3. Методы измерения электропроводности. Кондуктометрия.

В медицине широкое развитие получили два вида измерений электропроводности. Это реография и кондуктометрия. По многим причинам известные методы реографии не могут дать количественных характеристик о величине удельного сопротивления органов и тканей. К этим причинам следует отнести переходные сопротивления электрод-ткань, неправильную форму исследуемых органов.

Кондуктометрический метод позволяет измерить величину удельного сопротивления биологических тканей. В этом методе образец биологической ткани или жидкости помещают в специальную ячейку с электродами. Так как ячейка имеет правильную геометрическую форму, то по измеренным значениям сопротивления R легко вычислить удельное сопротивление ткани .

Известно два метода измерения удельного сопротивления биологических тканей: двух электродный и четырех электродный. На рис.1 показана схема двух электродного метода кондуктометрии.

Р ис.1. Схема двух электродного метода измерения удельного сопротивления биологических тканей и жидкостей. Б – источник тока; R – резистор регулировки тока; mA – миллиамперметр для измерения тока; V – вольтметр для измерения напряжения; ткань – размещена в кондуктометрической ячейке. ТЭ – токовые электроды.

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

Где: R – 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 двух электродный метод измерения. Преимуществами 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.

Суть поляризационных явлений на электродах заключается в следующем. 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. Это, например, различные белковые молекулы и вода.

Толщина слоя поляризованных молекул, обладающих дипольным моментом, составляет несколько мономолекулярных слоёв.

О тметим, что 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 = JR. Это приводит к значительным погрешностям, которые могут достигать 1000%, к тому же процессы поляризации нестабильны во времени.

Рис. 2 Схематическое изображение поляризации токовых электродов и образования двойного электрического слоя.

Наиболее совершенным методом измерения удельной электропроводности БТ является четырех электродный метод. В чём суть четырёх электродного метода? Особенность четырёх электродного способа заключается в том, что используются раздельные токовые и потенциальные электроды. Схема четырех электродных измерений представлена на рис.3.

Рис.3. Схема четырех электродного 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.3 приэлектродная поляризованная область токовых электродов исключена из схемы измерений. Поэтому этот способ устраняет все погрешности, связанные с поляризацией токовых электродов. Четырёх электродная схема позволяет измерить удельную электропроводность БТ как на постоянном, так и на переменном токе. Расчет удельного сопротивления производится по тем же формулам (3), что и для двух электродного метода, однако, L –это расстояние между потенциальными электродами.