Измерив величину тока I и падение напряжения на ткани U, рассчитывают сопротивление ткани . С учетом размеров кондуктометрической ячейки можно определить удельное сопротивление биологической ткани по формуле: ,

гдеR – сопротивление ткани;

S – поперечное сечение кондуктометрической ячейки S=b·d;

L – длина ячейки;

b – ширина ячейки;

d – глубина ячейки.

В настоящее время в медицине в основном используется двухэлектродный метод измерения. Преимуществом этого способа является простота измерения. Но этот метод может применяться только на переменном токе довольно высоких частот. Это ограничение обусловлено поляризацией токовых электродов, точнее, приэлектродного слоя биологической ткани.

Вследствие различия работы выхода электронов из металлического электрода и биологической ткани на границе раздела электрод – ткань возникает разность потенциалов и, следовательно, достаточно сильное электрическое поле.

Толщина слоя поляризованных молекул (белки, вода), обладающих дипольным моментом, составляет несколько мономолекулярных слоёв. Поляризованные молекулы, обладающие дипольным моментом, – это достаточно хороший диэлектрик. Поэтому этот слой имеет высокое сопротивление. В результате при измерениях на этом слое падает значительное напряжение Е_поляр. Причём при измерениях на постоянном токе Е_поляр может в несколько раз превышать омическое падение напряжения U = IR. Это приводит к значительным погрешностям, которые могут достигать 1000%, к тому же процессы поляризации нестабильны во времени.





Рис. 5 Схематическое изображение поляризации токовых электродов и образования двойного электрического слоя.

Наиболее совершенным методом измерения удельной электропроводности БТ является четырехэлектродный метод. Особенность четырёхэлектродного способа заключается в том, что используются раздельные токовые и потенциальные электроды. Схема четырехэлектродных измерений представлена на рис.6.





Рис.6. Схема четырехэлектродного метода измерения удельного сопротивления биологических тканей и жидкостей. ТЭ –токовые электроды; ПЭ –потенциальные электроды; mV –милливольтметр; mA –миллиамперметр; Б –источник тока; R –резистор регулировки тока; L –расстояние между потенциальными электродами.

---

Как видно из рис.6,приэлектродная поляризованная область токовых электродов исключена из схемы измерений. Поэтому этот способ устраняет все погрешности, связанные с поляризацией токовых электродов. Четырёхэлектродная схема позволяет измерить удельную электропроводность БТ как на постоянном, так и на переменном токе. Расчет удельного сопротивления производится по тем же формулам, что и для двух электродного метода, однако, L –это расстояние между потенциальными электродами.
Практическая часть

Описание экспериментальной установки

Электрическая схема лабораторной измерительной установки для измерения удельной электропроводности БД представлена на рис. 7. Установка состоит из 4 основных частей: генератора низкой частоты ГЗ-112, милливольтметра ВЗ-33, коммутирующего устройства и измерительной кондуктометрической ячейки.

В качестве источника переменного синусоидального тока используется генератор ГЗ-112, позволяющий получать переменный ток в диапазоне частот 10-10⁶ Гц. Падение напряжения в объеме биологической ткани и величина измерительного тока контролируется с помощью высокоомного милливольтметра ВЗ-33.

Коммутирующее устройство позволяет подключать поочередно вход милливольтметра для измерения тока через биологическую ткань (переключатель находится в положении I) или для измерения падения напряжения в объеме биологической ткани (переключатель находится в положении V). Кроме того, в коммутирующем устройстве имеется разделительный трансформатор, предназначенный для развязки выходных цепей генератора от «Земли». Резисторы R₁ и R₂ включены последовательно с биологической тканью и служат для ограничения и стабилизации измерительного тока. Резистор R₃ является шунтом и по падению напряжения на нем определяется величина измерительного тока I по закону Ома: I = U/R. Так как величина резистора R₃ постоянна и равна R₃ = 1000 Ом, то по падению напряжения легко определить силу тока.

При проведении измерений изменяется частота напряжения генератора и используются различные объекты исследований (физиологический раствор, биологическая ткань), в связи с этим величина тока может меняться. Величину измерительного тока необходимо поддерживать постоянной (обычно I = 10^-4 А), регулируя величину выходного напряжения генератора.

---

Рис. 7. Электрическая схема лабораторной измерительной установки.

Э_т – токовый электрод; Э_п – потенциальный электрод; 3 – биологическая ткань; 4 – микроамперметр; 6- резистор для регулировки тока; 7 – милливольтметр; 8 – источник тока – генератор.
Прежде чем приступать к выполнению данной работы, необходимо изучить используемые в ней стандартные приборы.

1. Проверить наличие заземление у вольтметра.

2. Найти гнезда входа, тумблер включения.

3. Ознакомиться со шкалой прибора и пределами измерения.

4. Найти переключатель пределов измерения.

5. Проверить наличие заземления у генератора.

6. Найти гнезда выхода для подключения коммутирующего устройства.

7. Найти тумблер включения генератора.

8. Найти лимб (шкалу) установки частоты и ручку для его вращения.

9. Переключатель диапазона частоты.

10. Ручку регулировки выходного напряжения (уровень выхода).

Выполнение работы

а) Исследование электропроводности раствора NaCl 0,9% (физиологический раствор) в диапазоне частот 100 Гц – 10⁶ Гц.

1. Заполнить с помощью пипетки измерительную и дополнительные камеры ячейки физиологическим раствором. Особенно аккуратно нужно доливать последние капли, и следить за тем, чтобы ячейка была полностью заполнена, но не «горкой». Поверхности ячейки должны оставаться сухими.

2. Подключить согласно схеме (см. рис. 7) к коммутирующему устройству генератор, милливольтметр и измерительную ячейку. Включить генератор и милливольтметр в сеть и прогреть 1-2 мин.

3. Установить на генераторе нужную частоту, например, 100 Гц с помощью ручки лимба и переключателя диапазонов.

4. Установить переключатель на коммутаторе в положении «I» (измерение тока через биологическую ткань) и по падению напряжения на резисторе R₃ установить ток I = 10^-4 А, так как I = U/R; R = 1000 Ом; то при показании милливольтметра U = 100 мВ ток через ткань будет равен I = 10^-4 А. В последующем при всех измерениях этот ток нужно контролировать и поддерживать. Величину тока можно регулировать на генераторе с помощью ручки «Уровень выхода».

5. Переключатель на коммутаторе поставить в положение «U» и измерить падение напряжения на ячейке. При снятии показаний на милливольтметре учитывать установленный предел измерения. В случае «зашкаливания» или недостаточного отклонения подобрать необходимый предел. При необходимости продолжения измерений на других частотах нужно установить на генераторе другую частоту и повторить пункты 3, 4, 5.

---

Результаты измерений занести в таблицу I.

Частота ν, Гц	100	300	1000	3.103	104	3.104	105	3.105	106
lg ν	2, 0	2, 5	3, 0	3, 5	4, 0	4, 5	5, 0	5, 5	6, 0
Ток через БТ, A
Напряжение на БТ, B
Сопротивление БТ, Ом
Удельное сопротивление БТ ρ, Ом.м

Все расчеты вести в системе СИ.

6. По измеренным значениям тока I_изм и напряжения U_раств рассчитать сопротивление БТ в ячейке R и удельное сопротивление ρ. Для расчета удельного сопротивления необходимо измерить размеры кондуктометрической ячейки: ширину b, глубину d и расстояние между потенциальными электродами L.

Рассчитанные знания занести и таблицу 1 и построить график в полулогарифмическом масштабе, то есть, ρ = f (lg ν). (В данном случае удобнее использовать полулогарифмический масштаб для частоты, так как частота изменяется на три порядка).

7. Обсудить полученную зависимость ρ = f (lg ν) и сделать выводы.
б) Исследование частотной зависимости удельной электропроводности двух образцов БТ.

1. Заполнить с помощью пинцета кусочками БТ измерительную камеру и дополнительные ячейки. При этом следует помнить, что электрические характеристики снимаются с ткани

---

, которая находится в центральной части ячейки, а ткань, которая находится в боковых камерах, служит только в качестве омических контактов. Обратите особое внимание на заполнение прорезей тканью или жидкостью, что необходимо для создания надежного электрического контакта. Не допускайте переполнения измерительной камеры или образования пузырей и пустот – это ведет к погрешностям измерения.

2. Аналогично предыдущим измерениям, описанным в пункте «а», проведите измерения частотной зависимости для представленных Вам двух образцов БТ. Образцы БТ специально подготовлены: один образец – это жизнеспособная ткань, другой образец – нежизнеспособная ткань. Результаты измерений и проделанных расчетов запишите в таблицы 2 и 3. Таблицы 2 и 3 построить аналогично таблице 1.

Построить на одном рисунке графики ρ = f (lg ν) для обоих образцов БТ. Сравнить полученные характеристики по величине их удельного сопротивления и их частотной зависимости.

Сделать вывод о физиологическом состоянии исследованных образцов БТ.


Вопросы выходного контроля

1. 
   Что такое импеданс живой ткани?
   
2. 
   Как определить электропроводность биологической ткани?
   
3. 
   Какие виды сопротивлений можно выделить в живой биологической ткани?
   
4. 
   Почему в биологических тканях нет элементов, аналогичных катушке индуктивности?
   
5. 
   Что такое эквивалентная электрическая схема?
   
6. 
   Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы?
   
7. 
   В чем сущность метода кондуктометрии?
   
8. 
   Как объяснить вид частотной зависимости импеданса живой ткани?
   

---

Смотрите также файлы

• Практическая работа к теме Доверие к государству Тема занятия Что мы Родиной зовём Класс 89 класс.docx

• Диплом на тему Товароведная характеристика, оценка качества канцелярских товаров (шариковых ручек) и организационноэкономические условия их реализации.doc

• Занятие 3 Тема Планирование деятельности организации и определение технологии контроля. Цель.docx

• Краткосрочный проект Блокада Ленинграда.docx

• Контрольные вопросы Каковы характерные особенности философии средневековья.docx