Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of Chemometric Analysis to the Study of Snow at the Sudety Mountains, Poland

Błaś M., Polkowska Ż., Simeonov V., Tsakovski S., Sobik M., Kozak K., Namieśnik J.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2016

|

Vol. 23, nr 4

621--637

EN

Snow samples were collected during winter 2011/2012 in three posts in the Western Sudety Mountains (Poland) in 3 consecutive phases of snow cover development, i.e. stabilisation (Feb 1st), growth (Mar 15th) and its ablation (Mar 27th). To maintain a fixed number of samples, each snow profile has been divided into six layers, but hydrochemical indications were made for each 10 cm section of core. The complete data set was subjected in the first run of chemometric data interpretation to Cluster Analysis as well as Principal Components Analysis. Further, Self-Organizing Maps, type of neutral network described by Kohonen were used for visualization and interpretation of large high-dimensional data sets. For each site the hierarchical Ward’s method of linkage, squared Euclidean distance as similarity measure, standardized raw data, cluster significance test according to Sneath’s criterion clustering of the chemical variables was done. Afterwards this grouping of the chemical variables was confirmed by the results from Principal Components Analysis. The major conclusion is that the whole system of three sampling sites four patterns of variable groupings are observed: the first one is related to the mineral salt impact; the second one - with the impact of secondary emissions and organic pollutants; next one - with dissolved matter effect and the last one - with oxidative influence, again with relation to anthropogenic activities like smog, coal burning, traffic etc. It might be also concluded that specificity of the samples is determined by the factors responsible for the data set structure and not by particular individual or time factors.

2

Multivariate statistical interpretation of clinical data of prolactinoma patients

Georgieva-Nikolova R., Kamenov Z., Slavova M., Nikolov M., Simeonov V.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2013

|

Vol. 20, nr 4-5

585--594

EN

This study reveals some specific relationships between the clinical parameters usually checked at prolactinoma patients allowing in such a way to optimize the monitoring procedure by selecting a reduced number of health status indicators. This is achieved by multivariate statistical interpretation of the parameter values where clusters of indicators with correlated (similar) response are proven. Additionally, four patterns of prolactinoma patients are found each one of them characterized by specific clinical indicators. This original information could be of use for better interpretation of the health status of the patients.

PL

Przeprowadzone badania pacjentów z prolaktynemią wykazały istnienie pewnych zależnooeci pomiędzy parametrami klinicznymi, umożliwiających optymalizację procedur monitorowania stanu zdrowia za pomocą mniejszej liczby wskaźników. Taką optymalizację można osiągnąć dzięki interpretacji wartooeci parametrów za pomocą wielowymiarowych metod statystycznych, za pomocą których wykazano istnienie skorelowanych grup zmiennych wskaźnikowych. Dodatkowo stwierdzono istnienie czterech grup pacjentów z prolaktynemią, charakteryzujących się specyficznymi wskaźnikami klinicznymi. Informacje te mogą być wykorzystane do lepszej oceny stanu zdrowia pacjentów.

3

Statistical Calibration of Model Solution of Analytes

Simeonov V., Simenova P., Spasov L.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2012

|

Vol. 19, nr 1

67-75

EN

A new method based on spectrophotometric-partial least-squares procedure was proposed for simultaneously determination of thorium and zirconium using SPADNS (4,5-Dihydroxy-3-(p-sulfophenylazo)- 2,7-naphthalene disulfonic acid, trisodium salt) as a color reagent. Absorbance measurements were made in the range of lambda = 541�€620 nm with 1.0 nm steps in buffered solutions at pH 3.5. The linear ranges were obtained for 0.5�€11.5 and 1.5�€14.5 �Ęg cm.3 for Th4+ and Zr4+ ions, respectively. The limits of detection were determined 0.4 and 1.2 mikrog cm.3 for thorium and zirconium, respectively. The standard deviation (n = 3) and recovery percent of 10 samples in the prediction set were obtained in the amplitude 0.22�€0.38 mikrog cm.3 and 91.3�€109.2, respectively. The proposed method was used for simultaneously determination of mentioned ions in spiked real water samples and wastewater. The results show that the method is applicable for the analysis of samples with similar matrix.

PL

Nowa metoda opiera się na procedurze spektrofotometrycznej - najmniejszych kwadratów, która została zaproponowana do rownoczesnego oznaczania toru i cyrkonu z wykorzystaniem SPADNS (kwas 4,5-Dihydroksy-3-(p-sulfofenylazo)-2,7-naftaleno disulfonowy, sol trisodowa) jako odczynnika koloru. Pomiarów absorbancji dokonano w zakresie lambda = 541�€620 nm co 1,0 nm w roztworach buforowych o pH 3,5. Liniowy zakres uzyskano przy stężeniach jonow Th4+ i Zr4+ odpowiednio 0,5�€11,5 i 1,5�€14,5 �Ęg cm.3. Granice wykrywalności dla toru i cyrkonu wynosi.y odpowiednio 0,4 i 1,2 milig cm.3. Wyznaczono odchylenie standardowe (n = 3) i procent odzysku w serii 10 probek odpowiednio w zakresie 0,22�€0,38 i 91,3�€109,2 mikrog cm.3. Proponowana metoda zosta.a zastosowana do rownoczesnego oznaczania wymienionych jonow w wzbogaconych próbkach rzeczywistych wody i ściekow. Wyniki pokazują, że ta metoda może być wykorzystywana do analizy próbek o podobnej matrycy.

4

Sediment pollution assessment by chemometric methods

Tsakovski S., Simenova P., Simeonov V.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2011

|

Vol. 18, nr 2

141-170

EN

The application of chemometric methods and strategies for sediment pollution is presented. Since the sediments are an important environmental phase collecting the history of polluting events, the correct data analysis, modeling and interpretation of monitoring results from lake, marine and river sediments is performed. Variety of chemometric techniques like cluster analysis, principal components analysis, fuzzy principal components analysis, self-organizing maps of Kohonen, end-point mixing models are used in order to detect sources of pollution in a certain environment, linkage between sampling sites and chemical parameters, relationships between ecotoxicity values with chemical pollutants etc.

PL

Przedstawiono zastosowanie strategii i metod chemometrycznych do oceny zanieczyszczenia osadów dennych. Osady te są ważnym elementem środowiska, gromadzącym informacje o przeszłych wydarzeniach polegających na wprowadzaniu zanieczyszczeń do środowiska. Wykonano odpowiednią analizę danych, modelowano oraz zinterpretowano wyniki badań monitoringowych osadów jeziornych, rzecznych i morskich. W celu wykrycia źródeł zanieczyszczeń w określonym środowisku, powiązania miejsc pobierania próbek oraz parametrów chemicznych, zależności ekotoksyczności od rodzaju zanieczyszczenia i in. zastosowano różnorodne techniki chemometryczne, takie jak: analiza skupień, analiza głównych składowych, analiza rozmytych głównych składowych, samoorganizujące się mapy Kohonena oraz modele mieszania punktu końcowego.

5

Risk assessment of extreme events along the transboundary Mesta River in Bulgaria using integral indices

Diadovski I., Atanassova M., Simeonov V.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2011

|

Vol. 18, nr 3

319-332

EN

The present work considers the use of an original integral method for evaluation of the climatic and anthropogenic impacts on the average annual water volume and on the maximum and minimum water flow of Mesta River in the Bulgarian territory. The level of impacts and the respective risk assessment is determined by the index Ki flow module, which accounts for the deviation of the average annual water flow Qi from the flow norm Q0. Another index Mmax,i reflects the deviation of the maximum water flow from the maximum flow norm Qmax,0 and the index Mmin,i considers the deviation of the minimum water flow from the minimum flow norm Qmin,0. In order to assess extreme events (floods, droughts) using the dynamics of the integral indices Mmax,i and Mmin,i, histograms to estimate the frequency of appearance of their values in chosen time intervals were constructed. The function adequately describing the distribution of the frequency of appearance of Mmax,i and Mmin,i is a polynomial of third degree. The new approach offered includes an introduction of more specific indicators for assessing the risk of climatic impacts assessment on the river water flow (Ki, Mmin,i and Mmax,i). This is made for the first time in risk assessment of climatic impacts and has been checked at two monitoring sites from the national monitoring net of Mesta River - Yakoruda site (at the spring of the river) and Khadzhidimovo site (at the Bulgarian/Greek border) for the period 1955-2008. It has to be stressed that the indices are integral in their nature because they reflect specific climatically caused events like abundant water years, dry years, floods and droughts.

PL

Przedstawiono zastosowanie oryginalnej metody oceny wpływu czynników klimatycznych i antropogennych na średni roczny, maksymalny i minimalny przepływ wody w rzece Mesta, płynącej przez terytorium Bułgarii. Wpływ poziomu przepływu i ocena ryzyka jest określany przez wskaźnik Ki modułu przepływu, który uwzględnia odchylenie wartości średniego rocznego przepływ wody Qi od normy przepływu Q0. Indeks Mmax odzwierciedla odchylenie maksymalnego przepływu wody od normy maksymalnej Qmax,0, natomiast indeks Mmin,i określa odchylenie minimalnego przepływ wody od normy minimalnego przepływu Qmin,0. Do oceny częstości występowania zjawisk ekstremalnych (powodzie, susze) w wybranych przedziałach czasu za pomocą indeksów integralnych Mmax,i i Mmin,i, zastosowano histogramy. Funkcją opisującą rozkład częstotliwości występowania Mmax,i i Mmin,i jest wielomian trzeciego stopnia. Proponowane nowe podejście zakłada wprowadzenie bardziej szczegółowych wskaźników oceny ryzyka oddziaływania czynników klimatycznych na przepływ wody w rzece (Ki, Mmin,i i Mmax,i). Metoda została po raz pierwszy wykorzystana do oceny wpływu warunków klimatycznych na przepływ wód rzeki Mesta w punkcie pomiarowym Yakoruda (przy źródle rzeki) oraz w punkcie Khadzhidimovo (na granicy bułgarsko-greckiej). Badania prowadzono w latach 1955-2008. Należy podkreślić, że wskaźniki mają naturę integralną, ponieważ są one wyrazem szczególnych warunkach klimatycznych powodujących lata wilgotne, lata suche, powodzie oraz susze.

6

Classification of Different-Sized Aerosol Monitoring Data

Tsakovski S., Simeonov V.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2011

|

Vol. 18, nr 2

275-288

EN

The present study deals with the application of self-organizing maps (SOM) of Kohonen for the classification of aerosol monitoring data sets from two sampling points (Arnoldstein and Unterloibach) located close to the border between Austria and Slovenia. The goal of the chemometric data treatment was to find some specific patterns in the classification maps for five different aerosol fractions collected in four different seasons of the year. The results obtained indicated a distinct separation of the ultrafine particles (PM 0.01–PM 0.4) from the other fractions which underlines their specific effect on human health. Seasonal separation but only between summer and winter sampling is also observed.

PL

Przedstawiono wyniki badań monitoringowych próbek aerozolu atmosferycznego pobranych z dwóch punktów pomiarowych (Arnoldstein i Unterloibach) z pobliża granicy między Austrią i Słowenią. Dane zinterpretowano z wykorzystaniem samoorganizujących się map (SOM) Kohonena. Celem chemometrycznej interpretacji danych było znalezienie charakterystycznych struktur na mapach klasyfikacji dla pięciu różnych frakcji aerozoli, zebranych w czterech różnych porach roku. Uzyskane wyniki wskazują na wyraźne oddzielenie najdrobniejszych cząstek (PM 0,01 – PM 0,4) od innych frakcji, co wskazuje na ich specyficzne działanie na zdrowie człowieka. Obserwuje się również zmiany sezonowe, ale tylko między próbkami pobranymi latem i zimą.

7

Integral Assessment of the Transboundary Mesta River Trophic Pollution in Bułgaria

Diadovski I., Atanassova M., Simeonov V.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2010

|

Vol. 17, nr 2-3

199-215

EN

A conceptual model for integrated river pollution assessment is proposed. Integral assessment of the trophic pollution of the transboundary Mesta River has been made for the initial (background) and final (reference) point of the Bulgarian section by means of some basic indicators. A time period characterizing the economic activity in the country during the transition to market economy has been considered for evaluation of the indicators. The dynamics of the indicators: BOD5, nitrates(V), nitrates(IH), integral index for the trophic pollution level, average annual water amount and biotic index has been analyzed. The integral index is based on the organic and nutrients loading suspended and dissolved substances. Long-term trends seasonal pattern and data set structures are studied by the use of statistical analysis. A trend towards reduction of the indicator values has been identified for background and reference point during the considered period (1989-1995). Only the nitrate(V) content in the background point exhibits a trend towards increasing the values due to natural processes in the catchment. On the basis of the retrospective analysis the conclusion can be drawn that the water quality needs the normative requirements of the river category in Bułgaria.

PL

Zaproponowano koncepcję modelu zintegrowanej oceny zanieczyszczenia rzeki. Dokonano całościowej oceny troficznego zanieczyszczenia transgranicznej rzeki Mesty na podstawie wartości podstawowych wskaźników zmierzonych w początkowym (tło) i końcowym (referencyjnym) bułgarskim odcinku rzeki. Dokonując ocen wskaźników, uwzględniono zmiany gospodarcze zachodzące w kraju, w tym przejście do gospodarki rynkowej. Analizowano wartości takich wskaźników, jak: BZT5, stężenie azotanów(V), stężenie azotanów(III), całkowity wskaźnik zanieczyszczeń troficznych, średni roczny przepływ wody i wartości indeksu biotycznego. Całkowity wskaźnik uwzględnia ładunek organicznych i zawieszonych składników pokarmowych oraz substancje rozpuszczone. Dokonano analizy statystycznej długoterminowych trendów sezonowych i struktury rozpatrywanych zbiorów danych. W badanym okresie (1989-1995) zaobserwowano tendencję w kierunku zmniejszenia się wartości wskaźników w punkcie tła i punkcie odniesienia. Tylko azotany(V) w punkcie tła w zlewni wykazują tendencję do wzrostu wartości w wyniku naturalnych procesów. Na podstawie analizy retrospektywnej można stwierdzić, że jakość wody mieści się w normatywnych wymogach dla rzek w Bułgarii.

8

Assessment of climate impact on the transboundary Struma River flow in Bulgarian territory using integral indices

Davidovski I., Atanassova M., Simeonov V.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2009

|

Vol. 16, nr 3

181-200

EN

The present work considers the Struma River on the Bulgarian territory using the integral method for evaluation of climatic and anthropogenic impacts on the river flow average annual water volume and maximum and minimum water flow. The level of this impact is determined by the index Ki (flow module), the index Ci for the deviation of the average annual water flow Qi from the flow norm Q0. the index Ki,max for the deviation of the maximum water flow Qmax,i from the flow norm Q0, the index Ki,min for the deviation of the minimum water flow Qmin,i from the flow norm Q0, the index Mi,max for the deviation of the maximum water flow from the maximum flow norm Qmax,0 the index Mi,min for the deviation of the minimum water flow from the minimum flow norm Qmin,0. The new approach offered includes the introduction of more specific indicators for assessment of climatic impacts on the river water flow like indices for flow module (Ki,av), for deviation of average (Ci), The use of the indices suggested makes possible to estimate the role of different climatic changes by Ki,av, Ki, in, Ki,max. Mi,min, Mi,max, Ci, hi and hi,max. This is made for the first time in assessment of climatic impacts and has been checked at Pernik and Krupnik for the period 1948-2006. The indices are integral in their nature because they reflect specific climatic caused events like abundant years, dry years, floods and draughts.

PL

Dokonano oceny wpływu zmian klimatycznych i antropogennych na średni roczny przepływ wody oraz wartość maksymalnego i minimalnego przepływu wody w rzece Struma przepływającej przez terytorium Bułgarii. Parametry te są określone przez indeks Ki (wskaźnik przepływu), wskaźnik Ci średniego odchylenia rocznego przepływu wody Qi do normy przepływu Q0, indeks Ki,max maksymalnego odchylenia przepływu wody Qmax,i do normy przepływu Q0, indeks Ki,min minimalnego odchylenia przepływu wody Qmin,i do normy przepływu Q0, wskaźnik Mi,max maksymalnego odchylenia przepływu wody do maksymalnej normy przepływu Qmax,0, indeks Mi,min minimalnego odchylenia przepływu wody do minimalnej normy przepływu Qmin,0. Nowe podejście wprowadza bardziej szczegółowe wskaźniki oceny wpływu klimatu na wody rzeki, jak wskaźniki przepływu modułu (Ki,av), odchylenie średniej (Ci), Zastosowanie sugerowanych wskaźników umożliwia ocenę roli różnych zmian klimatycznych przez Ki,av, Ki,min, Ki,max, Mi,min, Mi,max. Ci, hi i hi,max. Metoda ta została zastosowana i sprawdzona w Perniku i Krupniku dla lat 1948-2006 w celu oceny skutków zmian klimatu. Indeksy te odzwierciedlają wywołane zmianami klimatycznymi szczególne wydarzenia, takie jak: lata suche, powodzie i wiatry.

9

Experimental design in monitoring procedure to determine heavy metals in marine sediments

Simeonova P., Simeonov V., Spasov L.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2008

|

Vol. 15, nr 6

521-534

EN

Experimental design is often used as a statistical tool for optimizing and modeling of analytical procedures, especially in environmental monitoring. For instance, using Taguchi's experimental design technique in the chemistry laboratory, factors such as mass per volume ratio, digestion temperature, digestion time and chemicals can be identified to provide control in heavy metals (eg Cd and Cr) measurements in marine sediments diminishing the effect of signal noise during analysis. The expected performance and the cost savings under optimum condition ale calculated. The model results ale validated by real measurements.

PL

Planowanie doświadczeń jest często używane jako narzędzie statystyczne do optymalizacji i modelowania procedur analitycznych, zwłaszcza w monitorowania środowiska. Na przykład w laboratorium chemicznym, za pomocą metody Taguchiego projektowania doświadczeń, można zidentyfikować wpływ takich czynników, jak stosunek masy do objętości, temperatura trawienia, czas trawienia i obecność substancji chemicznych na wyniki pomiarów zawartości metali ciężkich (np. Cd, Cr) w osadach morskich. Zastosowanie tej metody umożliwia także zmniejszenie szumów podczas analizy sygnału. Obliczono oczekiwaną wydajność i zmniejszenie kosztów w warunkach optymalnych. Wyniki modelowe zostały potwierdzone za pomocą rzeczywistych pomiarów.

10

Evaluation of aqua regia microwave-assisted digestion procedures for metal elements determination in environmental samples by FAAS and ICP-MS

Chepanova L.A., Aneva Z.V., Simeonov V.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2008

|

Vol. 15, nr 6

505-519

EN

Fourteen certified reference environmental materials were analyzed using FAAS and ICP-MS for mass fraction of metal using two procedures for aqua regia microwave-assisted digestion with power and temperature control. A nearly complete ex-traction of As, Cd, Co, Cu, Hg, Fe, Mn, Ni, Pb and Zn and incomplete recoveries of Cr, Se and V are achieved. The mass fraction obtained for Cr by ICP-MS analysis is usually higher in comparison with F AAS determination and depends on the spectrochemical buffer added. The microwave digestion procedures are compared with those recommended by ISO EN 13346, EPA 3052 and Milestone Laboratory and slight deviations are obtained. The better covering of the certified values is observed for ICP-MS analysis with temperature control microwave-assisted digestion..

PL

Za pomocą metody FAAS i ICP-MS przeanalizowane czternaście certyfikowanych, środowiskowych materiałów odniesienia. Oznaczano stężenia metali ciężkich, używając dwóch procedur roztwarzania wspomaganego mikrofalami w wodzie królewskiej: z regulacją mocy i z regulacją temperatury. Prawie całkowity odzysk stwierdzono dla takich pierwiastków, jak: Cd, Co, Cu, Hg, Fe, Mn, Ni, Pb i Zn i niekompletny dla: Cr, Se i V. Stwierdzono większe stężenia Cr dla próbek analizowanych me-todą ICP MS w porównaniu z próbkami analizowanymi za pomocą FAAS, co zależało także od użytego buforu. Procedury roztwarzania wspomaganego mikrofalami porównano z zaleceniami ISO EN 13346, EPA 3052 i Milestone Laboratory, zaobserwowano występowanie pewnych różnic. Lepszą zgodność wartości certyfikowanych i zmierzonych stwierdzono przy zastosowaniu metody ICP.MS z roztwarzaniem wspomaganym mikrofalami z regulacją temperatury.

11

Correlation analysis of clinical test data for diabetes mellitus type 2 patients

Nikolov M., Simeonova P., Simeonov V.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2008

|

Vol. 15, nr 7

683-691

EN

The present study deals with the application of correlation analysis as an option for assessment of clinical data from diabetes mellitus type 2 patients. One hundred clinical cases of patients are considered as object of the statistical treatment, each one of them characterized by 34 various clinical parameters. The go al of the study was to find patterns of correlation between the clinical tests. Each group of correlated indices is interpreted revealing specific aspects of the data structure. Relevant explanation of the correlation is found based on the patterns of correlation for parameters determining glucose level, anthropometric data, enzyme level, liver function, kidney function etc. It is assumed that this correlation could be of help in optimizing the performance of clinical test for this type of patients and for designing a pattern for the role of the different groups of test in determining of the metabolic syndrome of the patients.

PL

Zastosowano analizę korelacyjną jako metodę wspomagającą ocenę danych klinicznych pacjentów chorujących na cukrzycę typu 2. Badaniami objęto stu pacjentów, każdy z nich został scharakteryzowany za pomocą 34 różnych parametrów klinicznych. Celem badań było znalezienie struktur w korelacjach pomiędzy wynikami testów klinicznych. Każda skorelowana grupa pokazuje specyficzne aspekty struktur danych. Korelacje wyjaśniono na podstawie znalezionych struktur w korelacjach pomiędzy poziomem cukru we krwi, danymi antropometrycznymi, poziomem enzymów, funkcjami wątroby i nerek i in. Wydaje się, że korelacje te pomogą lepszemu wykorzystaniu testów klinicznych dla tego typu pacjentów oraz w projektowaniu grup testów do określania zespołów metabolicznych pacjentów.

12

Receptor modeling of air contaminants

Simeonov V.

Proceedings of ECOpole

|

2007

|

Vol. 1, No. 1/2

53--58

EN

The aim of the present communication is to discuss the options for studying the environmental contaminants by the use of chemomctric strategies. The problem with source apportioning of environmental data is considered through the receptor modeling approach being very effective statistical tool in chemomctrics. Data sets from two major regions (region of Krakow, Poland and Vienna, Austria) are classified, apportioned and modeled by the use of cluster analysis, principal components analysis, self-organizing maps approach and chemical mass balancing modeling. It is shown that in many cases the balancing could be achieved by already classical methods like cluster and factor analysis but in other cases additional strategies contribute significantly to the adequate modeling and interpretation process. It is our deep conviction that a reliable source apportionment of environmental contaminants and correct estimation of the contribution of the pollution sources to the total mass can be expected if various strategies are involved to one and the same object of study. The methods mentioned are extremely important as information sources for risk assessment observations and for decision making procedures.

PL

Przedyskutowano możliwości zastosowania metod chemometrycznych do badań zanieczyszczenia środowiska z wykorzystaniem strategii chemometrycznych. Problem określenia źródła danych środowiskowych jest rozważony za pomocą modelowania receptora, będącego bardzo efektywnym narzędziem statystycznym w chemometrii. Dane pomiarowe dotyczące dwóch regionów (miasta Krakowa. Polska i kilka miast austriackich) zostały opracowane za pomocą analizy skupień, analizy głównych składowych, map samoorganizujących i bilansu mas chemicznych Wykazano, że w wielu przypadkach bilansowanie mogłoby być dokonane klasycznymi metodami, jak skupienia i analiza czynnikowa, ale w innych przypadkach dodatkowe metody przyczyniają się znacząco do odpowiedniego modelowania i interpretacji wyników. Zastosowanie różnych metod do analizy wyników badań pozwali na określenie środowiskowych źródeł zanieczyszczeń i poprawne obliczenie wkładu tych źródeł w całkowitą masę zanieczyszczeń. Wspomniane metody są równie ważne jak źródło informacji w ocenie ryzyka i przy opracowywaniu procedur decyzyjnych.

13

Receptor modeling of air contaminants

Simeonov V.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2007

|

Vol. 14, nr 7

669-691

EN

The aim of the present paper is to discuss the options for studying the environmental contaminants by the use of chemometric strategies. The problem with source apportioning of environmental data is considered through the receptor modeling approach being very effective statistical tool in chemometrics. Data sets from two major regions (region of Krakow, Poland and several Austrian cities) are classified, apportioned and modeled by the use of cluster analysis, principal components analysis, self-organizing maps approach and chemical mass balancing modeling. It is shown that in many cases the balancing could be achieved by already classical methods like cluster and factor analysis but in other cases additional strategies contribute significantly to the adequate modeling and interpretation process. It is our deep conviction that a reliable source apportionment of environmental contaminants and correct estimation of the contribution of the pollution sources to the total mass can be expected if various strategies are involved to one and the same object of study. The methods mentioned are extremely important as information sources for risk assessment observations and for decision making procedures.

PL

Przedyskutowano możliwości zastosowania metod chemometrycznych do badań zanieczyszczenia środowiska z wykorzystaniem strategii chemometrycznych. Problem określenia źródła danych środowiskowych jest rozważony za pomocą modelowania receptora, będącego bardzo efektywnym narzędziem statystycznym w chemometrii. Dane pomiarowe dotyczące dwóch regionów (miasta Krakowa, Polska i kilku miast austriackich) zostały opracowane za pomocą analizy skupień, analizy głównych składowych, map samoorganizujących i bilansu mas chemicznych. Wykazano, że w wielu przypadkach bilansowanie mogłoby być dokonane klasycznymi metodami, jak skupienia i analiza czynnikowa, ale w innych przypadkach dodatkowe metody przyczyniają się znacząco do odpowiedniego modelowania i interpretacji wyników. Zastosowanie różnych metod do analizy wyników badań pozwali na określenie środowiskowych źródeł zanieczyszczeń i poprawne obliczenie wkładu tych źródeł w całkowitą masę zanieczyszczeń. Wspomniane metody są ważne jako źródło informacji przy ocenie ryzyka i przy opracowywaniu procedur decyzyjnych.

14

Multivariate statistical interpretation of laboratory clinical data

Simeonova P., Simeonov V.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2007

|

Vol. 14, nr 2

159-170

EN

Laboratory aids are extensively used in the diagnosis of diseases, in preventive medicine, and as management tools. Reference values of clinical healthy people serve as a guide to the clinician in evaluating parameters. Biochemical values obtained abroad may not be fully applicable to local conditions because they are influenced by race and environmental and management differences. Some variations also exist in results between laboratories using different reagents, methods, and instruments. Sometimes, laboratory findings about people are compared with reference values of other countries, which may not be a valid comparison. To our knowledge, references on biochemical serum of the healthy individuals do not yet exist. For the reasons mentioned, the purpose of this study was to determine reference serum biochemical values for the healthy population to form a basis for clinical interpretation. Further, the laboratory test results were subject to intelligent data analysis, which allows a-specific classification, modeling and interpretation. Multivariate statistical methods like cluster analysis and principal components analysis were applied in order to reveal the hidden data structure and to offer some new information on the relation between the parameters studied like separation with respect to sex and age.

PL

Wyniki analiz laboratoryjnych są szeroko wykorzystywana w diagnostyce chorób, medycynie prewencyjnej i jako narzędzia zarządzania. Wartości odniesienia parametrów charakteryzujących ludzi klinicznie zdrowych służą lekarzom jako odnośniki do oceny stanu zdrowia pacjenta. Wartości parametrów biochemicznych uzyskane zagranicą mogą nie być dobrym odnośnikiem w warunkach lokalnych ponieważ wpływają na nie rasa, różnice środowiskowe i sposób prowadzenia badań. Różnice wyników analiz pojawiają się takie pomiędzy laboratoriami, co jest wynikiem stosowania odmiennych odczynników, metod i aparatury. Celem naszych prac było określenie wartości odniesienia parametrów charakteryzujących surowicę krwi ludzi zdrowych, które tworzą podstawę klinicznej interpretacji tych samych parametrów surowicy ludzi chorych. Otrzymane wyniki badań były poddane analizom statystycznym, dzięki którym dokonano ich klasyfikacji, modelowania i interpretacji. Za pomocą analizy skupień i analizy składowych głównych ujawniono ukrytą strukturę danych oraz otrzymano nowe informacje o wpływie wieku i płci badanych osób na wartości parametrów surowicy.

15

Chemometric evaluation of the air quality in an industrial region. Case study Kosice, Slovakia

Simeonova P., Simeonov V., Lux L., Dakova I., Spanos T.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2005

|

Vol. 12, nr 7

727-737

EN

The present case study deals with the environmetric estimation of the sir quality in the urban and rural region of City of Kosice, Slovakia. The annual loads of total dust and 8 heavy metals were used as input data. Correlation, cluster, and principal components analysis were used to classify, model and interpret the data. It bas been found that a distinctive separation between the rural and urban sites is observed (cluster analysis), which indicated different dynamics of the pollution at both sites. Further, the correlation gave some hints about possible linkages between the chemical tracers but without clarifying the structure of the data sets. Using principal components analysis and regression on principal components, it was found that three latent factors determine the pollution impact - soil or mineral dust, industrial and traffic sources. It was proved that differences are present for the rural and the urban sites in the source apportioning of the total trace metal concentrations. It made possible to discuss the different pollution patterns at the rural and at the urban sites.

PL

Przedstawiono studium przypadku dotyczącego oceny środowiskowej jakości powietrza regionu koszyckiego, mającego charakter miejsko-wiejski. Danymi wejściowymi tej oceny były średnioroczne pomiary stężenia pyłu oraz 8 metali ciężkich. Do klasyfikacji, modelowania i interpretacji danych doświadczalnych zastosowano analizę: korelacji, klasterów oraz składników głównych. Za pomocą analizy klasterów stwierdzono wyraźne różnice między obszarem miejskim a wiejskim, wskazuje to na różnice w dynamice rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza w tych dwóch obszarach. Analiza korelacji wskazuje na istnienie zależności między badanymi wskaźnikami, ale nie objaśnia wyznaczonej struktury zbioru danych. Analiza składników głównych pokazuje, że 3 czynniki wpływają na obserwowany poziom zanieczyszczenia atmosfery: gleba (pył mineralny) oraz źródła przemysłowe i transport. Wyznaczono różnice w udziale tych 3 czynników na terenie miejskim oraz wiejskim.

16

Sources of organic carbon to bottom sediments in an Atlantic coastal plain estuary

Nikolova-Eddins S.G., Williams D.F., Simeonov V., Tsakovski S., Simeonova P.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2004

|

Vol. 11, nr 10

1023--1037

EN

A three end-member mixing model was used to quantify terrestrial, marine and salt-marsh contributions to the bottom sediments of Winyah Bay, South Carolina. Model results, based on carbon and nitrogen stable isotope data, suggested that contributions of organic carbon may originate from at least five sources: a paper mill, upland oak/pine forests, freshwater marshes and cypress swamps near the estuary head, saltmarshes near the mouth and the coastal ocean. In addition, organic carbon may also be input from non-point sources in the watershed and brackish marshes fringing the Bay. Additional atomic and molecular tracers of organic carbon, suitable for Winyah Bay, are needed to "unmix" end-member contributions to estuarine bottom sediments. Carbon flow between the Bay and its extensive fresh- and salt-water marshes must be assessed for identification of proper management strategies of Winyah Bay natural resources.

PL

Zastosowano chemometryczny model trzech składników końcowych do wyznaczenia w składzie osadów dennych zatoki morskiej (zalewu) - Winyah Bay, SC, USA udziałów składników: glebowego, morskiego i bagien słonych. Wyniki otrzymane dla tego modelu, wykorzystujące dane doświadczalne dotyczące zawartości trwałych izotopów węgla i azotu wskazują, że zawartość węgla organicznego w tych osadach może pochodzić z co najmniej pięciu źródeł: zakładów papierniczych, lasów dębowo-sosnowych, bagien słodkowodnych, mokradeł cyprysowych w pobliżu początku estuarium, słonych bagien w pobliżu jego ujęcia oraz z wybrzeża oceanu. Ponadto, węgiel organiczny może być dostarczany z innych niepunktowych źródeł działu wodnego oraz słonawych nadbrzeżnych mokradeł zatoki (Winyah Bay). Atomowe i molekularne wskaźniki węgla organicznego, odpowiednie dla Winyah Bay, pozwolą na jednoznaczne ustalenie udziału składników końcowych w osadach dennych. Poznanie przemieszczania się pierwiastka węgla pomiędzy zatoką Winyah Bay oraz jej rozległymi słodko- i słonowodnymi mokradłami jest niezbędne dla opracowania strategii zarządzania bogactwami naturalnymi tego estuarium.

17

Multivariate statistical modeling of urban aerosol monitoring data

Tsakovski S., Barbieri P., Bauer H., Puxbaum H., Simeonov V.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2004

|

Vol. 11, nr 6

489--496

EN

The present communication represents the advantages of the multivariate statistical treatment of environmental data (aerosol data collection from an urban region). The fine aerosol particles (PM 2.5) from a site with heavy traffic and from a semi-rural sile ale treated by cluster and principal components analysis in order to identify pollution sources. Five latent factors determine the data structure in the first site and four in the second. They represent the influence of vehicles, road dust, mineral salt content or secondary aerosol emissions and explain over 80% of the total variance. The apportioning procedure reveals the impact of each source on the total mass or on the total concentration of the chemical species. The major part to the formation of the total mass or concentration is based on the contribution of traffic factors or secondary aerosol emissions.

PL

Zbiór danych monitoringowych dla aerozoli o drobnych cząstkach (PM 2.5) pochodzących z terenu miejskiego (o dużym nasileniu ruchu samochodowego oraz z obszaru półrolniczego) poddano statystycznej analizie wielu zmiennych. Dla identyfikacji źródeł zanieczyszczenia wykorzystano analizę klasterów (grup) oraz analizę głównych składowych (komponentów). Pięć ukrytych czynników charakteryzowało dane dotyczące struktury pierwszego obszaru, a cztery pozostałe drugiego obszaru. Przedstawiają one wpływ pojazdów, pyłu drogowego, zawartości soli mineralnych lub wtórnej emisji aerozoli i wyjaśniają około 80% całkowitej wariancji. Procedura rozdziału określa wpływ każdego źródła na całkowitą masę lub stężenie związków chemicznych. Główna część tych zanieczyszczeń (określoną ich masą lub stężeniem) jest spowodowana ruchem drogowym lub wtórną emisją aerozoli.

18

Lake water quality assessment by multivariate statystical analysis

Simeonov V., Zachariadis G., Voutsa D., Stratis J., Anthemidis A., Samara C., Tsakovski S., Kouimtzis T., Simenova P., Andreev G.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2004

|

Vol. 11, nr 6

471--488

EN

The present study deals with the multivariate statistical assessment of the water quality of several lakes located in Northern Greece. A two-year monitoring of different chemical and physicochemical parameters of the lake water was performed for the lakes Koronia, Volvi, Doirani, Megali Prespa and Mikri Prespa. The application of cluster and principal components analysis as well as apportioning modelling on absolute principal components scores has shown that if the whole data set is proceeded six latent factors prove to be responsible for the data structure and they form a specific pattern or the region where the lakes are located: the lake water quality is affected by natural, sediment, waste inlets (domestic and industrial), oxidation and toxic factors. Further, specific patterns of similar type were constructed for each lake with respect to the sampling period and to the relationships between the chemical and physicochemical parameters. Again, latent factors responsible for the data structure of each lake are identified. Finally, the contribution of each identified source to the chemical concentration was determined both for the whole dataset and for each lake in consideration.

PL

Przy użyciu statystyki wielu zmiennych oceniono jakość wody kilku jezior w północnej Grecji. W ciągu dwu lat monitorowano parametry chemiczne i fizykochemiczne wody z jezior: Koronia, Volvi, Doirani, Megali Prespa i Mikri Prespa. Stosowano zarówno analizę klasterową (grupową) oraz składowych głównych, jak również modelowanie z wykorzystaniem wartości absolutnych składowych (komponentów) głównych. Wyniki tych analiz dla całego zbioru danych pokazują, że ich struktura jest określona przez sześć czynników ukrytych, które tworzą obraz specyficzny dla danej lokalizacji jezior. Jakość wody jeziornej określają: czynniki naturalne, osady denne, zrzuty odpadów (komunalnych i przemysłowych) oraz substancje utleniające i toksyczne. Dla każdego jeziora skonstruowano charakterystyczne specyfikacje (podobnego typu), biorąc pod uwagę okres próbkowania oraz zależności między parametrami chemicznymi i fizykochemicznymi. Określono czynniki ukryte odpowiedzialne za strukturę danych opisujących każde jezioro. Określono wpływ każdego ze źródeł na skład chemiczny zarówno dla wszystkich danych, jak i oddzielnie dla każdego rozpatrywanego jeziora.

19

Environmetric assessment of pollutant concentrations effects on forest ecosystems

Antonova D., Antonov L., Petrov V., Simeonov V., Tsakovski S., Braun S., Flueckiger W.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2004

|

Vol. 11, nr 6

439--448

EN

The present communication deals with the application of cluster and principal components analysis to a data set collected by monitoring wet precipitation at three different sampling sites. The idea is to identify latent factors responsible for the data structure at each site and, thus, to get information on their effects on the forest ecosystems. It has been found that a significant separation between the sites is achieved based on the analytical results and the identified factors correspond to acidic, mineral and crustal effects on the forest ecosystem.

PL

Przedstawiono wyniki zastosowania chemometrycznej analizy klasterów (grup) oraz analizy składowych głównych dla danych monitoringu ciekłego opadu atmosferycznego z trzech różnych miejsc. Celem była identyfikacja czynników ukrytych, odpowiedzialnych za strukturę danych z każdego miejsca pobierania próbek. W rezultacie otrzymano informacje o wpływie tych czynników na ekosystemy leśne. Zarówno doświadczalne dane analityczne, jak i zidentyfikowane 3 czynniki ukryte (kwasowy, mineralny i fazy krystalicznej) wskazują na znaczące różnice między badanymi ekosystemami leśnymi.

20

Chemometric quelity assessment of surface waters: two case studies

Simeonov V., Simeonova P., Tzimou-Tsitouridou R.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2004

|

Vol. 11, nr 6

449--469

EN

This study deals with the application of some chemometric approaches (cluster analysis, principal components analysis and principal components regression) to two case studies: a potable water monitoring data set from the region of Kavala, Greece, being analysed according to the standard instructions and directives of the European Union and monitoring data from the basin of Saale river, Germany. It is shown that the data classification by cluster analysis and data structure modeling by principal components analysis in the first case reveals similar results, namely four different patterns of water source sites are identified depending on the geographical site location (near to Nestos river, near to Strimon river, elevated sites and near-to-coast sites). Three latent factors, explaining over 85% of the total variance, are responsible for the data structure as follows: "water acidity (anthropogenic)", "water hardness (natural)" and "marine" factor. Their importance for the different sites is related to the site location. The second case study performed in a two year period of observation collected a data set from 12 campaigns at 29 sampling sites from Saale river and in 6 campaigns from the river Ilm at 7 sampling sites and from river Unstrut at 10 sampling sites. Twenty-seven chemical and physicochemical parameters to estimate the water quality were measured. The application of cluster analysis, principal components analysis and apportioning modeling on absolute principal components scores bas lead to gaining of important information about the ecological status of the region of interest: identification of two separate patterns of pollution (upper and lower stream ofthe rivers); six latent factors responsible for the data structure with different content for the two identified pollution patterns; contribution of each latent factor (source of emission) to the formation of the total concentration of the chemical parameters of the river water. Thus, a better ecological policy and decision making is possible.

PL

Przedstawiono wyniki analizy chemometrycznej dwóch zbiorów danych monitoringowych dla wody pitnej z nadmorskiego regionu Kawala, Grecja, analizowanych zgodnie ze standardami i dyrektywami Unii Europejskiej, oraz z dorzecza rzeki Saale, Niemcy. Dla pierwszego przypadku, obróbka danych metodą klasterów (grup) oraz modelowania struktury danych za pomocą analizy składowych głównych ujawnia podobne rezultaty, mianowicie zależnie od geograficznej lokalizacji miejsca pobierania próbek (w pobliżu rzeki Nestos, w pobliżu rzeki Strimon, w miejscach wyżej położonych oraz w pobliżu brzegu morskiego) zidentyfikowano cztery różne rodzaje próbek wody. Trzy czynniki ukryte, wyjaśniające około 85% całkowitej wartości wariancji, są odpowiedzialne za strukturę uzyskanych danych. Można je określić jako: ,,(antropogenna) kwasowość wody", ,,(naturalna) twardość wody" oraz czynnik "morski". Ich znaczenie dla różnych miejsc jest związane z miejscem próbkowania. Drugą część badań przeprowadzono w przeciągu dwóch lat w czasie 12 serii pobierania próbek z 29 miejsc rzeki Saale, 6 serii dla rzeki Ilm z 7 miejsc oraz dla rzeki Unstrut z 10 miejsc próbkowania. Dla oceny jakości wody oznaczono 27 parametrów chemicznych i fizykochemicznych. Za pomocą metody klasterów, analizy składowych głównych oraz modelowania rozdziału wartości bezwzględnych składowych głównych uzyskano ważne informacje o ekologicznym statusie regionu. Zidentyfikowano i ilościowo scharakteryzowano dwa różne obrazy (wzory) zanieczyszczeń (dla górnego i dolnego biegu badanych rzek) oraz 6 czynników ukrytych, odpowiedzialnych za strukturę danych z różną zawartością dwóch ww. obrazów zanieczyszczeń. Ponadto wyznaczono wkład każdego czynnika ukrytego (źródła pochodzenia) do obserwowanego, całkowitego stężenia związków chemicznych w wodzie danej rzeki. Informacje te umożliwiają prowadzenie lepszej polityki ekologicznej i podejmowanie bardziej trafnych konkretnych decyzji.