Биохимия и биофизика

Слободян О.В., Григоришин П.М., Шаплавський М.В., Огороднік А.Д., Зав’янський Л.Ю.

Буковинський державний медичний університет

Дослідження питомого опору електролітів та біологічних рідин безелектродним методом

Для вимірювання питомого опору електролітів та біологічних рідин розроблено безелектродний спосіб, що не потребує великої кількості досліджу-ваної рідини та значної площі її контакту з вимірювальним елементом приладу. Останнє є принципово важливим фактором, оскільки такий контакт приводить до електрохімічних процесів на електродах [Н.И.Губанов, А.А. Утепбергенов. Медицинская биофизика. – М.: Медицина, 1978. – 336 с.], здатних до руйнації взаємозв’язків дисипативної структури біологічної рідини.

В технічному рішенні способу використано схему для вимірювання доб-ротності коливального контуру за допомогою приладу (вимірювач добротності ВМ-560), який підключався до цифрового вольтметра В7-21 спряженого з комп’ютером, що дозволило проводити вимірювання питомого опору досліджуваної рідини на основі зміни величини добротності коливального контуру індуктивно зв’язаного з капілярним соленоїдом, заповненим досліджуваною рідиною.

Перед дослідженням рідини в капілярному соленоїді вимірюють добротність пристрою за відсутності рідини в капілярі:

, (1)

а також хвильовий опір:

, (2)

настроївши вимірювач добротності ВМ-560 на резонансну частоту . Оптимальну резонансну частоту обирають шляхом зміни ємності С₁ коливального контура.

При заповненні капілярного соленоїда рідиною з питомим опором ρ_х, спостерігається зменшення добротності еквівалентного коливального контуру Q₂:

(3)

та зміна його хвильового опору ρ₂:

, (4)

які можна виміряти експериментально (рис. 1).

(1) – порожній соленоїд; (2) – при заповненні капіляру соленоїда дистильованою водою; (3) – водопровідною водою; (4) – плазмою крові людини (І група); (5) – 0,9% водним розчином NaCl.

Дослідження на різних рідинах показало, що даним способом можна досліджувати їх питомий опір ρ. Питомий опір рідини вираховується за допомогою комп’ютерної програми, яка складена на основі формул (1-4). Результати вимірювання питомого опору та питомої електропровідності висвітлюються на цифровому екрані вимірювальної установки.

Перепишемо (3) у зворотньому вигляді:

,

в даному випадку х_1вн<<x₁, тому :

. (5)

врахувавши, що тут ≈, запишемо:

. (6)

Підставивши r_1вн із (6) в (5) одержимо:

–. (7)

Коли капілярний соленоїд заповнений повітрям, то , звідси .

Побудуємо графічну залежність оберненого опору рідин 1/R від оберненої 100/Q (пряма на рис. 2). Точками показано експериментальні значення для різних рідин, для яких питомий опір був попередньо виміряний стандартними загальноприйнятими електродними методами. Спостерігається узгодження теоретичних результатів з експериментальними. Приклади практичного застосування способу. Дослідження прово-дились при t = 20⁰С. Спочатку спостерігали зміну добротності коливального контуру, індуктивно зв'язаного з капілярним соленоїдом від частоти за відсутності рідини. На графіку (рис. 1 ) можна спостерігати максимум 1, що відповідає значенню добротності Q= 244. Далі заповнювали капілярний соленоїд такими рідинами: дистильована вода (отримана на установці ДЭ-4-2М (ТУ 64-1-721-91)) значення добротності та опору Q=200; R=151,14 MОм (максимум 2); водопровідна вода значення добротності та опору Q=175; R=22,14 MОм (максимум 3); плазма крові людини (І групи) значення добротності та опору Q=55; R= 1,393 MOм (максимум 4); 0,9% водний розчин NaCl значення добротності та опору Q=42,5; R=0,994 MOм (максимум 5).

Питомий опір досліджуваних рідин розраховувався програмою після попередньої інсталяції значень довжини капіляру (l = 760 мм) та площі його перерізу (S=1мм² ) у відповідності з формулою:

. (8)

Рис. 3. Залежність добротноcті Q від оберненого опору 1/R рідини при резонансній частоті f₀=320 кГц.

Отже питомий опір досліджуваних рідин становить: для дистильованої води ρ=19,89 КОм∙см; для водопровідної води ρ=2,914 КОм∙см; для плазми крові людини (І група) ρ=0,183 КОм∙см; для 0,9% водного розчину NaCl ρ=0,131 КОм∙см.

Даний метод визначення питомого опору електролітів та біологічних рідин дозволяє в автоматичному режимі визначати питомий опір без суттєвої руйнації іонних асоціацій об’єкту дослідження.