- ках корисні бактерії можуть бути знищені або значно зменшені у числі, що дозволяє шкідливим бактеріям вільно рости, здійснюючи шкідливий вплив на здоров'я людини [17]. Пробіотики містять потенційно корисні бак- терії або дріжджі, частіше за все молочнокислі бак- терії. Молочнокислі бактерії використовуються в харчовій промисловості протягом багатьох років, тому що вони можуть перетворювати цукор (зо- крема лактозу) та інші вуглеводи на молочну кис- лоту. Це не тільки забезпечує характерний кислий смак молочнокислих продуктів, таких як кефір, але і служить консервантом, знижуючи pH і створю- ючи менше можливостей для росту інших ор- ганізмів. Нове покоління пробіотиків має в основі гене- тично модифіковані (рекомбінантні) штами мікро- організмів із заданими властивостями. До основних груп пробіотиків відносять:  Пробіотики на основі живих мікроор- ганізмів;  Пробіотики на основі метаболітів або структурних компонентів представників нормаль- ної мікрофлори;  Пробіотики на основі сполук мікробного чи іншого походження, які стимулюють ріст і ак- тивність біфідобактерій і лактобацил – представ- ників нормальної мікрофлори;  Пробіотики на основі комплексу живих мікроорганізмів, їх структурних компонентів, мета- болітів у різних поєднаннях і сполуках, які стиму- люють ріст представників нормальної мікрофлори;  Пробіотики на основі генно-інженерних штамів мікроорганізмів, їх структурних компо- нентів і метаболітів із заданими характеристиками;  Пробіотичні продукти харчування на ос- нові живих мікроорганізмів, їх метаболітів, інших сполук мікробного, рослинного або тваринного по- ходження, здатних підтримувати й відновлювати здоров'я через корекцію мікробної екології ор- ганізму. Пробіотики повинні відповідати наступним вимогам:  позитивно впливати на організм господаря;  не викликати побічних ефектів при трива- лому застосуванні;  мати колонізаційний потенціал, тобто зберігатися у травному тракті до досягнення макси- мального позитивного ефекту (бути стійкими до низької рН, жовчних кислот, антимікробних суб- станцій, що продукуються патогенною мікрофло- рою);  мати стабільну клінічну ефективність. Пребіотичними харчовими компонентами гіпотетично можуть вважатися будь-які фізіологічно активні речовини, якщо вони відповідають певним вимогам наведених у таблиці 1.
  • 17.
    Znanstvena misel journal№42/2020 17 Пребіотичні харчові компоненти Обов’язкові вимоги Рекомендовані вимоги  відсутність гідролізу та адсорбції у верхніх відділах кишково-шлункового тракту  здатність вибірково піддаватися ферментації під впливом одного або обмеженої кількості потен- ційно корисних бактерій-коменсалів кишечнику, у яких спостерігається активізація метаболізму або прискорення росту  здатність зміщувати баланс кишково-шлункової мікробіоти у бік домінування корисної мікрофлори завдяки стимулюванню сахаролітичної та при- гнічення алкалофільної і аерофільної мікрофлори  здатність діставатися периферійних ділянок товстої кишки з огляду на їхню важливість в етіології захво- рювань кишково-шлункового тракту, а також онко- логічних Біфідобактерії є потужним захисним «щитом», що захищає від інфекційних та бактеріальних за- хворювань ШКТ. Сприяють нормальному трав- ленню і більш повному всмоктуванню корисних ре- човин, вітамінів і мінералів. Підсилюють кишкову перистальтику, сприяючи таким чином швидкому просуванню вмісту. Біфідобактерії – рід облігатно анаеробних грам-позитивних бактерій, які не утворюють спор і відрізняються гіллястою морфологією. Одна з най- більш важливих груп мікроорганізмів кишечнику, які домінують в анаеробної флори товстої кишки. Міжнародна молочна федерація називає біопродук- тами такі суміші, в яких міститься не менше 1 ∙ 106 біфідобактерій в 1 см3 . Біфідобактерії регулюють якісний і кількісний склад нормальної кишкової мікрофлори, стриму- ють зростання і перешкоджають розмноженню па- тогенної, гнильної і газоутворюючої мікрофлори, відновлюють пошкоджену структуру слизової обо- лонки кишечника. Поряд з іншими представниками нормальної кишкової мікрофлори біфідобактерії беруть участь у травленні і всмоктуванні, синтезі вітамінів групи В, вітаміну К, фолієвої та нікотино- вої кислот, сприяють синтезу незамінних амінокис- лот, кращому засвоєнню вітаміну D і солей каль- цію, стимулюють активність лізоциму і синтез іму- ноглобулінів, підвищуючи іммунозащітние функції організму. Це сахаролітичні бактерії товстого кишечника, є представниками нормальної мікрофлори кишеч- ника, кількісно складають більшу частину бактерій товстого кишечника. У дітей в 1 г фекалій міститься 1010 - 1011 біфідобактерій, у дорослих – 109 -1010 . Клі- тини біфідобактерій являють собою зігнуті пали- чки, поліморфні на кінцях (роздвоєні, потовщені), довжиною 2 – 5 мкм спори не утворюють. Біфідобактерії мають стійкість до жовчі та кис- лого середовища, тому потрапляючи до кишечника не гинуть, а починають розмножуватись. Потрапля- ють в організм людини з перших годин життя та мо- жуть становити до 80 – 90% бактерій кишечника новонародженого. Отримують енергію шляхом збродження олігоцукрів, зокрема тих, що містять у своєму складі фруктозу. Такі сполуки, які назива- ють фруктоолігоцукрами, не засвоюються ор- ганізмом людини, бо вона не має ферментів для їх розщеплення. Проходячи незмінними через тонкий кишечник, та потрапляючи до товстого ці сполуки є основною харчовою базою біфідобактерій. Для росту цих бактерій необхідна параамінобензойна та пантотенова кислота. Під час збродження цукрів біфідобактеріями, утворюється молочна та оцтова кислота, а також невелика кількість мурашиної кислоти. Внаслідок цього знижується рН у кишечнику та пригнічується розвиток патогенних бактерій, що можуть потрап- ляти сюди (Clostridium, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Candida albicans и Campylobacter JeJuni). Тому препарати, які містять живих біфідобактерій призначають при дисбактеріозах та лікуванні сильнодіючими ан- тибіотиками, для того щоб відновити нормальну мікрофлору кишечника. Також кислоти, що виро- бляються біфідобактеріями, зменшують всмокту- вання аміаку та амінів у кров, які можуть привести до підвищення артеріального тиску, рівня холесте- ролу та канцерогенних нітрозамінів. Крім того біфідобактерії синтезують вітаміни: тіамін, рибо- флавін, В6 та К, які можуть засвоюватись людиною. Сприятливий вплив цих мікроорганізмів на здоров'я людини обумовлюють наступні власти- вості біфідобактерій:  підтримують нормальний баланс кишкової мікрофлори;  продукують коротколанцюгові жирні кис- лоти (оцтову, молочну та мурашину), які знижують рН середовища і роблять його несприятливим для розвитку патогенних мікроорганізмів;  здатні виділяти продукти метаболізму, які безпосередньо інгібірують життєдіяльність пато- генних бактерій;  знижують концентрацію потенційно небез- печного аміаку й амінів у крові;  синтезують вітаміни групи К, В, амінокис- лоти та ферменти, які всмоктуються в товстому ки- шечнику;  стимулюють імунну атаку проти патоген- них мікроорганізмів, у тому числі й проти шкідли- вої кишкової мікрофлори;  проявляють протипухлинну активність;  підсилюють захисну здатність організму (завдяки стимулювання біфідобактеріями lg A-ан- титіл);  сприяють зниженню рівня холестерину в крові (за участю ферменту редуктази);  беруть активну участь у відновленні нор- мальної мікрофлори кишечника після терапії ан- тибіотиками;
  • 18.
    18 Znanstvena miseljournal №42/2020  застосування біфідобактерій разом з мо- лочними продуктами поліпшує їх засвоюваність особами, що не переносять лактозу (завдяки виділення біфідобактеріями Р-галактозидази, яка компенсує дефіцит цього ферменту в організмі лю- дини). Біфідобактерії синтезують вітаміни групи В (В1, В2, В12, фолієву кислоту), вітамін К, незамінні амінокислоти. Лактобактерії (Lactobacillus) – рід грам-пози- тивних факультативно анаеробних бактерій. Вони – велика частина молочно-кислих бактерій, групи, названої так за те, що більшість її членів перетво- рюють лактозу і інші цукри на молочну кислоту. Вони звичайні і звичайно непатогенні. У людини вони постійно присутні в піхві і травному тракті, де вони є симбіонтами і складають значну ча- стину флори кишечнику. Багато видів беруть участь в розкладанні залишків рослин. Вироб- ництво молочної кислоти робить їх оточення кис- лим, що перешкоджає росту деяких шкідливих бак- терій. Деякі різновиди Lactobacillus використову- ються в промисловості для виробництва кефіру, йо- гурту, сиру, солених овочів, маринадів та інших продуктів бродіння, наприклад силосу. Кислий хліб робиться використовуючи «стартову культуру», яка є симбіотичною культурою дріжджів і молочно- кислих бактерій, що росте на суміші води і бо- рошна. Корейська страва кімчі також робиться ви- користовуючи методи молочно-кислого бродіння. Багато Lactobacillus унікальні серед живих ор- ганізмів, оскільки вони не вимагають заліза для ро- сту і мають надзвичайно високу толерантність до перекису водню. Lactobacillus, особливо L. Casei і L. brevis, деякі з найзагальніших факторів псування пива. Геноми кількох видів роду секвеновані, що по- казує великий інтерес до цих бактерій. Багато Lactobacillus незвичайні ще в тому, що вони вико- ристовують гомоферментативний метаболізм (тобто, вони виробляють тільки молочну кислоту з цукру) і аеротолерантні, не зважаючи на повну від- сутність дихального ланцюга. Ця аеротолерант- ність залежить від марганця і була досліджена (і по- яснена) для Lactobacillus plantarum. Інколи пробіотики плутають з пребіотиками. Це не одне й те ж, хоча і ті і інші мають життєво важливе значення для здоров’я. Вони допомагають нашому організму покращити функції перетрав- лення їжі і зміцнюють імунну систему. Пребіотики – харчові добавки, які не перетрав- люються і є компонентами їжі, які вибірково стиму- люють ріст і розвиток, а також активність захисної мікрофлори кишечника людини і поліпшують тим самим здоров’я споживача. До пребіотиків в основному відносять різно- вид харчових волокон, які не розщеплюються у верхніх відділах шлунково-кишкового тракту через відсутність в ньому специфічних ензимів [1]. Пребіотики є типовим вуглеводом, який є ос- новою для пробіотиків. Корисна дія пребіотиків по- чинається безпосередньо в товстому кишечнику, де стимулюється ріст і активність корисних живих мікроорганізмів (пробіотиків), забезпечуючи їх стійкість і тим самим захищаючи організм від шкідливих речовин. Пробіотики і пребіотики мо- жуть споживатись окремо, але разом вони дають більш швидкий позитивний ефект. Термін «пребіотики» вперше ввів R.Gibson та використовується для визначення речовин або діє- тичних додатків, які не гідролізуються та не абсор- буються у тонкому кишечнику людини [2]. Вони є селективним субстратом одного або декількох ви- дів біфідобактерій та лактобацил (БЛ-флори) для стимуляції їхнього зростання і/або метаболічної ак- тивності, внаслідок чого поліпшується склад мікро- флори товстого відділу кишечника. Вони призначені для того, щоб стимулювати імунну систему, сприяючи розвитку корисних бак- терій в кишечнику, а також перешкоджаючи росту патогенних мікроорганізмів. Пребіотики переш- коджають утворенню закрепу і запальних захво- рювань кишечника, вони допомагають зменшити газоутворення і сприяють кишечному потоку, відновлюють нормальну мікрофлору кишечника, стимулюють синтез вітамінів групи В і К, а також допомагають поглинати деякі мінерали, наприклад, кальцій і магній. До пребіотиків відносяться моносахариди, олі- госахариди і полісахариди (олігофруктоза, інулін, галакто-олігосахариди, лактулоза, лактітол, панто- тенат кальцію, параамінобензойна кислота, харчові волокна (клітковина), целюлоза, екстракти водоро- стей, дріжджів, моркви, картоплі, кукурудзи, рису, кабака, часнику, сорбіт, ксиліт, ксилобіоза, рафі- ноза, пектини, хітозан, декстрин, глутамінова кис- лота, аргінін, валін, вітаміни А, Е, С, глутатіон, ка- ротиноїди, селен, ейкозапентаїнова кислота та ін.). Пребіотики містяться: — в продуктах харчування (максимальний вміст у свіжих молочних продуктах, кукурудзі, кру- пах, хлібі, цибулі, часнику, горосі, квасолі, неочи- щених злаках, аспарагусі, бананах, артишоці, в ін- ших фруктах і овочах); — в численних варіантах клітковини і висівок; — інулін (в топінамбурі, кульбабі, артишоку, корінні цикорію та ін.); — в фармацевтичних препаратах і БАДах. Лактулоза і лактоза позитивно впливають на формування здорової мікрофлори кишечника; іну- лін виводить з організму шлаки, зміцнює імунітет; целюлоза також виводить з організму шкідливі ре- човини і сприяє розмноженню корисних бактерій. Кожен, хто стикається з порушенням роботи кишечника, повинен розуміти різницю в пробіоти- ках і пребіотиках. З профілактичною метою краще приймати пребіотики і пробіотики природного по- ходження, з лікувальною метою (за наявності за- хворювань) – пробіотики і пребіотики у вигляді фармацевтичних препаратів і БАДів за рекомен- дацією лікаря. Фрукто́за (плодовий цукор), С6Н12О6 – ор- ганічна речовина – вуглевод із групи моносахаридів, що міститься в солодких пло-
  • 19.
    Znanstvena misel journal№42/2020 19 дах, мед; безбарвні кристали солодкого смаку (со- лодше сахарози в 1,5 разу і глюкози в 3 рази), t пл 102–104 °С; розчинна у воді. Шестиатомний кетоспирт. У формулах фруктози і глюкози показано ха- рактерне для цих моносахаридів відносне просто- рове положення атомів Н і групи ОН, які входять у вуглеводний ланцюжок. На відміну від глюкози, що служить універ- сальним джерелом енергії, фруктоза не погли- нається інсуліно-залежними тканинами. Вона майже повністю поглинається і метаболізується клітинами печінки. Практично ніякі інші клітини людського організму (крім сперматозоїдів і клітин печінки) не можуть використати фруктозу. У клітинах печінки фруктоза фосфорилює, а потім розщеплюється на тріози, які або використо- вуються для синтезу жирних кислот, що може при- зводити до ожиріння, а також до підвищення рівня тригліцеридів (що, у свою чергу, підвищує ризик атеросклерозу), або використовується для синтезу глікогену (частково також перетворюється на глю- козу в ході глюконеогенезу). Проте перетворення фруктози на глюкозу – складний багатоступінчастий процес, і здатність печінки переробляти фруктозу обмежена. Питання, чи варто включати фруктозу в раціон діабетиків, оскільки для її засвоєння не потрібно ін- суліну, інтенсивно досліджується останніми ро- ками. Хоча у здорової людини фруктоза майже не підвищує рівень глюкози в крові, у хворих діабетом фруктоза часто призводить до росту рівня глюкози. З іншого боку, за нестачі глюкози, в клітинах ор- ганізму діабетиків може спалюватися жир, призво- дячи до виснаження жирових запасів. В цьому випадку фруктоза, яка легко перетворюється на жир і не вимагає інсуліну, може використовуватися для їх відновлення. Перевага фруктози полягає в тому, що солод- кого смаку можна надати страві відносно невели- кими кількостями фруктози, оскільки при близькій до цукру калорійності (380 ккал/100 г) вона в 1,2- 1,8 рази солодша. Проте, як показують дослідження, споживачі фруктози не зменшують калорійності їжі, замість цього вони їдять солодші страви. Відтак частина фруктози перетворюється безпосередньо на жир; жирові запаси спалити набагато важче, ніж глю- козу. Нарешті, ситість визначається рівнем глюкози в клітинах. Та частина фруктози, яка перетво- рюється на жир, не впливає на відчуття ситості. Тому збільшення споживання фруктози зв'язують із епідемією ожиріння. Крім того, американські гастроентерологи вва- жають фруктозу винуватцем більш ніж третини випадків синдрому подразненого кишечнику. З іншого боку, фруктоза на 20-30 % знижує ри- зик розвитку карієсу і запальних процесів в порож- нині рота. Фруктоза прискорює переробку алкоголю. Прискорює також переробку продуктів неповного розпаду алкоголю в нешкідливі речовини. Для виявлення фруктози застосовують якісну пробу Селіванова. Молекула сахарози (харчового цукру) скла- дається з двох простих сахаридів: глюкози і фрук- този. У організмі сахароза розщеплюється на глю- козу і фруктозу. Тому за своєю дією сахароза еквівалентна суміші 50 % глюкози і 50 % фруктози. Фруктоза – натуральний замінник цукру, має досить високу солодкість – 1,5-1,7 до солодкості цукрози. Температура плавлення кристалічної фруктози – 104 °C. Фруктоза добре розчиняється у воді, її розчинність перевищує розчинність цукру. Фруктоза має доволі високу гігроскопічність: вже при відносній вологості повітря 45-50 % вона почи- нає сорбувати вологу. Калорійність фруктози ана- логічна до цукрози і становить близько 4 ккал/г. Фруктозу можна рекомендувати для харчування хворим на цукровий діабет, оскільки її засвоєння не супроводжується значним підвищенням цукру у крові [12]. Надмірне споживання фруктози небезпечніше для організму, ніж тієї ж кількості глюкози. Зо- крема, зловживання фруктозою більшою мірою сприяє розвитку серцевих захворювань і діабету. Лактулоза (4-О-β-галактопіранозил-D-фрук- тоза) – синтетичний дисахарид, що складається з молекули галактози і фруктози, зв'язаних за допо- могою β-1,4-зв'язку. Являє собою білий або майже білий кристалічний порошок солодкого смаку, без запаху. Окрім кристалічної форми випускають у ви- гляді сиропу, який використовується як замінник цукру. Оскільки лактулоза не зустрічається в природі, то в організмі людини відсутні ферменти, які здатні гідролізувати її до галактози і фруктози. Вна- слідок цього лактулоза проходить через шлунково- кишковий тракт в незмінному вигляді і доходить до товстої кишки де сприяє розмноженню мікроор- ганізмів (кишкової флори), які корисні для здоров'я людини особливо при запорах, дисбактеріозі та ін- ших захворюваннях кишечника. За рахунок бакте- ріального розщеплення лактулози на коротколан- цюгові жирні кислоти (молочна, оцтова, пропіо- нова, масляна) знижується рН середовища товстого кишечника, яке призводить до підвищення осмоти- чного тиску, затримання рідини в порожнині кишки та посилення її перистальтики [11]. Світовим лідером у виробництві лактулози і функціональних продуктів харчування, збагачених лактулозою, є японська корпорація Morinaga Milk Industry Co, яка ще в 60-х роках минулого століття проводила дослідження щодо дії лактулози на орга- нізм людини, що відкрило дорогу функціональному харчуванню й розвитку індустрії пребіотиків у всьому світі. Інулі́н (від лат. Inula – оман), (С6Н10О5)n – по- ширений в природі резервний полісахарид, поліцу- кридний ланцюжок якого складається переважно з залишків D-фруктози, з'єднаних між собою l,2-глю- козидними зв'язками. Молекула інуліну містить і невелику кількість залишків глюкози. Тобто, лан- цюжок складається із фруктозних ланок з кінцевою
  • 20.
    20 Znanstvena miseljournal №42/2020 глюкозою. Він не [1] засвоюється організмом лю- дини, але є необхідною для функціонування органів травлення баластною речовиною. З точки зору хар- чування, інулін належить до класу харчових воло- кон, відомих як фруктани / фруктозани. Молекулярна маса – 5 000-6 000. Білий кри- сталічний порошок, солодкий на смак, добре розчи- няється в гарячій воді. Ступінь полімеризації його становить зазвичай до 100 одиниць, здебільшого не вище 60. Інулін легко гідролізується при нагріванні з во- дою або в присутності органічних (оцтової, винної) і неорганічних кислот. При неповному гідролізі утворюється дисахарид інулібіоза (1-β-D-фрукто- фуранозил-D-фруктоза), при повному – фруктоза. Гідроліз інуліну відбувається також під дією відповідних ензимів – інулаз, або β-фруктофурано- зидаз. Якщо до водного розчину інуліну додати спирт, відбувається осадження полісахариду. Цю властивість використовують для отримання інуліну з рослинного матеріалу – спочатку його вилучають водою, а потім осаджують [3]. У природних умовах інулін накопичується як резервна речовина у кореневому цикорії, бульбах топінамбуру, жоржин, кок-сагизу, в коренях і стеб- лах гваюли, у ріпчастій цибулі, лопуху, бататі, ар- тишоку тощо, є в багатьох рослинах (складноцвітих, дзвоникових, лілійних, лобелієвих, фіалкових, деяких водоростях тощо), бактеріях Streptococcus mutans та інших. Добувають із цикорію і топінамбура (з мляної груші). Екстрагування теплою водою дає змогу ви- лучити практично всі розчинні та умовно розчинні вуглеводи з цикорію. Після очищення і висушу- вання його випускають у формі тонкодисперсного порошку. Розрізняють дві групи інуліну:  природний інулін із цикорію має в середнь- ому довжину ланцюжка близько 12 (ступінь полімеризації);  інулін високого очищення, отриманий із природного шляхом видалення коротколанцюго- вих молекул, внаслідок чого має ступінь полімери- зації 25. Вони можуть бути у порошкоподібному, роз- чинному й гранульованому стані. Вміст інуліну у нових вітчизняних сортах ко- реневого цикорію Уманський 90, Уманський 95, Уманський 96, Уманський 97, Уманський 99 сягає 13 – 16% [4]. Коріння лопуха містять 45, а бульби топінамбуру і жоржин – 50 % інуліну [7]. Вміст іну- ліну у рослинах у таблиці 2. Вміст інуліну у рослинах Назва рослини Частина рослини Вміст інуліну (до) Примітки Лопух великий (Arctium lappa L.) сухі корені 37—45% Топінамбур (Helianthus tuberosus) бульби 16—18% і більше Кульбаба лікарська (Taraxacum officinale) корінь 40% Оман високий (Inula helenium L.) корінь 44% Застосовують як замінник крохмалю і цукру при цукровому діабеті, в промисловості – для одер- жання фруктози. Похідні інуліну (естери, сульфати, продукти окиснення) застосовуються для лікування туберкульозу, гіпертонії, ліпемії. Багато публікацій, які підтверджують пробіо- тичну активність інуліну та олігофруктоз стосовно майже всіх видів пробіотичної мікрофлори за ви- нятком Eubacteria [5]. Внаслідок його гідролізу утворюється фруктоза, яка, крім стимулювання ро- сту та активності біфідо-лактофлори, підвищує всмоктування кальцію в товстому кишечнику, впливає на метаболізм ліпідів, зменшує ризик ате- росклеротичних змін у серцево-судинній системі та запобігає розвитку цукрового діабету [1]. В рослин- них тканинах інулін гідролізується під впливом іну- лази (інулінази), яку знайдено в рослинах, що містять інулін, пліснявих грибах, дріжджах [3]. Іну- лаза зазвичай активується при проростанні бульб і кореневищ. Через β (2,1) зв'язки, інулін не перетрав- люється ферментами травної системи людини, що визначає його функціональні властивості у харчу- ванні: зниження калорійності, харчові волокна і пребіотичні ефекти. Інулін має незначний вплив на сенсорні характеристики харчових продуктів. Олігофруктоза має 35% солодкості сахарози, і її підсолоджувальний профіль схожий на цукор. Стандартний інулін злегка солодкуватий. Розчин- ність інуліну вище, ніж в класичних харчових воло- кон. При ретельному змішуванні з рідиною, інулін утворює гель і білу кремову структуру, яка схожа на жир. Його тривимірна мережа гелю, що скла- дається з нерозчинних частинок субмікронного кристалічного інуліну, утримує велику кількість води, забезпечуючи його фізичну стабільність. Це може мати значення при поліпшенні стабільності пін і емульсій. Очищений інулін в країнах СНД практично не виробляється, що пов'язано з його нестабільністю при виробництві та великими витратами при очи- щенні та хімічному виробництві Ефективним шляхом нормалізації дисбалансу кишкової мікрофлори є створення синбіотиків (комплексу пробіотиків та пребіотиків) і виготов- лення продуктів на їх основі, що дасть можливість стимулювати розвиток власної мікрофлори кишеч- ника і підвищити захисні функції організму. На першому етапі роботи проведено дослі- дження впливу фруктози, лактулози і інуліну як бі- фідогенніх факторів на розвиток біфідобактерій. Роботу з визначення стимулюючої дії біфідобакте- рій на процес зброджування молока проводили, ви- користовуючи стерилізоване знежирене молоко, в
  • 21.
    Znanstvena misel journal№42/2020 21 яке вносили закваску в кількості 5,0% у вигляді консорціуму біфідобактерій з концентрацією 1-105 КУО/см3 . В якості контролю використовували сте- рилізоване знежирене молоко без біфідостімулято- рів, заквашений консорціумом біфідобактерій в тій же кількості. У стерилізоване знежирене молоко додавали від 0,1 до 0,5% фруктози. Отриману су- міш нагрівали до температури 40 °С, очищали, на- грівали до температури 65°С, гомогенизировали при тиску Р = (15±2) Мпа і для виключення впливу сторонньої мікрофлори стерилізували при темпера- турі (121±2) °С з витримкою (15±5) хв., охолоджу- вали до температури заквашування – (37±1) °С. За- лежність кількості життєздатних клітин біфідобак- терій в отриманих згустках від масової частки фру- ктози як Біфідостимулюючий фактор наведений на малюнку 1. Значне зростання кількості життєздатних клі- тин біфідобактерій, за думкою фахівців, можна по- яснити тим, що в процесі молочнокислого бродіння фруктоза є первинною ланкою в метаболізмі біфі- дофлори. Лактулоза є найбільш дослідженим пребі- отиків в світі. Відмінність лактулози від інших цу- крів полягає в тому, що вона не перетравлюється в верхній ділянці шлунково-кишкового тракту, а при- ходить в товсту кишку в незмінному вигляді, де служить стимулятором росту і розвитку власної бі- фідо-флори «господаря». У той же час лактулоза не може виступати в субстратом для патогенної мікро- флори, в тому числі кишкової палички і сальмо- нели. Кількістьжитьєздатнихклітинбіфідобактерій КУОсм3 Масова частина фруктози, % Малюнок 1. Залежність кількості життєздатних клітин біфідобактерій в кисломолочних згустках в залежності від масової частки фруктози: 1 – 0,1%; 2 – 0,2%; 3 – 0,3%; 4 – 0,4%; 5 – 0,5%. Для визначення оптимальної кількості лакту- лози у ферментованих кисломолочних продуктах, нами invitro проведені дослідження, які пов'язані з визначенням пребіотічніх властивостей лактулози при використанні консорціуму біфідобактерій (B. bifidum + B. longum + B. adolescentis). Спираючись на відомості з використання лак- тулози при виробництві молочних продуктів, лак- тулозу вносили в стерилізоване знежирене молоко в кількості, яка відповідала збільшенню концентра- ції лактулози в молоці від 0,1 до 0,6%. У підготов- лену суміш вносили 5,0% закваски у вигляді консо- рціуму біфідобактерій з концентрацією 1*105 КУО/см3 . Контролем служило стерилізоване зне- жирене молоко заквашене консорціумом біфідоба- ктерій без додавання лактулози. Технологічну під- готовку отриманої суміші до закваски і процес за- квашування проводили так само, як і з використан- ням біфідостімулятору фруктози. Залежність кількості життєздатних клітин біфідобактерій від масової частки лактулози в знежиреному молоці приведена на малюнку 2.
  • 22.
    22 Znanstvena miseljournal №42/2020 Кількістьжитьєздатнихклітинбіфі- добактерій КУОсм3 Масова частина лактулози, % Малюнок 2. Залежність кількості життєздатних клітин біфідобактерій в згустках від масової частки лактулози: 1 – контроль; 2 – 0,1%; 3 – 0,2%; 4 – 0,3%; 5 – 0,4%; 6 – 0,5%; 7 – 0,6%. Наведені дані свідчать, що для досягнення ефе- кту пробіотика досить внести 0,1% лактулози, і кі- лькість життєздатних клітин біфідобактерій в про- цесі ферментації протягом 6 годин, порівняно з ви- хідною кількістю 1*105 КУО/см3 збільшується до 6*109 КУО/см3 . Це свідчить, що кількість біфідоба- ктерій, яка утворюється в присутності 0,1% лакту- лози, здатна забезпечити ефект пробіотичного впливу на організм людини. Відомо, що поруч з пребіотічнім ефектом, який забезпечує лікувально- профілактичний вплив на стан мікрофлори кишеч- ника, лактулоза впливає також на функціонування печінки і нервової системи, тому вміст її в кисломо- лочних продуктах повинен складати не менше 0,6%. У роботі в якості біфідостімулятора викорис- таний також інулін у вигляді сухого водорозчин- ного концентрату топінамбура, у вуглеводний склад якого входить не менше 70% інуліну. Нава- жки концентрату топінамбура від 0,1 до 0,5% роз- чиняли в невеликій кількості стерилізованого зне- жиреного молока, нагрівали при постійному пере- мішуванні до температури (90±2) ºС, витримували протягом 5 хв., Охолоджували до температури (55±2) ºС і додавали до стерилізованої молочній ос- нові. Технологічну підготовку отриманої суміші до закваски і процес заквашування проводили так само і в тій же кількості, як і з використанням біфі- достімуляторов фруктози і лактулози. Залежність кількості життєздатних клітин біфідобактерій в отриманих згустках від масової частки інуліну, як Біфідостимулюючого фактора, наведені на малю- нку. 3. Кількістьжитьєздатнихклітинбі- фідобактерій КУОсм3 Масова частина інуліну, % Малюнок 3. Залежність кількості життєздатних клітин біфідобактерій в кисломолочних згустках в залежності від масової частки інуліну: 1 – контроль; 2 – 0,1%; 3 – 0,2%; 4 – 0,3%; 5 – 0,4%; 6 – 0,5%.
  • 23.
    Znanstvena misel journal№42/2020 23 При використанні в якості біфідостімулятора інуліну відбувається значне зростання кількості життєздатних клітин біфідобактерій, що можна по- яснити хімічним складом концентрату топінам- бура, вуглеводи якого представлені інулін, фрукто- зою і її похідними. В'язкість зразків, отриманих з використанням біфідостімуляторів, залишається майже незмінною протягом перших двох годин процесу заквашу- вання і кислотність зразків майже не змінюється. Особливо швидко відбувається наростання в'язко- сті в кінці процесу заквашування. Протягом шести годин процесу ферментації адаптованими культу- рами середнє значення в'язкості зразків з викорис- танням фруктози досягло 48 с, лактулози – 46 с, іну- ліну – 52 с, в той час як в'язкість контрольного зра- зка представляла тільки 41с. Визначення кількості життєздатних клітин біфідобактерій після шести годин зброджування в присутності біфідостімуля- торів показало, що всі отримані згустки мають ви- сокі властивості пробіотиків. Висновки. Таким чином можна зазначити, що для зростання і розвитку біфідобактерій найбільш сприятливим середовищем є активна кислотність в інтервалі рН 6,6...5,5. Процес ферментації знежире- ного молока супроводжується поступовим збіль- шенням титрованої кислотності і зниженням актив- ної кислотності за рахунок накопичення молочної та оцтової кислот, яке призводить до уповільнення наростання кількості життєздатних клітин біфідо- бактерій, які при досягненні стану гелеутворення (рН 4,6 ... 4,7), погано розвиваються. При використанні біфідостимуляторів – фрук- този, лактулози і інуліну не тільки збільшується кі- лькість життєздатних клітин біфідобактерій, але і значно впливають на в'язкість отриманих згустків, що сприятливо впливає на органолептичні власти- вості готового продукту. Таким чином, отриману композицію біфідобактерій зі стимуляторами акти- вності їх зростання і розвитку можна використову- вати для створення синбіотиків – комбінації пробі- отиків і пребіотиків, призначених для виготовлення продуктів функціональної спрямованості. Список літератури 1. Сирохман І.В. Завгородня В.М. Товаро- знавство харчових продуктів функціонального при- значення – Київ, 2009. – 544 с. 2. Біфідогенні властивості цикорію // Міжна- родний науково-практичний журнал «Товари і ринки», 2008. 3. Артамонов В.И. Зеленая лаборатория пла- неты. – Агропромиздат, 1987. – 143 с. 4. Гументик Н.Я. Підвищення продуктив- ності цикорію та зменшення втрат коренеплодів при збиранні: автореф. дис. на здобуття наук. сту- пеня канд. с.-г. наук: спец. 06.01.09 «Рослин- ництво» – Київ, 2004. – 20 с. 5. Hartemink R., Nout M.J.R., Rombouts F.M. Effects of fructooligosaccharides on the human intesti- nal flora // Wageningen, The Netherlands, 1994. 6. Hartemink R., Laere K.M.J. van, Rombouts F.M. Growth of enterobacteria on fructooligosaccha- rides // Journal of Applied Microbiology, №83, 1997. 7. Безусов А.Т., Пилипенко І.В., Средницька З.Ю. Вивчення ферментативних систем топінам- буру для отримання інуліноподібних речовин In Vitro // Наукові праці. Науковий журнал, № 36, 2009. 8. Молоко та молочні продукти. Настанови з відбирання проб: ДСТУ ISO 707:2002, ДСТУ ISO1211:2002, ДСТУ ISO1737:2002, ДСТУ ISO 7207:2002. [Чинний від 18 вересня 2002]. Київ: Держспоживстандарт України, 2004. 92 с. (Націо- нальні стандарти України). 9. Молоко-сировина коров’яче. Технічні умови: ДСТУ 3662:2018. Київ: Держспоживстан- дарт України, 2018.12 с. (Національні стандарти України). 10. Молоко та вершки сухі. Загальні технічні умови: ДСТУ 4273:2015. Київ: Держспоживстан- дарт України, 2003.15 с. (Національні стандарти України). 11. Молоко термічно оброблене. Визначення вмісту лактулози методом високоефективної рідин- ної хроматографії: ДСТУ ISO11868:2004. Київ: Держспоживстандарт України, 2006. 14 с. (Націо- нальні стандарти України). 12. Продукти кисломолочні низькофруктозні. Визначення вмісту фруктози: ТУ 10.5-00419880- 128:2015 Київ: Держспоживстандарт України, 2015. 12 с. (Національні стандарти України). 13. Капрельянц Л.В., Іоргачова К.Г. Функціо- нальні продукти: монографія. Одеса, 2003. 312 с. 14. Капрельянц Л.В., Петросьянц А.П. Ліку- вально-профілактичні властивості харчових про- дуктів та основи дієтології: підручник. Одеса, 2011. 269 с. 15. Рыженко С.А. К 100-летию начала иссле- дований пробиотиков И.И. Мечниковым [Элект- ронный ресурс]. http://www.sesobl.dp.ua/clients/sesdp.nsf/(NewsW)/4 6F655BCD787FBF7C22573C0002B4EF1 16. Белоусова Е.А. Всемирный конгресс по га- строэнтерологии // Фарматека, №1, 2006. 17. Феклисова Л.В., Шебекова В.М. Эффекти- вность «Пробифора» в комплексном лечении ОРВИ у детей // Новые лекарственные препараты, № 1, 2004. 18. Шендеров Б.А. Медицинская микробная экология и функциональное питание. Т. 3: Пробио- тики и функциональное питание. – Гранть, 2001. – 286 с.
  • 24.
    24 Znanstvena miseljournal №42/2020 НАСОС-ФОРСУНКА С КОЛЬЦЕВЫМ УПРАВЛЯЮЩИМ КЛАПАНОМ Габдрафиков Ф.З. доктор технических наук, профессор кафедры теплоэнергетики и физики ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» PUMP-SPRAYER WITH RING CONTROL VALVE Gabdrafikov F. Doktor of Technikal Scitnces, Professor of the Department of Heat and Power Engineer and Physics, Federal State Budgetaru Educational Institution of Higher Education ’’Bashkir State Agrarin University’’ Аннотация В статье приведены результаты исследований модернизации насос-форсунки дизеля с гидроприводом плунжера и с кольцевым управляющим клапаном. Приведена математическая модель функционирования кольцевого управляющего клапана и определены его конструктивные параметры, обеспечивающие быст- родействие насос-форсунки. Abstract The article presents the results of studies on the modernization of a diesel engine-injector with a hydraulic actuator of the plunger and with a circular control valve. A mathematical model of the deduction of the annular control valve is given and its design parameters are determined to ensure the speed of the pump-injector. Ключевые слова: насос-форсунка, кольцевой клапан, управляющий клапан, дизельный двигатель. Keywords: injector pump, ring valve, control valve, diesel engine. Введение Известные зарубежные фирмы- ведущие про- изводители топливных систем, такие как Lucas, Denso, Bosch и другие, разрабатывают системы с новыми вариантами топливоподачи, позволяющие обеспечивать максимальное давление впрыскива- ния до 200 МПА, отдавая приоритет системам с насос форсунками, [5,7,8,12]. В насос-форсунке скомпонованы в едином аг- регате и насосный (плунжер) и впрыскивающие (распылитель и его игла) элементы. Благодаря от- сутствию длинного топливопровода существенно повышается давление впрыскиваемого топлива (тонкости его распыливания). Проявление большого интереса к насос-фор- сункам обуславливается, прежде всего, в соответ- ствии тенденции совершенствовании системы топ- ливоподачи дизеля (повышение интенсивности и давления впрыскивания и соответствием их эколо- гическому требованию). Насос-форсунки имеют преимущества в высоком давлении впрыскивания, без подвпрысков и в возможности гибкого регули- рования топливоподачи, [3,9,10,11,13]. Совершенствование насос-форсунок идет в настоящее время по пути применения электромаг- нитных быстродействующих топливодозирующих клапанов, которые управляются электронным бло- ком, при неизменной или частичной модернизации классической секции насоса с механическим приво- дом плунжера, [3,13,16]. По данным зарубежных фирм Caterpillar, Bosch и Cummins, системы топливоподачи с насос- форсунками с гидроприводом и электронным управлением (HEUI- Hydraulically actuated Electron- ically controlled Unit Injection), являются весьма перспективными. Они сочетают в себе признаки раздельных и аккумуляторных систем. Система HEUI затрачивает, по сравнению с Common Rail (топливоподающего двигателя аккумуляторного типа) существенно меньше мощности на получение высокого интенсивного давления впрыскивания, [2,4,6,9]. Анализ опубликованных научных работ пока- зывает, что они в основном посвящены проблемам совершенствования системы управления насос- форсунками и диагностики, [13,14,15,16,17]. Применение в дизелях системы топливопо- дачи HEUI позволяет повысить экономичность, но имеет она пока достаточно низкую надежность в эксплуатации и существенно удорожает систему топливоподачи. Одним из конструктивных недостатков насос- форсунки HEUI является необходимость примене- ния управляющего клапана с большим проходным сечением и наличие возвратной пружины, обуслав- ливающий увеличение большого объема внутри- клапанной полости и, как следствие, влияющих на длительность времени срабатывания клапана и по- требляемого им тока. Целью и задачей исследования является мо- дернизация насос-форсунки для повышения каче- ства его работы с разработкой модели управляю- щего клапана на основе разрезного упругого кольца, позволяющего обеспечить быстродействие управления впрыскиванием топлива. Материалы и методы Нами был разработан метод модернизации насос-форсунки системы HEUI (со сложной систе- мой регулятора давления гидропривода плунжера) существенным упрощением управляющего клапан- ного узла. В качестве управляющего клапана было ис- пользовано разрезное кольцо, способное автономно
  • 25.
    Znanstvena misel journal№42/2020 25 функционировать за счет упругости и с возможно- стью электронного управления. На рисунке 1 представлена насос-форсунка с гидроприводом плунжера модернизированная с электронно-управляемым кольцевым клапаном. Насос форсунка функционирует следующим образом. Электронный блок управления в опреде- ленный момент подает ток на электромагнит 3 на основании входных сигналов от различных элек- тронных датчиков. Создается магнитная сила, при- тягивающая кольцевой клапан 2. В этот момент происходит соединение канала А с надпоршневой полостью В, свободная кромка клапана 2 перекры- вает сливной канал С при этом, перемещаясь до- полнительно по гнезду на величину 𝜋 ∙ ℎ (ℎ - вели- чина подъема клапана) по гнезду в корпусе 1. Рабо- чая жидкость (масло) под давлением поступает из насоса в верхнюю полость нагнетательного поршня 5. За счет давления поршня 5 с плунжером 6 пере- мещается вниз, обеспечивая под высоким давле- нием впрыскивание топлива. Рисунок 1. Усовершенствованная насос-форсунка электронно-управляемым кольцевым клапаном и с гидроприводом плунжера: 1 – корпус клапана; 2 – клапан кольцевой; 3 – электромагнит; 4 –клапан сливной; 5 –поршень нагнетательный; 6 – плунжер; 7 – пружина. Впрыскивание топлива завершается после вы- ключения тока с электронного блока управления. При этом за счет собственной упругости кольцевой клапан 2 возвращается в исходную позицию, соеди- няя полость В с каналом слива С перекрывая канал А. Нагнетательный поршень 5 под действием пру- жины 7 возвращается в исходное положение, а жид- кость уходит на слив. В гнезде кольцевой клапан 2 надежно удержи- вается закрепленной кромкой и за счет собственной упругости, остаточного давления жидкости, и мо- жет функционировать без электронного управле- ния за счет гидропривода. Важнейшим показателем быстродействия управляющего кольцевого клапана (из-за особенно- сти его конструкции для нашего случая), является ход (высота подъема) кольца ℎ (рисунок 2), в зоне уплотнения канала подвода жидкости в процессе заполнения внутриклапанной полости. Надежность работы и быстродействия гидро- привода плунжера насос-форсунки с кольцевым управляющим клапаном определяется герметично- стью (ходом) перекрытия свободной кромкой кольца сливного канала С, зависящая от хода кла- пана. В этой связи конструктивные размеры самого кольцевого клапана должны быть определены из условия полного перекрытия канала С его свобод- ной кромкой, т.е. её ходом равным 𝜋 ∙ ℎ. Поэтому весьма актуальным является установление опти-
  • 26.
    26 Znanstvena miseljournal №42/2020 мальных параметров кольцевого клапана, опреде- ляющих его ход ℎ. На рисунке 2 приведена модель функционирования кольцевого клапана. Обоснование конструктивных размеров и па- раметров кольцевого клапана проведем из условия баланса сил, действующих на него (рисунок 2): . .рад ст гp b D P P    (1) или 𝑐𝜎 = ∆𝑝𝑓𝑘 + 𝑄𝑝(𝑣1 − 𝑣2 𝑐𝑜𝑠𝛽) (2) где D, b –диаметр и ширина кольцевого кла- пана соответственно; Рст. – сила статического давления жидкости; Рг – гидродинамическая сила (реакция потока на клапан); кd – диаметр канала подвода жидкости; Q – секундный расход жидкости;  – плотность жидкости; P рад – радиальное давление кольцевого кла- пана на стенку гнезда; с – жесткость разрезного кольца; σ – разница диаметров кольца (до его разреза) и гнезда клапана; Δр =(p1 - р0) – перепад давления до (p1) и после (р0) клапана; 2 / 4k кf d  – площадь поперечного се- чения топливоподающего канала; ʋ1, ʋ2 – средние скорости жидкости перед кла- паном и в его щели; β –угол направления потока топлива (для слу- чая 𝐷 ≫ 𝑑 𝑘, допускается β=90°). Рисунок 2 Модель функционирования кольцевого клапана: ℎ- ход клапана; 𝑡- толщина кольцевого клапана; 𝑑0- расстояние между выемками гнезда (диаметр рабочей зоны клапана) 𝑟- радиус рабочей зоны клапана. Для относительно небольшого подъема кольца вполне допустимо, что между кольцом и гнездом клапана течение жидкости ламинарное и для рас- чета использовать известные уравнения сплошно- сти и энергии потока. [5] Для данного случая (когда зона действия по- тока жидкости определяется шириной кольца, диа- метром подводящего канала и расстоянием между выемками гнезда d0) течение жидкости можно до- пускать как между плоскими радиальными дис- ками, и рассматривать зону уплотнения кольца как круглый плоский клапан (т. е. заштрихованными участками пренебрегать f, рисунок 2). Для расчета давления и скорости жидкости при её ламинарном течении между плоскими дисками (зона уплотнения в данном случае между кольцом и гнездом клапана) используем уравнение Навье- Стокса. Уравнением движения жидкости будет мате- матическое выражение равновесия сил при условии их непрерывности, приложенных к элементу жид- кости и выражено может быть в векторной форме следующим образом:     1 grad div grad gradv p t           (3) Уравнение энергии выражается законом сохранения энергии:
  • 27.
    Znanstvena misel journal№42/2020 27     1 div grad T dФ T T t vc dt         (4) Уравнение сплошности – законом сохранения массы: div 0  (5) где t   – локальная составляющая ускорения (учитывает неустановившийся характер течения);  grad  – конвективная составляющая ускорения (учитывает перемещение частиц жидкости);  div gradv  – учитывает вязкость жидкости; 1 grad p  – учитывает давление; T t   – локальное изменение температуры жидкости;  T  – учитывает конвективный перенос тепла;  div gradT – учитывает переданную теплоту теплопроводностью; 1 dФ vc dt – учитывает выделенную теплоту внутренними источниками. В данном случае уравнение движения жидкости Навье-Стокса, для расчета давлений и скоростей, за- пишется тогда в цилиндрической системе координат: 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 1 r r r r r z r r r r r t r r z r p v r r rr r z r r                                                    (6) 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1z z z z r z z z r z p v t r r r r r zr r z                                        , (7) где , ,r z   – составляющие скорости движения жидкостей по радиусу, по уплотняющей окружно- сти поверхности кольца и по оси хода кольца. ρ, ν – плотность и кинематическая вязкость жидкости. Закон сохранения массы выражается уравнением сплошности (неразрывности) потока: 1 0r z r r r z r              (8) Учитывая, что вязкость и температура жидкости остаются постоянными, в расчетах уравнения энер- гии рассматривать не будем. Упростим уравнения движения (6 и 7) для рассматриваемого случая, приняв: 0z  (положение кольцевого клапана открытое); 0  (течение жидкости в рабочей зоне клапана только по радиусу); При constv  уравнения (6), (7) и (8) примут тогда следующий вид: 2 2 2 2 2 1 1r r r r r p v r r r rr z r                         (9) 0 p p z       (10) 0 0 r r r     (11) Граничные условия: 0z  , 0r  , 0z  , z h , 0  ,  ,r r z  .
  • 28.
    28 Znanstvena miseljournal №42/2020 Подставляя величину 2 r r   определяемой из уравнения (11), в уравнение (9) получаем исходное уравнение для определения давления жидкости и скорости между кольцом и гнездом в рабочей зоне кла- пана: 2 2 2 1 0r r rr r         (12) И кроме того, принимая, что r     значительно меньше 2 2 r v z       , и с учетом выражения (12) полу- чим уравнение (9) в следующем виде: 2 2 1 p v r z            (13) Интегрируя по z, находим: 2 1 2 1 2 p z C z C v r        (14) В рассматриваемом случае граничными условиями являются 0  при 0z  и z h . Для этих условий уравнение (14) будет:  21 2 p z hz r       (15) где µ - динамическая вязкость топлива. Расход поступающей жидкости в рабочей зоне кольцевого клапана определить можно с помощью следующего уравнения [1]: 2 срQ rh  , (16) где 0 1 h ср dz h    . Подставив из уравнения (15) значение  получим после интегрирования:   2 2 0 0 1 1 1 2 12 h h ср p h p dz z hz dz h r h r                (17) Подставив в уравнение (16) значения ср , получим другое выражение для расчета расхода жидкости: 3 6 rh dp Q dr     (18) Уравнение движения жидкости между плоскими дисками для бесконечно малой радиальной длины dr выглядит следующим образом: 3 6dp Q dr rh     (19) Интегрируя уравнение (19) по радиусу r, получим: 33 6 ln Q p r C h      (20) Постоянную интегрирования С3 и расход Q определим, используя следующие граничные условия: 0 0 k k p p при r r p p при r r        Отсюда 3 0 03 6 ln Q С p r h     (21) Подставив выражение (21) в уравнение (20), получим: 0 0 3 6 ln rQ p p rh     (22) При kr r 1p p уравнение (22) примет вид:
  • 29.
    Znanstvena misel journal№42/2020 29 0 1 0 3 6 ln k rQ p p rh     или ∆𝑝 = 6𝜇𝑄 𝜋ℎ3 𝑙𝑛 𝑑0 𝑑 𝑘 (23) Для данного случая расстояние между выемками гнезда кольца 0d определяется шириной кольца b , т.е. 0d b , тогда уравнение (23) примет следующий вид: ∆𝑝 = 6𝜇𝑄 𝜋ℎ3 𝑙𝑛 𝑏 𝑑 𝑘 (24) отсюда получаем уравнение расхода поступающей жидкости в рабочей зоне клапана: 𝑄 = ∆𝑝𝜋ℎ3 6𝜇𝑙𝑛 𝑏 𝑑 𝑘 (25) Распространение давления жидкости в рабочей зоне клапана определяем интегрированием выраже- ния (18), при 0r r 0p p : 0 0 3 6 ln rQ p rh    , (26) а при kr r 1p p , то, очевидно, rk 0 1 3 6 ln k rQ p rh    . (27) Закон распространения давления по радиусу зазора в рабочей зоне определяется по следующему вы- ражению [1]: 𝑝 = 𝛥𝑝 𝑙𝑛 𝑟ₒ 𝑟 𝑙𝑛 𝑟ₒ 𝑟ᵏ (28) Для расчета гидродинамической силы давления Pг, поднимающей кольцо, рассмотрим действующую элементарную силу на радиус рабочей зоны клапана на длину dr: 2гdP rpdr (29) Тогда на всю поверхность кольца клапана будет действовать сила: 0 0 2 r гP prdr  (30) Выражение (28) подставляем в (30) и находим интегрируя силу Рг:   0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 ln 2 2 2 2 ln ln ln ln ln ln ln ln r r r r r г k k k k r r rp p prP pr dr rdr r r dr r rdr rdr r r r rr r r r r r                      0 00 0 02 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 22 2 0 0 0 0 0 0 0 ln 1 ln lim ln lim lim ln ln 2 2 2 2 4 lim ln ln ln 2 4 2 4 2 4 r rr r r b b b bb b b rr r r b r r rdr rdr dr r b r r r r rb b r b r                                            2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 2 ln ln 2 2 4 ln 2ln г k k r r r prp P r r r r r r           , (31) или 𝑃г = 𝜋∆𝑝𝑑0 2 8𝑙𝑛 𝑑0 𝑑 𝑘 (32) Тогда подставив выражение (32) в уравнение (1) запишем в следующем виде: 𝑐𝜎 = ∆𝑝 𝜋𝑑 𝑘 2 4 + 𝜋𝑝𝑑0 2 8𝑙𝑛 𝑑0 𝑑 𝑘 = 𝜋 8 ∆𝑝 (2𝑑 𝑘 2 + 𝑑0 2 𝑙𝑛 𝑑0 𝑑 𝑘 ) (33)
  • 30.
    30 Znanstvena miseljournal №42/2020 Если учесть, что 0d определяется шириной кольца, т.е. 0d b и подставить вместо ∆р из выражения (28) его значение, то уравнение (33) принимает следующей вид: 2 2 3 3 2 ln 4 k k Q b с b d dh          (34) Отсюда находим ход клапана: 2 2 3 3 2 ln 4 k k b Q b d d h c         (35) Жесткость кольца находится из соотношения баланса сил (1) и (2): радс p bD  (36) и после подстановки вместо радp его значения для кольца с эксцентричными поверхностями (кривые брусья переменного сечения), выглядит следующим образом: 3 3 2 3 Et b с D  (37) Из выражения (35) и (36) вытекает, что на ход кольцевого клапана влияют расход топлива Q , диаметр канала kd , ширина b , диаметр D и жесткость кольца c. Подставив значение жесткости кольцевого клапана (37) в выражение (35), получим следующее выра- жение для нахождения хода кольцевого клапана: 2 3 9 2 ln 2 k k d b Q b b dD h t E         (38). С применением выражения (38) были прове- дены нами расчеты с целью установления опти- мальных параметров и размеров клапана. Как пере- менные величины приняты были жесткость кольца (включает диаметр, толщину клапана и её ширину) и диаметр канала подвода жидкости. По конструк- тивным соображениям граничные условия при этом были определены по монтажными и габарит- ными размерами. Для проведения расчетов разра- ботаны были специальные блок-схемы (рисунок 3,4). Рисунок 3. Блок-схема программы расчета хода кольцевого клапана
  • 31.
    Znanstvena misel journal№42/2020 31 Рисунок 4. Блок-схема программы расчета оптимальных параметров и размеров кольцевого клапана Для экспериментальных исследований хода кольцевого клапана было предварительно изготовлено устройство специальное, со сменными различными гнездами кольца и датчиком перемещения (рисунок 5). Рисунок 5 Устройство для экспериментальная исследования хода кольцевого клапана: 1 – корпус; 2 – гнездо кольцевого клапана; 3 – кольцевой клапан; 4 – пружина; 5 – стержень датчика; 6 – корпус датчика; 7 – обмотка; 8 – сопротивления; 9 – корпус обмотки; 10 – крышка (экран); 11 – штифт; 12 – нагнетающий канал; 13 – штуцер. Результаты исследований Результаты исследований подтвердили в це- лом согласованность расчетных и эксперименталь- ных данных (рисунок 6). С уменьшением толщины и увеличением диаметра кольца (т.е. с уменьше- нием его жесткости) ход клапана повышался. Расхождение расчетных и экспериментальных данных наблюдалось вначале по ширине кольце- вого клапана. Объясняется это тем, что эксперимен- тальные исследования проводились с изменением ширины клапана, но при одинаковом расстоянии
  • 32.
    32 Znanstvena miseljournal №42/2020 между выемками гнезда (т.е. не учитывая, что ос- новной поток жидкости проходит по кратчайшему расстоянию). В связи с этим характер влияния ши- рины b кольца определялся расстоянием между вы- точками гнезда в рабочей зоне клапана. Дальнейшие исследования при соблюдении условия, одинакового изменения ширины кольца и расстоянии между выемками гнезда, подтвердили согласованность экспериментальных и расчетных данных и по параметрам ширины клапана (рисунок 6 кривые 1 и 2). В случае, когда условие, принятое при теоре- тическом анализе 𝑑0=b выдерживалось, ход кольца возрастал с увеличением ширины. С увеличением диаметра канала подвода жид- кости dk ход кольцевого клапана также возрастал (из-за увеличения площади рабочей зоны кольца, воспринимающей гидродинамическую силу давле- ния жидкости). Из полученных данных (рисунок 6) следует, что наибольший ход (0,14 мм) достигает при кла- пане диаметром кольца 20 мм, шириной 12 мм, тол- щиной 0,46 мм и канале диаметром 3 мм. Рисунок 6 Зависимости хода кольцевого клапана от толщины (а), диаметра кольца (б), ширины (в) и диаметра подводящего канала (г): 1 – экспериментальные, 2 – расчетные. На рисунке 7 приведены зависимости экспери- ментальные (сплошные кривые) и им соответству- ющие расчетные (штриховые) хода кольцевого кла- пана при различных цикловых подачах жидкости (топлива). Рисунок 7 Зависимости хода клапана от частоты вращения вала при различных цикловых подачах (gц) жидкости (экспериментальные (сплошные) и расчетные (штриховые)). Как видно, существенного расхождения экспе- риментальных и расчетных данных не наблюда- ется, особенно на высоких частотах вращения вала и больших подачах. С указанными размерами был изготовлен кольцевой клапан и установлен в насос-форсунку с возможностью электронного управления его хода.
  • 33.
    Znanstvena misel journal№42/2020 33 Диаметры наружного и внутреннего кольца до раз- реза составили 20 мм и 19,3 мм, а эксцентриситет между поверхностями составил 0,11мм. При вышеуказанном методе модернизации насос-форсунки с применением кольцевого управ- ляющего клапана с электронным управлением (с оптимальными параметрами кольца) достигается получения нового технического эффекта – сокра- щение времени срабатывания клапана управления. Достигается это тем, что свободная кромка разрез- ного упругого кольца, как механический мульти- пликатор перекрывает сливной канал в π раз быст- рее хода клапана при его подъеме от давления по- тока жидкости или сигнала при включенном элек- тромагните. Кольцевой клапан одновременно выполняет роль пружины для возврата в исходное положение, максимально упрощая конструкцию. Выводы Разработан метод модернизации насос-фор- сунки с гидроприводом плунжера системы HEUI на основе использования в качестве управляющего клапана, разрезного упругого кольца. Модернизированная насос-форсунка отлича- ется от существующей тем, что вместо управляю- щего свободно плавающего клапана (шарика) или подвижного тарельчатого с пружинами в клапан- ном узле устанавливается управляющий клапан в виде разрезного упругого кольца, один конец кото- рого закреплен жёстко, а другой с возможностью перекрытия сливного канала жидкости при вклю- ченном электромагните (установленном с зазором внутри кольца) или (при его отсутствии или неис- правности) от хода клапана за счет давления пода- ваемой жидкости. Несмотря на отработанную нами технологию изготовления эти клапаны пока еще не полностью исследованы и поэтому окончательно не доработаны. Разработана модель функционирования управ- ляющего кольцевого клапана насос-форсунки. Получено новое математическое выражение для расчета хода клапана в зависимости от кон- структивных параметров кольцевого клапана. Установлены оптимальные размеры управля- ющего кольцевого клапана (диаметр 20 мм, ширина кольца 12 мм, толщина 0,46 мм, диаметр канала подвода управляющей жидкости 3 мм) насос-фор- сунки, влияющие на качество работы. Модернизированная насос-форсунка позво- ляет получить новый технический эффект – умень- шение времени срабатывания клапана управления за счет обеспечения быстродействия перекрытия канала слива в 3.14 раз, как механический мульти- пликатор, и, как следствие, повышение быстродей- ствия системы и качества впрыскивания топлива в широком диапазоне работы дизеля. Список литературы 1. Башта Т.М. Машиностроительная гидрав- лика. – 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1971. – 672 с. 2. THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY OF A HYDRAULICALLY ACTUATED DIESEL PUMP-INJECTOR UNIT WITH ELECTRONICALLY CONTROLLED RING VALVE. Gabdrafikov F.Z., Abrarov M.A., Shamukaev S.B., Aysuvakov I.N., Kharisov D.D., Makhiyanov U.A., Yu- khin D.P FME transactions. 2019. Т. 47. №3. С. 576-584. 3. Dexing Qian, Ridong Liao, Jianhua Xiang, Baigang Sun and Shangyong Wang (2016) Fluid-Structure Interaction Analysis on the Perfor- mance of the High-Pressure Fuel Pump for Diesel En- gines. ASME 2016 International Mechanical Engineer- ing Congress and Exposition. Phoenix, Arizona, USA, , 2016 4. Miloljub S. Štavljanin. Mathematical model- ing and identification of the mathematical model pa- rameters of diesel fuel injection systems, pp. 421-441. VOJNOTEHNIČKI GLASNIK / MILITARY TECHNICAL COURIER, 2017., Vol. 65, Issue 2 5. Габдрафиков Ф.З. Повышение экономич- ности и надежности дизельного двигателя путем стабилизации параметров топливоподачи [Текст] / Автоматизация и современные технологии // Ф.З. Габдрафиков, 2004, №9. С.36-38 6. Габдрафиков Ф.З.Энергосберегающая си- стема предпусковой тепловой подготовки двига- теля [Текст] /Ф.З. Габдрафиков,У.С. Галиакберов// Сельский механизатор,2017,№5. С.30-31 7. Габдрафиков Ф.З. Модернизированная насос-форсунка с электронно-управляемым коль- цевым клапаном [Текст] / Ф.З. Габдрафиков, М.А. Абраров // Механизация и электрификация сель- ского хозяйства, 2010, №6. С.21-22 8. Габдрафиков Ф.З.Топливный насос с повы- шенной интенсивностью впрыскивания [Текст]/ Ф.З.Габдрафиков, Ф.А.Шарифуллин// Техника в сельском хозяйстве,2012, №3.С.25-26 9. Грехов Л.В. Топливные аппаратуры и си- стемы управлений дизелем. [Текст] /Л.В. Грехов, Н.А. Иващенко, В.А. Марков. М.: Изд-во «Легион – Автодата», 2005. 344 с. 10. Салыкин Е.А. Скоростное форсирование топливного насоса в системах топливоподачи ма- лых дизелей. [Текст]/ Е.А. Салыкин, Д.С. Березю- ков, В.И. Липилин и др. // Известия ВолгГТУ, г. Волгоград, 2011. – с. 19-21. 11. Мальчук В.И. Совершенствование энерге- тического баланса разделенных топливных систем дизелей в условиях форсирования топливоподачи по давлению вспрыскивания. [Текст] / В.И. Маль- чук, С.Д. Скороделов, Г.Л. Киньонес // Вестник МАДИ (ГТУ), 2008. вып. 3(14). – с. 55 – 60. 12. E.A.SalykinV.I.LipilinA.A.Skorobogatov.Me thod of Fuel Injection in Small Diesel Engines Author links open overlay panel, Procedia Engineering, Vol- ume 206, 2017, Pages 1552-1557 13. Peng Liu, Liyun Fan, Qaisar Hayat, De Xu, XiuzhenMa, and Enzhe Song. Research on key factors and their interaction effects of electromagnetic force of high-speed solenoid valve. Hindawi Publishing Corpo- ration. The Scientific World Journal. Volume 2014, Ar- ticle ID 567242, 13 pages
  • 34.
    34 Znanstvena miseljournal №42/2020 14. S.N. Krivtsov, I.V. Yakimov, S.P. Ozornin. Numerical analysis and experimental studies on sole- noid common rail diesel injector with worn control valve. IOP Conf. Series: Materials Science and Engi- neering 327 (2018) 042057 15. Wenfu Sun and Xiaoqin Mo. Simulation of Solenoid Valve Characteristics of Electronically Con- trolled Fuel System for Diesel Engine. IOP Conf. Se- ries: Materials Science and Engineering 381 (2018) 012065 16. Lara Gudiño, Omar Santiago Chamorro Yandun, Esteban Ramiro Modelación y simulación de los inyectores HEUI de un motor Cat C7. MODELACIÓN Y SIMULACIÓN;INYECTORES HEUI DE UN MOTOR CAT C7. 23-feb-2018. http://repositorio.utn.edu.ec/handle/123456789/7984 17. Zhu, X., Limbu, S., Cung, K., De Ojeda, W. et al., "HEUI Injector Modeling and ROI Experiments for High Injection Pressure of Diesel and Dimethyl Ether (DME)," SAE Technical Paper 2016-01-0855, 2016, https://doi.org/10.4271/2016-01-0855. WAYS TO IMPROVE THE PROCESS OF DESIGNING PROTECTIVE CLOTHING FOR SURGEONS Zhdanova O. Ph.D., Associate Professor Omelchenko G. Ph.D., Associate Professor, Kyiv National University of Technologies and Design Kyiv, Ukraine Abstract The article deals with improving ergonomics and barrier efficiency of medical clothing by improving its design process in the context of Ukrainian industrial enterprises. The results of the analysis of qualitative charac- teristics of medical clothing used by surgeons during operations have been presented. In order to create more sophisticated clothing for surgeons, it has been suggested to apply a comprehensive approach to the formation of consumer requirements on a “general to individual” basis at the stage of pre-design studies. The application of the proposed approach in the requirements development to create surgical coats with improved protective properties has been described. Keywords: protective clothing, medical clothing, clothing requirements, surgical coat, clothing design, ergo- nomic design. Medicine is a practical activity that is related to the elimination of pathological processes in the human body and to the health improvement through the use of modern treatments and medical technologies. One of these is surgery. It is undeniable that surgery refers to clean technologies that are carried out in clean rooms with regulated levels of concentration of biological mi- croorganisms and particles in the air [1-3]. Therefore, the main task is to ensure the simultaneous protection of the patient's body and the surgeon from the products of vital activity, individual micro-flora, biological ma- terial and pathogenic bacteria. It is well known that such barrier functions must be performed by personal protective means, which includes special clothing. Along with the barrier function, the surgeon's clothing must provide a comfortable micro-climate in the under- wear area, creating the most favorable conditions for his professional activity. The barrier effectiveness of surgical coats has been highlighted in the works of leading scientists such as W. Beck, H. Laufman, R. Nichols, and others [4-6]. The main principles and approaches to the design of protective clothing of various functional directions, in- cluding ones with barrier properties, are outlined in the works of M.P. Bereznenko, S.M. Bereznenko, N.P. Su- prun, V.I. Vlasenko, M.V. Kolosnichenko, N.V. Osta- penko, G.V. Shchutskaya and others [7-9]. However, the issue of creating effective protection for medical staff in surgical wards is still relevant. Therefore, designing protective medical barrier clothing for surgery staff to meet conflicting require- ments is a complex and responsible task that requires a comprehensive approach to design and scientifically validated parameterization. The purpose of this work is to improve the process of designing barrier clothing for surgeons with pre- dicted reliability and ergonomics. The object of the study is the process of designing protective barrier clothing with improved quality. The subject of the study is the process of designing surgical coats. Medical staff treat their patients, but they them- selves fall victims to many harmful and dangerous fac- tors. Strenuous work, interaction with patients, danger- ous biological and chemical substances, etc., have a negative impact on the health of physicians [10, 11]. But it should be noted that it is the surgeons who di- rectly carry out surgical interventions in the patient's body, that leads to the patient’s anatomical violation, separation, movement and connection of the integrity of the soft tissues and organs. This is accompanied by excessive discharge of biological fluid and contamina- tion of the patient's special clothing and gloves with the patient’s biological material. Surgeons need the most effective barrier protection, therefore, their working conditions have been considered in more detail (Fig. 1).
  • 35.
    Znanstvena misel journal№42/2020 35 Fig. 1. Surgeon's working zone Analyzing the means of individual protection that surgeons use during the operation, it has been estab- lished that they include helmets, masks, gloves, shoe covers and special clothing, which consists of a surgical suit and a medical coat (Fig. 1). In order to establish the real state of providing sur- geons of state medical institutions with special cloth- ing, a questionnaire has been conducted. The survey has been conducted among medical staff in the surgical departments of Ivano-Frankivsk, Kirovograd, Kyiv re- gions and regional centers of Ukraine. The survey has been attended by more than 250 medical professionals of surgeries. As a result of the survey, it has been found that most often (90% of respondents responded posi- tively (Figs. 2, 3)) in reductive surgery coats made of cotton or mixed fabrics are used in public medical in- stitutions; 83% of respondents found the main disad- vantage of reusable medical coats — penetration of the patient's biological fluid into the underarm space and contamination of the inner layers of the surgeon's cloth- ing package. To protect against penetration of the pa- tient's biological material into the surgeon's dressing area the physicians additionally use an apron of hospital sheeting (confirmed by 29% of respondents), of which 50% of respondents mentioned the inconvenience of using this additional protection; 80% of respondents noted an increase in sweating while using surgical clothing made of mixed and artificial fabrics; 85% of respondents indicated that they had experience in using disposable surgical coats, of which almost 100% indi- cated discomfort after the first hour of operation (ex- cessive sweating and fever in the underarm area). It should be noted that the renewal of reusable surgical clothing is carried out on the assumption of unfit for use (mechanical destruction of the material). Fig. 2. Diagram of the distribution of the use of surgical coats Fig. 3. Diagram of the major, indicated by surgeons, disadvantages of reusable medical coats and the use of ad- ditional protection (aprons)
  • 36.
    36 Znanstvena miseljournal №42/2020 Therefore, according to the survey, for the workers of the surgical departments of Ukrainian state healthcare institutions reusable medical clothing from cotton and mixed fabrics are bought. Improvement of the barrier properties is ensured by the use of additional protective clothing items (over-sleeves and aprons). According to a survey of operating unit health practitioners regarding the compliance of medical clothing with consumer requirements, it can be con- cluded that such clothing is not perfect in terms of hy- giene and functionality because it has low protective properties in certain areas and locations of threaded joints of parts. During the analysis of the manufacturing process of such clothing on the assumption of industrial enter- prises of mass production, it has been found out that Ukrainian manufacturers of medical clothing use out- dated approaches in its design, when the stage of pre- design studies hidden consumer requirements are not set and not taken into account [12] and there is no stage of design development — concepts of creating more so- phisticated types of clothing [13]. Taking into account all the above, it has been pro- posed to structure the consumer requirements for med- ical clothing and to design a comprehensive approach based on the principle “from general to individual”, which is formalized in the form shown in Fig. 4. Using the proposed principle, the requirements for the design of reusable surgical coats have been devel- oped. Fig. 4. Structuring the requirements according to the principle “from general to individual” To establish specific requirements (Fig. 4) for the design of surgical coats, an ergonomic scheme of interaction of elements of the patient — surgeon — environment system has been developed (Fig. 5). Fig. 5. Ergonomic scheme of the patient — surgeon — environment: 1 — the area of the greatest contamination with the patient’s biological materials; 2 — the area of the greatest distance of the respiratory tract of surgeons to the air zone with the most concen- trated bacterial contamination; 3 — distribution zone of surgeons’ micro flora
  • 37.
    Znanstvena misel journal№42/2020 37 In accordance with the developed ergonomic scheme (Fig. 5) and the structural diagram of the sections of the surgical coat (Fig. 6), which face the most dangerous factors, requirements for certain areas of medical coats that are related to the specifics of the surgeons' work have been established. Fig. 6. Interaction of elements “surgeon — protective barrier clothing — environment in the area of the highest contamination”: 1 — the surgeon’s body; 2— a layer of underwear; 3 — layer of surgical suit; 4 — a layer of a surgical coat; 5— the patient’s body; 6 — sweating and the surgeon’s micro flora; 7-— the patient’s micro flora; 8 — the patient’s biological material. As a result of the study, a complete set of require- ments has been formulated according to which a surgi- cal coat should:  provide resistance to penetration of the pa- tient's biological material in the areas closest to the sur- geon's working zone (front of the coats and lower sleeves from the elbow to the wrists);  ensure sterility of the back in the body’s posi- tion when the arms are extended forward (the position in which the surgeon is most often during the opera- tion);  provide sufficient hygroscopicity and vapor permeability to remove vital products (sweat and heat) from the underarm space;  provide barrier properties for aseptic sub- stances and “surgical” infection to contact with the sur- geon's skin;  have a rational number of clasps and retainers that should not complicate the process of preparing the surgeon for surgery;  retain the original properties after a set number of purification and sterilization cycles;  eliminate the syndrome of flushing blood col- ors. To summarize, one of the ways to obtain high quality medical clothing is to improve the process of its design through a comprehensive approach to the estab- lishment of production and consumer requirements, taking into account the specifics of its use. In accord- ance with this approach, it has been proposed to struc- ture consumer requirements for medical clothing using a comprehensive approach from the principle of “gen- eral to individual”. Using the proposed principle, a number of ergonomic studies have been conducted and consumer requirements for surgical coats have been de- veloped taking into account the specifics of the work of medical staff and their individual characteristics. The developed requirements will allow to obtain in the fu- ture a number of effective solutions, the implementa- tion of which in industrial production will allow to pro- duce high-quality competitive products. References 1. Xirurgiya [Surgery] (2010): pidruchny`k / B.P. Ly`senko, V.D. Shejko, S.D. Ximich ta in.; za red. B.P. Ly`senka, V.D. Shejka, S.D. Ximicha. K.: VSV “Medy`cy`na”, 712 s. 2. Dmitrieva Z.V., Koshelev A.A., Teplova A.I. (2001) Hirurgiya s osnovami reanimatalogii. [Surgery with the basics of resuscitation] Obschaya hirurgiya. Sankt-Peterburg: Paritet, 572 s. 3. Gorbashko A.I., Lisitsin A.S., Vinnik L.F. (2005) Hirurgiya [Surgery]. M.: GEOTAR-Media. 608s. 4. Bernard H.R. and Beck W.C. (1975) Operat- ing room barriers: idealism, practicality, and the future. Bulletin of the American College of Surgeons. Vol. 60, No 9. P. 16. 5. Laufman H., Montefusco C., Siegal J.D., Ed- berg S.C. (1980) Scanning electron microscopy of moist bacterial strike-through of surgical materials. Surg Gynecol Obstet. Vol. 150, No 2. P. 165–170.
  • 38.
    38 Znanstvena miseljournal №42/2020 6. Smith J.C. and Nichols R.J. Barrier efficacy of surgical gowns. Arch Sur. 1991. Vol. 126, No 6. P. 756–763. 7. Bereznenko M.P., Fedotkin I.M., Bereznenko S.M., Yanczalovs`ky`j O.J. (2013) Rol` odyagu yak faktora ozdorovchogo xarakteru. [The clothing role like a factor of a healthier character.] Visny`k Xmel`ny`cz`kogo nacional`nogo universy`tetu. Texnichni nauky`. No 3. S. 16–19. 8. Suprun N.P. (2017) Osnovni aspekty` rozrobky` suchasnogo shpy`tal`nogo odyagu. [The main aspects of the designing of modern hospital cloth- ing] Visny`k Ky`yivs`kogo nacional`nogo uni- versy`tetu texnologij ta dy`zajnu. No 4 (112). C. 124– 129. 9. Kolosnichenko M.V., Ostapenko N.V. (2008) Proektuvannya special`nogo odyagu: Normaty`vni vy`mogy` do special`nogo zaxy`snogo odyagu [Design of special clothing: Regulatory requirements for special protective clothing]: metod. Posib. K.: KNUT, 128 s. 10. Korolyuk A.M. (1998) Tak pobedim?! (vzglyad mikrobiologa na problemu hirurgicheskoy infektsii) [So will we win?! (view of the microbiologist on the problem of surgical infection)]. Vestnik hirurgii. T. 157, No 5. S.148–151. 11. Memon A.G., Naeem Z., Zaman A. And Zahid F. Occupational health related concerns among sur- geons. Int J Health Sci (Qassim). 2016. Vol. 10, No 2. P. 279– 291. 12. Donchenko S.V. (2018) Zastosuvannya suchasny`x dy`zajn-texnologij – shlyax do pidvy`shhennya konkurentospromozhnosti vitchy`znyany`x vy`robiv [Application of modern de- sign technologies — the way to increase Ukrainian products competitiveness] / S.V. Donchenko, O. Pen- chuk // Aktual`ni problemy` suchasnogo dy`zajnu: zbirny`k materialiv Mizhnarodnoyi naukovo- prakty`chnoyi konferenciyi (20 kvitnya 2018 r., m. Ky`yiv) : u 2-x t. – Ky`yiv : KNUTD, 2018. – T. 2. – S. 245-248. 13. Omel`chenko G.V. (2017) Pidvy`shhennya konkurentospromozhnosti dy`tyachogo odyagu dlya roleriv-pochatkivciv shlyaxom zastosuvannya metodu ergonomichnogo dy`zajnu [Increasing the competitive- ness of children's clothing for roller skaters by using the ergonomic design method] / G.V. Omel`chenko, M.V. Kolosnichenko, S.V. Donchenko // Teoriya i prakty`ka dy`zajnu. Texnichna estety`ka. – 2017. – Vy`p. 13. – S. 179-192. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА РАБОТУ ИНФРАКРАСНОГО ИЗВЕЩАТЕЛЯ В СИСТЕМАХ БЕЗОПАСНОСТИ Алефиренко В.М. к.т.н., доцент Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники, Фурсевич И.И. магистрант Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники, INFLUENCE OF CHANGES IN AMBIENT TEMPERATURE ON THE OPERATION OF THE INFRARED DETECTOR IN SYSTEMS SAFETY Alefirenko V. Ph. D., associated professor Belarus State University of Informaticsand Radioelectronics Fursevich I. master student Belarus State University of Informatics and Radioelectronics, Аннотация В статье приведены результаты исследования влияния температуры окружающей среды на работоспо- собность инфракрасного извещателя в системах безопасности на основании алгоритма расчета выходного сигнала инфракрасных детекторов. Приведен пример расчета выходного сигнала с детекторов при различ- ных температурах окружающей среды. Abstract The results of temperature influence investigation of the ambient on the infrared detector performance in the security systems based on the algorithm for calculating the output signal of infrared detectors, were given. An example of calculating the output signal from detectors at different ambient temperatures is given. Ключевые слова: инфракрасные извещатели, внешние факторы, выходной сигнал, влияние темпера- туры. Keywords: infrared detectors, external factors, output signal, temperature influence. В системах безопасности ИК извещатели ис- пользуются для своевременного оповещения о про- никновении на защищаемый объект. Функциони- руют ИК извещатели как в условиях естественных, так и искусственных помех, воздействие которых приводит к отклонению от норм их основных пара- метров. Это, в свою очередь, приводит к ошибкам в
  • 39.
    Znanstvena misel journal№42/2020 39 работе извещателей. Анализ видов влияния внеш- них факторов позволит в дальнейшем снизить эти ошибки путем совершенствования алгоритмов об- работки сигналов от извещателей. На сегодняшний день существует множество внешних факторов, оказывающих влияние на ра- боту инфракрасных (ИК) извещателей в системах безопасности [1]. Для определения влияния различных факторов на работу извещателя необходимо создать модель работы извещателя при появлении нарушителя. На примере ИК извещателя Swan Quad [5] приведём алгоритм расчёта выходного сигнала ИК извеща- теля. Выходной сигнал пирометрического датчика пропорционален мощности, поступающей на него. Тепловое излучение человека, в целом, представ- ляет собой его тепловые потери, численное значе- ние которых соответствует разности испущенного телом человека и поглощенного окружающей сре- дой потока излучения [2]. Мощность, поступающую на датчик от фраг- мента цели площадью s, определяется следующим выражением: 𝑃 = 𝑘 ∙ 𝑠 ∙ 𝜎 ∙ (𝑇1 4 − 𝑇0 4 ), где k – коэффициент пропорциональности, s – площадь фрагмента, 𝜎 – постоянная Стефана–Больцмана, 𝑇1 – температура объекта, 𝑇0 – температура окружающей среды (темпера- тура фона). Так как извещатель Swan Quad имеет счетве- рённый детектор, то проекция лучей извещателя будет представлять собой чередующиеся зоны пер- вого и второго детекторов, как показано на рисунке 1. Каждый из детекторов имеет чётную и нечётную половины, которые выдают сигнал положительной и отрицательной полярности. Зоны первого детек- тора с положительной полярностью обозначены «1+», с отрицательной полярностью – «1–». Анало- гично зоны второго детектора с положительной по- лярностью обозначены «2+», с отрицательной по- лярностью – «2–». Рисунок 1. Проекция лучей извещателя на плоскость движения нарушителя Проекция стандартного нарушителя на плос- кость его движения будет представлять собой пря- моугольник [3]. На рисунке 2 показана проекция стандартного нарушителя на плоскость его движе- ния, совмещённая с зонами обнаружения. Рисунок 2. Проекция стандартного нарушителя на плоскость движения Выходной сигнал ИК детектора пропорциона- лен площади перекрываемых зон обнаружения. Для определения алгоритма расчёта площади перекры- ваемых зон зададим систему координат на чертеже с проекциями зон и проекцией нарушителя. Начало координат расположим в левом нижнем углу левой нижней зоны обнаружения. Так как зоны обнаруже- ния прямоугольные, то они однозначно задаются положением левого нижнего и правого верхнего угла. Координаты левого нижнего угла зоны обо- значим как (x1; y1), координаты правого верхнего угла зоны – как (x2; y2). Координаты всех зон све- дём в матрицы размером 18x4. Столбцы матриц со- ответствуют группам зон обнаружения (1+, 1–, 2+, 2–). Строки матриц соответствуют зонам обнаруже- ния. Моделирование выходного сигнала ИК детек- торов будем проводить в программе Mathcad [4]. На рисунке 3 представлена матрица координат зон обнаружения второго детектора. Так как зон об- наружения всего 9, то в строках с 10 по 18 в столб- цах, соответствующих группам 2+ и 2– записаны нули.
  • 40.
    40 Znanstvena miseljournal №42/2020 Рисунок 3. Матрицы координат зон обнаружения После задания координат зон необходимо со- ставить алгоритм расчёта площадей перекрытия зон. На рисунке 4 показана ситуация, при которой часть зоны обнаружения перекрывается нарушите- лем. Необходимо найти величину площади заштри- хованного прямоугольника. Обозначим коорди- наты нижнего левого и верхнего правого угла за- штрихованного прямоугольника как (x5; y5) и (x6; y6). Рисунок 4. Площадь перекрытия зоны обнаружения нарушителем Для расчёта движения нарушителя всю зону обнаружения (примем равной 15 м) разделим на от- резки. В точках, соответствующих началу отрезков, будем проводить расчёт площади перекрытия зон обнаружения. Для скорости передвижения, равной v, время пересечения зоны обнаружения будет равно: 𝑇 = 15 𝑣 . Этот промежуток времени разобьем на количе- ство отрезков, равное NT (зададим её равной 500). Тогда, изменяя переменную i от 0 до NT, получим значения времени для расчёта: 𝑡𝑖 = 𝑖 ∙ 𝑇 𝑁𝑇 . Зададим начальные координаты нарушителя. Так как стандартный нарушитель является прямо- угольником, то начальные координаты левого ниж- него угла будут равны (x30; y30), правого верхнего угла – (x40; y40). Так как движение нарушителя предполагается равномерным вдоль оси X, то коор- динаты углов нарушителя в любой момент времени будут определяться следующими выражениями: 𝑥3 = 𝑥30 − 𝑡𝑖 ∙ 𝑣; 𝑥4 = 𝑥40 − 𝑡𝑖 ∙ 𝑣; 𝑦3 = 𝑦30; 𝑦4 = 𝑦40. Зная координаты нарушителя в любой момент времени и условия для определения координат зон перекрытия, можно вычислить координаты зон пе- рекрытия. На рисунке 5 показана часть программы в Mathcad для вычисления координат зон перекры- тия. Для каждой координаты проводится перебор всех зон обнаружения, происходит сравнение коор- динат зоны обнаружения и координат нарушителя, после этого формируется матрица соответствую- щей координаты. Количество столбцов матрицы равно количеству зон обнаружения.
  • 41.
    Znanstvena misel journal№42/2020 41 Рисунок 5. Вычисление координат зон перекрытия После вычисления координат зон перекрытия вычисляем площадь перекрытия и мощность излу- чения, поступающую на детектор. Вначале опреде- ляем площадь перекрытия для каждой зоны, после этого суммируем все площади перекрытия, умно- жаем получившуюся сумму на коэффициент, зави- сящий от температуры объекта и температуры фона и получаем матрицу мощностей для каждой группы зон обнаружения. Матрица получается одномер- ной, количество элементов равно количеству точек для расчёта. На рисунке 6 приведена часть вычис- ления мощности излучения для одной группы зон обнаружения: Рисунок 6. Вычисление мощности излучения для одной группы зон обнаружения Найдём выходной сигнал для каждого детек- тора. Для этого из значения мощности группы «+» вычтем значение мощности группы «–» каждого де- тектора для каждого момента времени. Построим график выходного сигнала с детек- торов при температуре объекта +28 ℃ и при темпе- ратуре фона +21 ℃. Для наглядности вместо отме- ток времени используем отметки расстояния по оси X. Пересчёт времени в расстояние будет произво- диться по следующей формуле: 𝑙𝑖 = 𝑡𝑖 ∙ 𝑣. График выходного сигнала с детекторов при скорости движения 0.3 м/c показан на рисунке 7.
  • 42.
    42 Znanstvena miseljournal №42/2020 Рисунок 7. Выходной сигнал с детекторов при скорости движения 0,3 м/c Как видно из графика, для надёжного обнару- жения нарушителя необходимо регистрировать превышение выходного сигнала с детектора выше определённой величины. Для моделирования влияния температуры на работу извещателя в начальных данных для расчёта зададим температуру фона равной +25 ℃. На ри- сунке 8 показан график выходных сигналов детек- торов извещателя. Рисунок 8. Выходной сигнал с детекторов при температуре фона +25 ℃. Как видно из рисунка 8, форма выходных сиг- налов не меняется, изменяется их амплитуда. Если оставить величину уставок (уставка – значение тем- пературы, при которой срабатывает сигнализатор) по превышению сигналов с детекторов на прежнем уровне, то нарушитель не будет зарегистрирован – максимальная величина сигнала с детекторов меньше величины уставки по превышению. Для компенсации влияния температуры необходимо в зависимости от величины температуры окружаю- щего воздуха изменять коэффициент усиления уси- лителя сигнала с детекторов, чтобы поддерживать его на одном уровне. Зададим температуру фона равной +27 ℃. На рисунке 9 показаны выходные сигналы с детекто- ров с разницей температур фона и объекта в 1 гра- дус. Как видно из рисунка 7, амплитуда выходных сигналов становится меньше по сравнению с вы- ходными сигналами при температуре фона равной +27 ℃.
  • 43.
    Znanstvena misel journal№42/2020 43 Рисунок 9. Выходной сигнал с детекторов при температуре фона +27 ℃. Таким образом, можно сделать вывод о том, что влияние температуры на работу извещателя за- ключается в уменьшении амплитуды выходных сигналов с детекторов. Для компенсации этого вли- яния необходимо предусмотреть в конструкции из- вещателя автоматическое поддержание уровня вы- ходных сигналов с детекторов на определённом уровне. Список литературы 1. Алефиренко, В.М. Виды инфракрасных из- вещателей и внешние факторы, влияющие на них в системах безопасности / В.М. Алефиренко, И.И. Фурсевич // Znanstvena Misel Journal. – 2019. – Vol. 1, № 31. – С. 48–51. 2. Волхонский, В.В. Анализ характеристик об- наружения нарушителя ПИК датчиками охранной сигнализации / Волхонский В.В., Воробьев П.А. // Алгоритм безопасности. – 2012. – №1. – С. 44–48. 3. Волхонский, В.В. Подход к синтезу пассив- ных оптико-электронных инфракрасных извещате- лей на основе квазиточечной модели квалифициро- ванного нарушителя / Билиженко И.В., Волхонский В.В. // Научно–технический вестник информацион- ных технологий, механики и оптики. – 2017. – №1. – С. 143–150. 4. Поршнев, С.В. Численные методы на базе Mathcad / Поршнев С.В., Беленкова И.В. – С-П: БХВ-Петербург, 2005. – С. 464 с. 5. Swan Quad [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.rovalant.com – Дата доступа: 04.05.2020. ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАЩИЩЕННОСТИ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ПРЕДПРИЯТИЯ НА ОСНОВЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗАЩИЩЕННОСТИ Алефиренко В.М. к.т.н., доцент, Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники, Чопик К.В. Магистрант, Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники, Шарый Д.Н. Магистрант, Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники, THE SECURITY LEVEL ASSESSMENT OF THE ENTERPRISE LOCAL NETWORK BASED ON QUALITY INDICATORS OF SECURITY Alefirenko V. Associated professor, Belarus State University of Informatics and Radioelectronics, Ph. D, Chopik K. Master student, Belarus State University of Informatics and Radioelectronics, Sharyi D. Master student, Belarus State University of Informatics and Radioelectronics, Аннотация В статье предложен алгоритм оценки уровня защищенности локальной компьютерной сети, включаю- щий в себя систему различных показателей защищенности и комплекс формул, используемых для их расчета.
  • 44.
    44 Znanstvena miseljournal №42/2020 Оценка уровня защищенности проводилась на основе качественных методов анализа рисков. Также приве- ден пример оценки защищенности конкретной локальной компьютерной сети. Проведено моделирование локальной вычислительной сети, которое помогло выявить зависимость уровня защищенности от количества автоматизированных рабочих мест, имеющих высокую сложность уровня доступа. Abstract The article offers an algorithm for evaluating the level of security of a local computer network, which includes a system of various security indicators and a set of formulas used for their calculation. The level of security was assessed based on qualitative methods of risk analysis. An example of evaluating the security of a specific local computer network is also provided. A simulation of the local computer network was performed, which helped to identify the dependence of the security level on the number of automated workplaces with a high complexity of the access level. Ключевые слова: информационная инфраструктура, безопасность, информационные системы, компь- ютерные сети, модели оценки защищенности, показатели защищенности, методы качественной оценки рис- ков. Keywords: information infrastructure, security, information systems, computer networks, security assessment models, security indicators, methods of qualitative risk assessment. Новые информационные технологии активно внедряются во все сферы деятельности человека. Появление локальных и глобальных сетей предо- ставило пользователям компьютеров новые воз- можности оперативного обмена информацией. Если до недавнего времени подобные сети создава- лись только в специфических и узконаправленных целях, то развитие интернета и аналогичных систем привело к использованию глобальных сетей пере- дачи данных в повседневной жизни практически каждого человека. По мере развития средств и методов автомати- зации процессов обработки информации увеличи- вается зависимость общества от степени безопасно- сти используемых информационных систем [6]. Нарушение информационной безопасности компьютерных сетей может быть вызвано следую- щими причинами [2]: – наличие уязвимостей в операционных систе- мах и приложениях; – неверная конфигурация аппаратного и про- граммного обеспечения; – ошибки, допущенные при настройке кон- троля доступа; – наличие уязвимых или легко атакуемых сер- висов и вредоносного программного обеспечения. Используя комбинации имеющихся уязвимо- стей и недостатков в конфигурации сети, злоумыш- ленник, в зависимости от своих целей, может реа- лизовать разнообразные стратегии нападения. Эти стратегии могут быть направлены на различные критические ресурсы сети. Поэтому при проектиро- вании и эксплуатации локальных вычислительных сетей перед проектировщиком возникает задача проверки того, обеспечивают ли планируемые для применения или уже используемые параметры кон- фигурации сети необходимый уровень защищенно- сти. На сегодняшний день существует огромное ко- личество методов оценки защищенности локаль- ных вычислительных сетей. Наиболее распростра- ненными являются следующие методы оценки за- щищенности [4]: – метод оценки на основе графов защищенно- сти; – метод оценки на основе нечеткой логики; – метод оценки рисков. Рассматриваемая модель включает в себя все перечисленные методы оценки уровня защищенно- сти, а также охватывает множество различных по- казателей защищенности (ПЗ) и формул, использу- емых для их расчета [3]. В соответствие с существу- ющими методами оценки защищенности, определе- ние значений отдельных показателей и общая оценка уровня защищенности локальной вычисли- тельной сети может проводиться с использованием как количественных, так и качественных показате- лей [7]. Например, при использовании количе- ственных показателей, вероятность проведения атаки может выражаться числом в интервале [0,1]. При использовании качественных показателей чис- ловые значения меняются на эквивалентные им по- нятийные уровни. Каждому понятийному уровню в этом случае будет соответствовать определенный интервал количественных показателей оценки. В соответствии с порядком вычислений все ПЗ можно разделить на первичные и вторичные. Первичные ПЗ получаются непосредственно из дерева атак с использованием параметров атаку- ющих действий, атакуемых хостов и анализируе- мой сети. Вторичные рассчитываются с использо- ванием первичных ПЗ. Основными являются следующие ПЗ: – критичность хоста h (Criticality(h)); – уровень критичности атакующего действия, а (Severity(a)); – размер ущерба, вызванного выполнением атакующего действия с учетом уровня критичности атакуемого хоста (Mortality(a,h)); – размер ущерба при выполнении трассы S и угрозы T (Mortality(S)) и (Mortality(Т)); – «сложность в доступе» для атакующего дей- ствия, трассы и угрозы (AccessComplexity(a), AccessComplexity(S), AccessComplexity(T)); – степень возможности реализации угрозы Т (Realization(T)); – уровень риска угрозы Т (RiskLevel(T)); – уровень защищенности компьютерной сети (SecurityLevel). Показатели защищенности рассчитываются на базе общей системы оценки уязвимостей (CVSS) [5].
  • 45.
    Znanstvena misel journal№42/2020 45 Множество базовых индексов отражает фунда- ментальные свойства уязвимостей и состоит из семи индексов: – вектор доступа (Access Vector) – «Локаль- ный» (для использования уязвимости необходим локальный доступ) и «Удаленный» (для использо- вания уязвимости необходим удаленный доступ); – сложность доступа (Access Complexity) – «Высокий» (существуют условия на доступ, напри- мер, специфические временные рамки, специфиче- ские обстоятельства (специфическая конфигурация сервиса), взаимодействие с атакуемым человеком), «Низкий» (нет специфических условий на доступ); – необходимость аутентификации (Authentication) – «Требуемый» (аутентификация необходима), «Не требуемый» (для реализации атаки аутентификация не нужна); – воздействие на конфиденциальность (Confidentiality Impact) – «Нет» (нет воздействия на конфиденциальность), «Частичный» (значительное раскрытие информации), «Полный» (полное рас- крытие критичной информации); – воздействие на целостность (Integrity Impact) – аналогично с предыдущим пунктом – «Нет», «Ча- стичный», «Полный»; – воздействие на доступность (Availability Impact) – аналогично с предыдущим пунктом – «Нет», «Частичный», «Полный»; – коэффициент уклона воздействия (Impact Bias) – «Обычный» (конфиденциальности, целост- ности и доступности присвоен одинаковый вес), «Конфиденциальность» (больший вес присваива- ется конфиденциальности), «Целостность» (боль- ший вес присваивается целостности), «Доступ- ность» (больший вес присваивается доступности). Обобщенная оценка критичности уязвимости рассчитываются по следующей формуле: BaseScore=round(10∙AV∙AC∙A∙(CI∙IBC +II∙IBI +AI∙IBA )) (1) где round() – функция округления до десятых; AV= { 0.7, AccessVector=Локальный, 1.0, AccessVector=Удаленный, (2) где AccessVector – индекс CVSS «вектор доступа»; AС= { 0.8, AccessComplexity=Высокий, 1.0, AccessComplexity=Низкий, (3) где AccessComplexity – индекс CVSS «сложность доступа»; A= { 0.6, Authentication=Требуемый, 1.0, Authentication=Не требуемый, (4) где Authentication – индекс CVSS «необходимость аутентификации»; CI= { 0, ConfidentialityImpact=Нет, 0.7, ConfidentialityImpact=Частичный, 1.0, ConfidentialityImpact=Полный, (5) где ConfidentialityImpact – индекс CVSS «Воздействие на конфиденциальность»; IBC = { 0,333,ImpactBias=Обычный, 0,5,ImpactBias=Конфиденциальность, 0.25,ImpactBias=Целостность, 0.25,ImpactBias=Доступность, (6) где ImpactBias – индекс CVSS «коэффициент уклона воздействия»; II= { 0, IntegrityImpact=Нет, 0.7, IntegrityImpact=Частичный, 1.0, IntegrityImpact=Полный, (7) где IntegrityImpact – индекс CVSS «Воздействие на целостность»; IBI = { 0,333,ImpactBias=Обычный, 0,5,ImpactBias=Конфиденциальность, 0.25,ImpactBias=Целостность, 0.25,ImpactBias=Доступность, (8)
  • 46.
    46 Znanstvena miseljournal №42/2020 где ImpactBias – индекс CVSS «коэффициент уклона воздействия»; 𝐴𝐼= { 0, AvailabilityImpact=Нет, 0.7, AvailabilityImpact=Частичный, 1.0, AvailabilityImpact=Полный, (9) где AvailabilityImpact – индекс CVSS «Воздействие на доступность» IBA = { 0,333,ImpactBias=Обычный, 0,5,ImpactBias=Конфиденциальность, 0.25,ImpactBias=Целостность, 0.25,ImpactBias=Доступность, (10) где ImpactBias – индекс CVSS «коэффициент уклона воздействия»; Таким образом, критичность атакующего действия Severty(a), рассчитанная с использованием обоб- щенной оценки критичности уязвимости, делится на три состояния: Severity(a) = { Низкий, если BaseScore(a)∈[0,0;4,0), Средний, если BaseScore(a)∈[4,0;7,0), Высокий, если BaseScore(a)∈[7,0;10,0]. (11) Размер ущерба Mortality(a,h), вызванного успешным выполнением атакующего действия с учетом уровня критичности атакуемого хоста, рассчитывается с помощью матрицы рисков методики анализа и оценки рисков (FRAAP) [1]. Данная матрица приведена в таблице 1. Таблица 1 Определение размера ущерба Mortality(a,h), вызванного успешным выполнением атакующего действия Критичность хоста Criticality(h) Уровень критичности атакующего действия Severity(a) «Высокий» «Средний» «Низкий» «Высокий» «Высокий» «Высокий» «Средний» «Средний» «Высокий» «Средний» «Низкий» «Низкий» «Средний» «Низкий» «Низкий» Критичность хоста Criticality(h) определяется проектировщиком экспертным путем, исходя из назначения данного хоста и выполняемых им функ- ций. Размер ущерба для хоста h с учетом его кри- тичности, вызванного успешной реализацией угрозы, определяется ее последним атакующим действием: Mortality (Т) = Mortality (aT, hT), (12) где aT – последнее атакующее действие в угрозе; hT – хост, на который направлено действие aT. Размер ущерба Mortality(Т) при реализации угрозы T можно охарактеризовать следующим об- разом: – «Высокий» – остановка критически важных бизнес-подразделений, которая приводит к суще- ственному ущербу для бизнеса, потере имиджа или неполучению существенной прибыли; – «Средний» – кратковременное прерывание работы критических процессов или систем, которое приводит к ограниченным финансовым потерям в одном бизнес-подразделении; – «Низкий» – перерыв в работе, не вызываю- щий ощутимых финансовых потерь. Средняя величина уровня критичности Severity(a)R рассчитывается по формуле: BaseScoreR = ∑ BaseScore(a) NR VVR diff (13) где BaseScore(a) – обобщенная оценка критич- ности уязвимости; NR V – количество различных атакующих дей- ствий в рассматриваемой сети; VR diff – множество различных атакующих дей- ствий. Сложность доступа ко всей системе в целом AccessComplexityR рассчитывается по формуле: AccessComplexityR = ∑ AccessComplexity NR VVR diff (14) где AccessComplexity – сложность доступа к от- дельному хосту; NR V – количество различных атакующих дей- ствий в рассматриваемой сети; VR diff – множество различных атакующих дей- ствий. Для получения качественной оценки уровня риска угрозы необходимо оценить степень возмож- ности ее реализации Realization(T) (см. формулу 15) и воспользоваться матрицей риска из методики FRAAP с использованием размера ущерба при реа- лизации угрозы Mortality(Т) (см. таблицу 1). Для определения степени возможности реализации угрозы Т воспользуемся индексом CVSS «Слож- ность в доступе», задаваемым для каждого атакую- щего действия (см. формулу 3). Тогда степень воз- можности реализации угрозы Т будет рассчиты- ваться по следующей формуле:
  • 47.
    Znanstvena misel journal№42/2020 47 Realization(T)= { Высокий, если AccessComplexity(T)=Низкий, Низкий, если AccessComplexity(T)=Высокий, (15) Оценка уровня риска угрозы получается в соответствие с матрицей риска, базирующейся на соответ- ствующей матрице методики FRAAP [1] и представленной в таблице 2. Таблица 2 Матрица оценки уровня риска угрозы Степень возможности реализации угрозы Уровень критичности угрозы (Severity(Т)) «Высокий» «Средний» «Низкий» «Высокий» A Б В «Низкий» В В Г Полученная оценка уровня риска интерпрети- руется следующим образом: – А – связанные с риском действия (например, внедрение новых средств защиты информации или устранение уязвимостей) должны быть выполнены немедленно и в обязательном порядке; – Б – связанные с риском действия должны быть предприняты; – В – требуется мониторинг ситуации (но непо- средственных мер по противодействию угрозе воз- можно не предпринимать); – Г – никаких действий в данный момент пред- принимать не требуется. Исходя из полученных качественных оценок уровня риска для всех угроз, определим уровень за- щищенности анализируемой компьютерной сети следующим образом: SecurityLevel= { Зеленый, если ∀iϵN, i≤NT, RiskLevel(Ti) = Г, Жёлтый, если ∀iϵN, i≤NT, RiskLevel(Ti) ≤ В, Оранжевый, если ∀iϵN, i≤NT, RiskLevel(Ti) ≤ Б, Красный, если ∃iϵN, i≤NT, RiskLevel(Ti) =А, (16) где Г<В<Б<А NT – количество всех угроз. Согласно методике, FRAAP [1] состояния опи- сываются следующим образом: – SecurityLevel = «Зеленый» – никаких дей- ствий, направленных на повышение уровня защи- щенности сети предпринимать не требуется; – SecurityLevel = «Желтый» – требуется мони- торинг ситуации; – SecurityLevel = «Оранжевый» – должны быть предприняты действия по повышению уровня за- щищенности компьютерной сети; – SecurityLevel = «Красный» – действия должны быть предприняты в обязательном по- рядке. Рассмотрим небольшую локальную вычисли- тельную сеть, представленную на рисунке 1, и про- ведём оценку её защищенности. Данная сеть со- стоит из четырех автоматизированных рабочих мест (АРМ), одного сервера и одного коммутатора. Рисунок 1. Топология оцениваемой локальной вычислительной сети Используя формулу для расчета обобщенного индекса критичности уязвимости BaseScore, получим значения критичности атакующего действия Severity(a), представленные в таблице 3.
  • 48.
    48 Znanstvena miseljournal №42/2020 Таблица 3 Расчет обобщенного индекса критичности атакующего действия Наименование хоста Базовые индексы (согласно CVSS) Обобщенный индекс критичности уязви- мости BaseScore Критичность ата- кующего действия Severity(a) AV AC A CI II AI IB Сетевой коммутатор 0.7 0.8 0.6 0.7 0.7 0.7 0.333 2.3 «Низкий» Сервер 0.7 0.8 0.6 0.7 0.7 0.7 0.333 2.3 «Низкий» АРМ-1 1.0 0.8 0.6 1.0 1.0 1.0 0.333 4.8 «Средний» АРМ-2 1.0 0.8 0.6 1.0 1.0 1.0 0.333 4.8 «Средний» АРМ-3 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.333 10.0 «Высокий» АРМ-4 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.333 10.0 «Высокий» Рассмотрим случай, когда на каждый хост ло- кальной сети направлено одно атакующее дей- ствие. Тогда по формуле 13 BaseScoreR= 2.3+2.3+4.8+4.8+10.0+10.0 6 =5.7 Таким образом, средняя величина базового ин- декса BaseScore равная 5.7 говорит о «Среднем» уровне критичности атакующих действий на ло- кальную вычислительную сеть (см. формулу 11). Экспертным путем определим показатели кри- тичности хостов рассматриваемой сети. Результаты представлены в таблице 4. Таблица 4 Определение критичности хостов Наименование хоста Показатель критичности Severity(h) Сетевой коммутатор «Высокий» Сервер «Средний» АРМ-1 «Низкий» АРМ-2 «Низкий» АРМ-3 «Низкий» АРМ-4 «Низкий» Теперь, когда нам известны показатель кри- тичности хоста (см. таблицу 4) и показатель кри- тичности атакующего действия (см. таблицу 3), определим размер ущерба Mortality (а 𝑇, ℎ 𝑇), вы- званного успешным выполнением атакующего дей- ствия по таблице 1. Результаты расчёта приведены в таблице 5. Таблица 5 Определение размера ущерба Mortality (а 𝑇, ℎ 𝑇), вызванного успешным выполнением атакующего дей- ствия Наименование хоста Размер ущерба Mortality (а 𝑇, ℎ 𝑇) Сетевой коммутатор «Средний» Сервер «Низкий» АРМ-1 «Низкий» АРМ-2 «Низкий» АРМ-3 «Средний» АРМ-4 «Средний» Определим степень возможности реализации угрозы для каждого хоста (см. формулу 15), для этого воспользуемся индексом CVSS «Сложность доступа» (см. формулу 3). Результаты расчета при- ведены в таблице 6. Таблица 6 Определение степени возможности реализации угрозы Наименование хоста Сложность доступа (AccessComplexity) Значение AccessComplexity (см. формула 3) Степень возможности реали- зации угрозы Realization(T) Сетевой комму- татор «Высокий» 0.8 «Низкий» Сервер «Высокий» 0.8 «Низкий» АРМ-1 «Низкий» 1.0 «Высокий» АРМ-2 «Низкий» 1.0 «Высокий» АРМ-3 «Низкий» 1.0 «Высокий» АРМ-4 «Низкий» 1.0 «Высокий»
  • 49.
    Znanstvena misel journal№42/2020 49 Определим «Сложность доступа» к локальной вычислительной сети по формуле 14: AccessComplexityR = 0.8+0.8+1,0+1,0+1.0+1.0 6 =0.93 Согласно CVSS если AccessComplexityR 𝜖 [0.8; 0.9), то уровень сложно- сти доступа – «Высокий», если AccessComplexityR 𝜖 [0.9; 1,0], то уровень сложно- сти доступа – «Низкий». Таким образом, значение «0.93» показывает, что уровень сложности доступа к сети – «Низкий». Тогда, степень реализации угрозы имеет показатель «Высокий» (см. формула 15). Теперь определим уровень риска угрозы RiskLevel(T) согласно таблице 2. Результаты рас- чёта приведены в таблице 7. Таблица 7 Оценка уровня риска угрозы Степень возможности реализации угрозы Realization(T) Уровень критичности угрозы Severity(a)R Уровень риска угрозы RiskLevel(T) «Высокий» «Средний» «Б» Таким образом, исходя из полученных каче- ственных оценок уровня риска для всех угроз, уро- вень защищенности локальной вычислительной сети SecurityLevel имеет уровень «Оранжевый». Это означает, что рассматриваемая вычислительная сеть уязвима к атакующим действиям, поэтому необходимо предпринять действия по повышению уровня защищенности. Для более чёткого понимания того, каким об- разом можно увеличить уровень защищенности ло- кальной вычислительной сети SecurityLevel приве- дем графики зависимости «Уровня риска угрозы» от количества АРМ, имеющих высокую сложность к доступу. Графики зависимости приведены на ри- сунках 2–5. Рисунок 2. Зависимость уровня защищенности локальной вычислительной сети от количества АРМ (сложность доступа – «Низкий») Из графика (см. рисунок 2) видно, что в ло- кальной сети, включающей в себя два АРМ уровень защищённости сети будет иметь показатель «Зелё- ный», при трёх АРМ – «Желтый», при большем ко- личестве АРМ данной сети будет нанесён значи- тельный ущерб.
  • 50.
    50 Znanstvena miseljournal №42/2020 Рисунок 3. Зависимость уровня защищенности локальной вычислительной сети от количества хостов (АРМ) (сложность доступа – «Высокий») Из графика (см. рисунок 3) видно, что в ло- кальной сети, где все АРМ (всего 36 АРМ) имеют высокую сложность в доступе, уровень риска угрозы не превышает SecuirityLevel= «Желтый». В данном случае сеть будет достаточно защищена от атакующих действий. Рисунок 4. Зависимость уровня защищенности локальной вычислительной сети от количества хостов (АРМ) (сложность доступа – «Высокий» у 25% АРМ) Из графика (см. рисунок 4) видно, что в ло- кальной сети, где 25% АРМ (всего 200 АРМ) имеют высокую сложность в доступе, уровень риска угрозы не превышает SecuirityLevel= «Желтый» при количестве АРМ равным 85. При большем ко- личестве АРМ данной сети будет нанесён значи- тельный ущерб.
  • 51.
    Znanstvena misel journal№42/2020 51 Рисунок 5. Зависимость уровня защищенности локальной вычислительной сети от количества хостов (АРМ) (сложность доступа – «Высокий» у 40% АРМ) Из графика (см. рисунок 5) видно, что в ло- кальной сети, где 40% АРМ (всего 200 АРМ) имеют высокую сложность в доступе, уровень риска угрозы не превышает SecuirityLevel= «Желтый» при количестве АРМ равным 160. При большем ко- личестве АРМ данной сети будет нанесён значи- тельный ущерб. Таким образом, при увеличении числа АРМ с высокой сложностью доступа увеличивается и уро- вень защищенности локальной вычислительной сети. Для повышения уровня доступа к данным, хра- нящимся на компьютере, могут использоваться па- роли. В таком случае компьютер разрешает доступ к своим ресурсам только тем пользователям, кото- рые зарегистрированы и ввели правильный пароль. Каждому конкретному пользователю может быть разрешен доступ только к определенным информа- ционным ресурсам. При этом может проводиться регистрация всех попыток несанкционированного доступа. Для стабильного функционирования локаль- ной компьютерной сети необходимо, чтобы «Уро- вень защищенности SecurityLevel» находился на от- метке «Зеленый» либо «Желтый», что не позволит злоумышленнику нанести ущерб сети. Таким образом, алгоритм оценки уровня защи- щенности локальных вычислительных сетей, вклю- чающий в себя систему различных показателей за- щищенности, позволяет быстро регулировать порог формирования сигнала тревоги, что в свою очередь, позволит с большей эффективностью оценивать их защищенность и более динамично управлять ло- кальной вычислительной сетью. Список литературы 1. Peltier, T.R. Information security risk analysis, second edition / Taylor&Francis Group, 2005. 2. Анализ защищенности компьютерных сетей на основе моделирования действий злоумышленни- ков и построения графа атак [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.isa.ru/proceedings/images/documents/200 7-31/126-207.pdf. 3. Дойникова, Е.В. Показатели и методики оценки защищенности компьютерных сетей на ос- нове графов атак и графов зависимостей сервисов/ Е.В. Дойникова // сб. публикаций научного жур- нала «Труды СПИИРАН». – 2013. – Вып. 3 (26). – С. 54 – 68. 4. Курочкин, С.И. Методы оценки защищенно- сти информационных систем / С.И. Курочкин, И.В. Заводцев // сб. публикаций научного журнала «Пер- спективы развития информационных технологий». – 2016. – N29. – С. 197 – 204. 5. Общая система оценки уязвимостей [Элек- тронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.first.org/cvss/v3-1/cvss-v31- specification_r1.pdf. 6. Студенческий научный форум - 2018 [Элек- тронный ресурс]. – Режим доступа: https://scienceforum.ru/2018/article/2018003735. 7. Файзуллин, Р.Р. Метод оценки защищенно- сти сети передачи данных в системе мониторинга и управления событиями информационной безопас- ности на основе нечеткой логики / Р.Р. Файзуллин, В.И. Васильев // сб. публикаций научного журнала «Вестник УГАТУ». – 2013. – T.17, N2 (55). – С. 150 – 156.
  • 52.
    52 Znanstvena miseljournal №42/2020 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ОДЕЖДЕ Шумилина Е.А. Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство) Петросова И.А. Профессор, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), Мурашова Н.В. Доцент, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), Андреева Е.Г. Профессор, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), IDENTIFICATION OF THE CHARACTERISTICS OF LIGHT ELEMENTS IN CLOTHING Shumilina E. Russian state University of Kosygin (Technology. Design. Art) Petrosova I. Professor Russian state University of Kosygin (Technology. Design. Art), Murashova N. Docent Russian state University of Kosygin (Technology. Design. Art), Andreeva E. Professor Russian state University of Kosygin (Technology. Design. Art), Аннотация Расширение функциональности производимой одежды и аксессуаров– одно из приоритетных направ- лений развития швейной промышленности, целью которого являются повышение безопасности потреби- теля и улучшение качества жизни. Данная работа направлена на поиск оптимальных характеристик свето- вых элементов в одежде, используемых для повышения видимости пешеходов на малоосвещенных участ- ках проезжей части. В качестве наиболее важных характеристик, влияющих на эффективность работы све- товых элементов, авторами выделены такие как: содержание информации, размер, форма, количество и место расположения проектируемых сигнальных элементов. Abstract Expanding the functionality of manufactured clothing and accessories is one of the priority areas for the development of the clothing industry, which aims to increase user safety and improve the quality of life. This work is aimed at finding the optimal characteristics of light elements in clothing used to increase the visibility of pedes- trians on poorly lit sections of the roadway. As the most important characteristics that affect the efficiency of light elements, the authors identified such as: size, shape, number, location and content of information of signal ele- ments. Ключевые слова: одежда, сигнальные элементы, безопасность пешеходов, светодиод, LED, дизайн одежды. Keywords: clothing, signal elements, pedestrian safety, led, LED. Расширение информационной функции пред- метов одежды и аксессуаров за счет внедрения тех- нических средств – одно из новейших направлений развития легкой промышленности. Ему уделяется большое внимание и, на настоящий момент, разра- ботки направлены на создание необычных образов, сбор данных физического стояния человека, расши- рение функционала и упрощение жизнедеятельно- сти человека [5, с. 222-228; 6, с. 108; 7, с. 1]. Обеспечение безопасности потребителей не только в профессиональной деятельности, но и в повседневной жизни, например, на проезжей части- одна из важнейших задач, стоящих перед произво- дителями одежды и аксессуаров. В случае нахожде- ния на мало освещенных участках дорог, снижается видимость и реакция водителей, что повышает уро- вень опасности для пешеходов и, особенно, для де- тей. По этой причине рекомендовано предусматри- вать в производимых предметах одежды и аксессу- арах сигнальные светоотражающие элементы. Для детской одежды наличие таких элементов строго обязательно и нормируется государственными до- кументами ГОСТ 124219—99[1, с. 3-16] и ГОСТ 51835—2001[2, с. 3-12]. Альтернативным решением проблемы повы- шения видимости человека вблизи проезжей части является применение световых технологий: умного текстиля, оптоволокна и световых панелей [7, с. 1- 4]. Компания Pixel уже начала массовое производ- ство рюкзаков со встроенными во фронтальную часть LED панелями, что обеспечивает привлече- ние внимания окружающих [11]. На экран можно вывести абсолютно любое статическое или динами- ческое изображение через одноименное мобильное приложение.
  • 53.
    Znanstvena misel journal№42/2020 53 В научной работе М.Л. Мауриелло, М. Губ- белса и Д.Э. Фрелиха подробно описана методика внедрения LED экранов в спортивную одежду и их влияние на достижения спортсменов. Для анализа степени удобства использования и оценки эффек- тивности работы в поставленных условиях суще- ствующих LED- панелей выбраны светодиодный матричный дисплей, дисплей из электронных чер- нил (eink) и еще один матричный дисплей, но с бо- лее широким разрешением, изображенные на ри- сунке 1 [9, с. 2835]. Рисунок 1. Типы светодиодных дисплеев: a- светодиодный матричный дисплей, b- дисплей из электронных чернил (eink), c- матричный дисплей, но с более широким разрешением [9, с. 2835] Основной целью внедрения световых техноло- гий авторы определили сбор и отображение инфор- мации о состоянии спортсменов по средствам дат- чиков, соединенных с панелями беспроводной се- тью. По результатам проведенного эксперимента авторами сделан вывод о том, что матричный дис- плей с широким разрешением на черном фоне об- ладает наилучшими характеристиками, подходя- щими для ношения экранов спортсменами на от- крытом воздухе. Информация на таком кране хо- рошо различима в условиях естественного освещения и при попадании солнечных лучей, изображение четкое и яркое, а сам дисплей легкий и не доставляет дискомфорта во время использова- ния. Студенты и ученые Лапландского универси- тета предложили внедрение LED- экрана в офис- ную одежду с целью стимулирования физической активности сотрудников. Через приложение, отсле- живающее передвижение носителя, сигналы по беспроводной сети выводятся на панели, оказывая стимулирующее влияние на человека и позволяя ему следить за своим здоровьем [8, с. 245-259]. Ставя основной целью внедрения LED- пане- лей в одежду повышение безопасности потреби- теля на проезжей части или вблизи нее, необходимо учитывать такие факторы, как: форма и размер сиг- нальных элементов, их количество, место располо- жение и контент. Одновременно с этим, на эффек- тивность работы влияют условия использования и направленность информации (информирование но- сителя или окружающих людей) [10, с. 70]. Для выявления наиболее оптимальных харак- теристик сигнализирующих элементов в детской верхней одежде проведены два опроса: первый- среди детей в возрасте от 7 до 18 лет и их родителей и второй- среди автомобилистов, велосипедистов и мотоциклистов. Проведение двух опросов помогло определить характеристики не только с эстетиче- ской точки зрения, но и с практической по мнению людей, которым адресованы сигналы. Всего опро- шено 74 человека – родителей детей и 83 человека – участников дорожного движения. В ходе проведения опросов стало известно, что большинство респондентов заинтересовано в при- менении LED-технологий с целью повышения ви- димости пешеходов на мало освещённых участках проезжей части. Для определения наиболее подходящих мест расположения световых элементов в плечевой одежде для повышения видимости пешехода и уве- личения скорости реагирования водителя на осно- вании научных работ [3, с. 131; 4, с. 82; 10, с. 70] и государственных стандартов [1-2] составлена схема, приведенная на рисунке 2. В соответствии со схемой респонденты определили, что сигнальные элементы будут наиболее заметны на внешней сто- роне рукава (зоны 6 и 7) и в верхней области спины (зона 3).
  • 54.
    54 Znanstvena miseljournal №42/2020 Рисунок 2. Схема наиболее предпочтительных мест расположения сигнальных элементов в плечевой одежде Наиболее оптимальной и подходящей для дет- ской верхней одежды, по мнению потребителей, формой LED-панелей среди предложенных: прямо- угольной, квадратной и прямоугольной, для внед- рения в предметы одежды выбрана прямоугольная. Для определения достаточных размеров и ко- личества светодиодных элементов в верней одежде, респондентам предложены несколько вариантов наиболее доступных и часто встречающихся пане- лей. По мнению респондентов, обеих категорий, наиболее оптимальным вариантом станут 1-2 эле- мента крупного размера с диаметром/ стороной 13- 16 см. Один из важнейших вопросов- содержание ин- формации, воспроизводимой на носимых дисплеях. Контент может, как повысить скорость реакции во- дителя, так и стать отвлекающим фактором. В каче- стве вариантов ответа респондентам предложены: короткие слова и знаки, статические и динамиче- ские изображения, информация не имеет значения- главное, чтобы свет был достаточно яркий. По мне- нию детей и их родителей короткие слова и знаки будут наиболее легко распознаваемы на проезжей части, в то же время, по мнению водителей, для обеспечения хорошей видимости пешехода будет достаточно яркого света панели. Результаты эксперимента и распределение от- ветов на все вопросы представлены в таблице 1. Таблица 1 Результаты опроса «Выявление оптимальных характеристик сигнализирующих элементов в детской верхней одежде» Вопрос Распределение ответов респон- дентов «дети и родители» Распределение ответов респон- дентов «владельцы транспорт- ных средств» 1 2 3 Считаете ли Вы наличие сигналь- ных элементов в верхней детской одежде обязательным? 53 человека (71.6%)-да, 9 чело- век (12.2%)- нет, 12 человек (16.2%)- затрудняются ответить 68 человек (85%)-да, 6 человек (7.5%)- нет, 6 человек (7.5%) - затрудня- ются ответить Заинтересовала бы Вас одежда и аксессуары со встроенной свето- техникой? / Могут ли, на Ваш взгляд, носимые LED-дисплеи, встроенные в одежду и аксессу- ары, сделать пешеходов более за- метными на проезжей части? 38 человек (51.4%)- да, 19 чело- век (25%)- скорее всего да, 15 человек (20.3%)- нет 2 человека (2,7%)- затрудняюсь ответить. 67 человек (83.8%)- да, 5 чело- век (6.3%)- нет, 8 человек (10%)- затрудняются ответить Какие из приведенных на рисунке 2 зон, на Ваш взгляд, будут спо- собствовать повышению видимо- сти пешехода? 1 (область груди) - 28.4%, 2 (зона плеч) - 17.6%, 3 (область лопаток) - 54.1%, 4 (спинка)- 39.2%, 5 (карманы на деталях переда) - 17.6%, 6 (по всей длине рукава) - 62.2%, 7 (верх- няя область рукава) - 52.7% 1 (область груди) - 33.8%, 2 (зона плеч) - 23.8%, 3 (область лопаток) - 55.0%, 4 (спинка)- 33.8%, 5 (карманы на деталях переда) - 10.0%, 6 (по всей длине рукава) - 61.3%, 7 (верх- няя область рукава) - 37.5% Какой вариант формы LED- дисплея (прямоугольная, квадрат- ная или круглая), по Вашему мне- нию, наибольшим образом подхо- дит для детской одежды? 47 человек (63.5%)- прямо- угольная, 28 человек (37.8%)- квадратная, 19 человек (25.7%)- круглая 59 человек (73%)- прямоуголь- ная, 13 человек (16.3%)- квадратная, 26 человек (32.5%)- круглая
  • 55.
    Znanstvena misel journal№42/2020 55 Какой вариант количества и раз- мера сигнальных элементов Вы считаете наиболее подходящим для детской одежды? 1-2 элемента малого размера (сторона не более 7 см) -13.5% Несколько элементов малого размера-20.3% 1-2 элемента среднего размера (сторона 8-12 см) -24.3% Несколько элементов среднего размера- 18.9% 1-2 элемента крупного размера (сторона от 13 см) -44.6% Несколько элементов крупного размера -16.2% 1-2 элемента малого размера (сторона не более 7 см) -10.0% Несколько элементов малого размера-21.3% 1-2 элемента среднего размера (сторона 8-12 см) -23.8% Несколько элементов среднего размера- 21.3% 1-2 элемента крупного размера (сторона от 13 см) -43.8% Несколько элементов крупного размера -13.8% Какую информацию Вы считаете наиболее подходящей для повы- шения видимости и безопасности пешехода на проезжей части? Короткие слова и знаки- 43.2% Статические изображения- 16.2% Динамические изображения- 33.8% Не важно, главное, чтобы ярко светило- 28.4% Короткие слова и знаки- 36.3% Статические изображения- 13.8% Динамические изображения- 17.5% Не важно, главное, чтобы ярко светило- 51.3% По анализу существующего уровня развития швейной промышленности, научных работ и инно- ваций в направлении производства мультимедий- ной одежды и одежды с расширенными информа- ционными функциями сделаны выводы о том, что внедрение носимой светотехники – одно из пер- спективных направлений развития с большим по- тенциалом. Такие разработки позволят создавать непросто экстраординарные образы, но и обеспечат безопасность потребителей. В ходе работы экспериментальным путем определены важнейшие характеристики сигнализи- рующих элементов, которые влияют на эффектив- ность их работы и выполнения элементами их пер- воочередной функции– заблаговременного инфор- мирования окружающих. На основе собранных данных предложено разработать опытный образец и оценить его свойства в условиях реальной среды. Список литературы 1. ГОСТ 124219—99 Система стандартов без- опасности труда. Одежда специальная сигнальная повышенной видимости. Технические требования. —М.: Госстандарт, 2000. —1 —16 с. 2. ГОСТ 51835—2001 Световозвращающие элементы детской и подростковой одежды. Общие требования. — М.: Госстандарт, 2001. —1 —12 с. 3. Клюенкова Т.М., Петросова И.А., Гусева М.А., Андреева Е.Г. Проектирование одежды с оптоволоконными светящимися элементами// Фи- зика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы (SMARTEX). 2018.—129—133 с. 4. Петросова И.А., Артенян Л.С., Андреева Е.Г. Разработка одежды с повышенными визу- ально-декоративными свойствами// Современные проблемы науки и образования №3, 2014. —81—88 с. 5. Самарин А. Электроника, встроенная в одежду- технологии и перспективы// Компьютеры и технологии 2017 №4. 2017. —221—228 с. 6. Фактуллина Р.Р., Измайлов Б.И. Систем- ный подход в рассмотрении проектирования ко- стюма с использованием полимерных материалов и светодиодных технологий как ресурса композици- онно- художественных решений// Вестник казан- ского технологического университета. Т. 17, №6. 2014 –С.107-109 7. Фирсова М.Е. Исследование и разработка интерактивной одежды для визуализации изобра- жений с использованием светодиодов/ Universum: Технические науки: электронный научный журнал 2019 №6(63) / URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7538 8. Harjuniemi E., Colley A., Rytilahti P., Li H., Forest J. Hakkila J. Idle stripes shirt: ambient wearable display for activity tracking// ISWC’18 Proceddings of the 2018 ACM International Symposium on Werable Computers, October 2018 – pp. 245-259 9. Mauriello M., Gubbels M., Froehlich J., Social Fabric Fitness: The Design and Evaluation of Wearable E-Textile Displays to Support Group Running, Depar- tament of Computer Science// CHI 2014. May 2014 – pp. 2833-2842 10. Schneegass S., Ogando S., Alt F. Using on- body displays for extending the output of wearable de- vices// PerDis’16 Proceedings of the 5th ACM Interna- tional Symposium on Pervasive Displays, June 2016 – pp. 67-74 11. URL: http://pixel-bag.ru/
  • 56.
    VOL.1 №42/2020 Znanstvena misel journal Thejournal is registered and published in Slovenia. ISSN 3124-1123 The frequency of publication – 12 times per year. Journal is published in Slovenian, English, Polish, Russian, Ukrainian. The format of the journal is A4, coated paper, matte laminated cover. All articles are reviewed Edition of journal does not carry responsibility for the materials published in a journal. Sending the article to the editorial the author confirms it’s uniqueness and takes full responsibility for possible consequences for breaking copyright laws Free access to the electronic version of journal Chief Editor – Christoph Machek The executive secretary - Damian Gerbec Dragan Tsallaev — PhD, senior researcher, professor Dorothea Sabash — PhD, senior researcher Vatsdav Blažek — candidate of philological sciences Philip Matoušek — doctor of pedagogical sciences, professor Alicja Antczak — Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor Katarzyna Brzozowski — PhD, associate professor Roman Guryev — MD, Professor Stepan Filippov — Doctor of Social Sciences, Associate Professor Dmytro Teliga — Senior Lecturer, Department of Humanitarian and Economic Sciences Anastasia Plahtiy — Doctor of Economics, professor Znanstvena misel journal Slovenska cesta 8, 1000 Ljubljana, Slovenia Email: info@znanstvena-journal.com Website: www.znanstvena-journal.com