- •Ход работы:
- •Данные для моркови, обработка 0 минут.
- •Данные для моркови, обработка 2 минуты.
- •Данные для моркови, обработка 5 минут.
- •Данные для моркови, обработка 10 минут.
- •Данные для свеклы, обработка 0 минут.
- •Данные для свеклы, обработка 2 минуты.
- •Данные для свеклы, обработка 5 минут.
- •Данные для свеклы, обработка 10 минут.
- •Сравнительные результаты:
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт фундаментальной биологии и биотехнологии
институт
кафедра
Отчёт по лабораторной работе
“Изучения электропроводности биологических объектов с использованием специализированного аппаратно-программного комплекса с удалённым доступом”
____________________________________________________
____________________________________________________
Преподаватель:
Студент:
Красноярск 2019
Цель работы: изучения электропроводящих свойств биологических тканей разной степени поврежденности с помощью аппаратно-программного комплекса с удалённым доступом.
Задачи:
1) изучить основные принципы построения автоматизированного лабораторного практикума с удалённым доступом;
2) изучить закономерности изменения электропроводности модельной биологической ткани в зависимости от частоты переменного тока
3) проанализировать связь формы кривой дисперсии электропроводности биологической ткани со степенью её повреждения.
Теоретическая часть:
Биологические объекты обладают: сопротивлением ёмкостью, свойствами проводников, диэлектриков (определяется структурными компонентами). Общая особенность биологических – несоответствие между большим содержанием электролитов и низкими величинами их электропроводности. Электропроводности — L - это величина, обратная сопротивлению R проводника: L=1/R=p*1/S.
где, р=удельное сопротивление, l – длинна проводника, S – сечении проводника.
Сопротивление R является коэффициентом пропорциональности между разностью потенциалом V и силой тока I: V=R*I.
При пропускании тока через живые ткани сила тока начинает непрерывно падать, а затем устанавливается на уровне много ниже исходного. Это происходит из-за возникновения электродвижущей силы противоположного направления – ЭДС поляризации P(t).
Закон Ома (образец отключен от источника напряжения наблюдается ток обратного направления):
I= (V-P (t))/R.
Процессы, происходящие в биологических тканях при приложении тока:
1) Возникает электрический ток, что приводит к выделению тепла. Процесс даёт вклад в активную составляющую импеданса.
2) Перераспределение в пространстве электрических зарядов, т.е. поляризации биологической ткани.
Виды полимеризации: электронная, ионная, дипольная, макроструктурная, поверхностная, электрическая.
Структурные уровни поляризации: большой дипольный момент; дипольный момент равный (д.м.ткани); состояние молекул (свободные, связанные), поляризация наименьшая:
Интегральный способ оценки зависимости поляризации от ступенчатого включения тока:
P(t) = Pm*(1-exp(-t/τ)),
где Pm – наибольшее значение поляризации, τ – время релаксации.
Электропроводности клеток и тканей для переменного тока.
Токи, подчиняющиеся гармоническому закону:
I(t)=Io*Cosωt, где, I(t) – мгновенное значение силы тока во времени t, Io – амплитуда тока, ω – циклическая частота колебаний.
Напряжение на ткани при прохождении переменного тока меняется по закону:
U=Uo*Cos(ωt+μ),
где Uo – амплитуда напряжения, μ – фазовый сдвиг.
Импеданс:
Z=√(R^2+(wl – 1/wC)^2
Реактивное сопротивление: x=wL-1/w
Для биологического объекта импеданса носит комплексный характер z=f(R,x), где R связана с проводимостью внутренних сред, а x определяется ёмкостью свойствами.
Поляризационная ёмкость биологического объекта:
Абсолютная величина электрического импеданса:
Зависимость электрического импеданса от частоты называется импеданса. Зависимость поляризации среды от частоты может объяснить особенности поведения дисперсионной кривой ткани. При увеличении частоты переменного тока промежуток времени действия электрического тока уменьшается.
Ход работы:
1) Готовим образцы растительной ткани. 4 нарезанных пластины моркови и свеклы помещают в сосуд и подвергаем тепловой обработке. Вынимаем по одному образцу через 2,5,10 мин. Помещаем 4 образца в измерительные кюветы, закрываем крышками.
2) Запускаем АПК “Электропроводность биологических объектов. Проводим запуск виртуального лабораторного стенда”
3) Последовательно выбираем кюветы, регистрируем импеданс образцов при частотах переменного тока: 0.1/0.3/0.6/1/3/6/10/30/60/100/300.
4) Сохраняем результаты измерений.
5) Выбираем кривые дисперсии импеданса для самого целого и самого повреждённого образца. Подбираем параметры эквивалентной схемы, при которых расчётная кривая дисперсии будем близка к экспериментальной.
6) Рассчитываем значение поляризационной емкости:
,где в числителе задается изменение во времени заряда dq, а в знаменателе – изменение потенциала d (I0и It – начальное и конечное значение силы тока, I – ток мгновенный, R – сопротивление объекта).
7) Рассчитываем тангенс угла сдвига фаз ф, и крутизну дисперсии Kп.
где – значение импеданса на низкой частоте (обычно около 102 Гц); –на высокой частоте (>106 Гц). Жизнеспособная ткань имеет, причем тем больше, чем выше уровень обменных процессов и чем лучше сохранена структурная целостность данной ткани. При отмирании ткани ее стремится к 1.
Данные для моркови, обработка 0 минут.
f, Гц |
|Z|, Ом |
R, Ом |
Xs, Ом |
w, Гц |
С |
tgф |
|
100.07 |
3695.85 |
3615.4 |
-766.91 |
628.758354 |
0.000002073824 |
-0.21212 |
|
299.44 |
3342.32 |
3299.86 |
-531.24 |
1881.43701 |
0.000001008820 |
-0.16093 |
|
598.82 |
3153.57 |
3127.76 |
-402.66 |
3762.49703 |
0.000000660063 |
-0.12874 |
|
1003.05 |
3047.93 |
3018.39 |
-423.29 |
6302.34902 |
0.000000374852 |
-0.14024 |
|
3015.69 |
2818.24 |
2791.01 |
-360.76 |
18948.1391 |
0.000000135052 |
-0.14001 |
|
6015.4 |
2644.96 |
2593 |
-521.66 |
37795.8729 |
0.000000507190 |
-0.20118 |
|
10030.22 |
2498.23 |
2373.28 |
-780.18 |
63021.7309 |
0.000000020338 |
-0.32873 |
|
30090.27 |
1895.26 |
1685.72 |
-866.24 |
189062.742 |
0.000000006106 |
-0.51387 |
|
60180.54 |
1425.28 |
1174.44 |
-807.53 |
378125.485 |
0.000000003275 |
-0.68759 |
|
100300.89 |
1130.07 |
977.69 |
-566.73 |
630209.078 |
0.000000002800 |
-0.57966 |
|
300902.82 |
643.58 |
575.54 |
-288.01 |
1890628.18 |
0.000000001836 |
-0.50042 |
|
|
|
|
|
|
|
K=5.74 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|