Ю.Н. Орлов, О.Н. Суглобова - Исследование характеристик биоэлектрических электродов (1060036), страница 3
Текст из файла (страница 3)
6) включает в себя легкий пластмассовый корпус 1,в котором размещен металлизированный электрод 2 (чаще на основе Ag|AgCI), оканчивающийся контактной частью электрическогоразъема 3 либо проводом отведения. В чашке корпуса закрепленаэластичная гидрофильная прокладка 4, пропитанная долгосохнущим электропроводным гелем (как правило, на основе водного раствора NaCl). Буртики корпуса покрыты клеящим веществом 5. Клеящий слой защищается легкосъемной антиадгезионной прокладкой6, снимаемой перед установкой электрода на тело пациента.Длительность хранения таких постоянно готовых к применению электродов доходит до 1 года.13Рис.
6. Одноразовые электроды: а – cтруктура электрода, объяснения в тексте;б – примеры конструкций электродовПрактическая частьПрактическая часть работы посвящена определению параметров реальных биоэлектрических электродов 1-го рода — потенциала электрода и его дрейфа, потенциала смещения, шума движения,параметров отведения Rэ и Сэ .Перед началом работы изучите рецептуры стандартных медицинских растворов (см. приложение 1) и приготовьте 0,25 л 0,9 %ного физиологического раствора NaCl.14Используемое оборудование, образцы и расходные материалы.1.
Образцы различных конструкций электродов 1-го рода и электрод сравнения (электрод 2-го рода).Примечание. Под электродом сравнения здесь следует пониматьэлектрод с неизменяемым значением собственного потенциала.2. Генератор стандартных сигналов.3. Измерительное устройство (милливольтметр), регистратор(перьевой, осциллограф, компьютер).4. Устройство-эквивалент отведения (рис. 7).Устройство-эквивалент отведения (ЭО) включает в себя источник питания: два гальванических элемента (Е = 3 В), выключатель питания SA1 , пусковую кнопку SB, переключатель полярности питания SA2 . Указанные элементы позволяют создавать прямоугольные импульсы заданной длительности и полярности.
Принеобходимости к соответствующим клеммам на задней панели прибора может быть подсоединен внешний генератор с аналогичнымихарактеристиками сигнала. Сформированный с помощью ручногоуправления (или от внешнего генератора) импульсный сигнал привыполнении лабораторной работы может наблюдаться на одном изканалов двухлучевого осциллографа.В цепи импульсного напряжения установлен дополнительныйрегулируемый резистор Rд∗ , моделирующий внутреннее сопротивление жидкой проводящей среды, а также регулируемые элементыRэ∗ и Cэ∗ , моделирующие характеристики отведения Rэ и Cэ .Диапазоны ступенчатого регулирования сопротивлений и емкости: Rд∗ = 1 кОм . .
. 1 МOм, Rэ∗ = 1, 0 кОм. . . ∞, Сэ∗ =0 . . . 65 мкФ.5. Измерительная ячейка — экранирующая камера с устройством для крепления электродов, емкости с ЭКВ.6. Электродное контактное вещество (0,9 %-ный раствор NaCl),изготовляется перед проведением работы.7. Приложение к лабораторной работе (выдается преподавателем), которое включает в себя нормативную и техническую документацию на используемое оборудование, расходные материалы и технологию изготовления применяемых электропроводныхсоставов.15Рис.
7. Устройство-эквивалент отведения:а – cхема электрическая принципиальная; б, в – расположение регулировочныхи коммутационных элементов на передней и задней панелях16Порядок проведения работы.1. Ознакомиться с конструкциями электродов 1-го рода (электроды выдаются преподавателем).2. Основываясь на материалах ГОСТ 25995, составить схемы измерения и выполнить следующее:• определить разность электродных потенциалов (потенциалсмещения) двух следующих электродов 1-го рода: а) однотипных,б) однотипных, но разной степени износа, в) разнотипных;• измерить относительно электрода сравнения скорость и амплитудное значение дрейфа потенциала электрода 1-го рода;• измерить напряжение шума движения кардиографическихэлектродов 1-го рода;• oпределить значения величин Rэ и Cэ с помощью устройства— эквивалента отведения.
Для этого необходимо (см. рис. 7):а) собрать по схеме (рис. 8, а) стенд, включающий в себя эквивалент отведения, измерительную ячейку, регистратор — двухлучевой осциллограф;б) при отключенных элементах схемы Rэ∗ и Cэ∗ эквивалента отведения подключить к клеммам «Ячейка» электроды измерительной ячейки;в) подавая прямоугольные импульсы на электродную ячейку(нажатием на кнопку SB или от внешнего генератора), наблюдатьна осциллографе сигналы: исходный (входной) — по первому каналу, и искаженный цепью отведения (выходной) — по второмуканалу (рис. 8, б, в).г) заменить в схеме стенда электродную ячейку эквивалентомотведения.
Подавая прежние импульсы на эквивалент отведения,подбором значений Rд∗ , Rэ∗ и Cэ∗ установить на втором каналерегистратора-осциллографа форму сигнала, аналогичную предыдущей;д) по значениям подобранных емкости и сопротивлений эквивалента отведений установить параметры отведения Rэ и Cэ .3. Схемы измерений и результаты экспериментов занести в отчет.ВНИМАНИЕ! Все практические действия проводить только после обсуждения схемы эксперимента и проверки экспериментального макета преподавателем!17Рис. 8. Измерительный стенд:а – cхема принципиальная; б, в – эквивалентные схемы для определенияамплитудных и частотных искажений сигналаЛабораторная работа считается завершенной после отключения электропитания во всех устройствах, слива электролита,промывки электродов и емкостей для электролита, разборкистенда!РАБОТА № 2.
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКЭЛЕКТРОДОВ 2-го РОДАКраткие теоретические сведенияВ связи с появлением новых диагностических задач переченьметодов электрографических исследований непрерывно расширяется. Так, одним из современных направлений исследования является измерение медленно и крайне медленно меняющихся (квази18стационарных) биопотенциалов, отражающих динамику соединительных и мышечных тканей.
Данный метод перспективен при ранней диагностике заболеваний парных органов, при оценке асимметрии (киральности) человека, в восстановительной медицине длясопутствующего контроля при хирургическом лечении, физиотерапии и т. д.К настоящему времени разработаны и применяются многочисленные разновидности биоэлектрических электродов и электродных систем.Все электроды по ГОСТ 24878 (см. приложение 2) подразделяются на две группы: проводящие и непроводящие электроды.Среди проводящих электродов выделяют также две основныеподгруппы: электроды 1-го и 2-го рода. Особенности электрохимических систем и взаимодействия таких электродов с БО определяютхарактеристики электродов и области их применения.В этой лабораторной работе рассматриваются электрохимические основы, особенности конструкции, технические и эксплуатационные параметры, а также средства оперативной поверки проводящих электродов 2-го рода.Основные характеристики проводящихэлектродов 2-го родаОсновной недостаток электродов 1-го рода — дрейф собственных потенциалов — связан с самопроизвольным, спонтанным процессом физико-химического взаимодействия проводников 1-го и2-го рода в структуре отведения.
В электродах 2-го рода это взаимодействие рядом конструктивных решений переведено в стационарный режим.Структурная схема электрода 2-го рода (рис. 9, а) представляетсобой металл (М), чаще серебро Ag, покрытый его труднорастворимой солью (МА), чаще AgCl; металл погружен в раствор соли Р(проводник 2-го рода, например в раствор KCl или NaCl), содержащий анион АZ − (т. е. Cl− ), одноименный с анионом соли:M, МА|AZ − ||БО.В клинической и экспериментальной медицине наиболее распространены электроды 2-го рода на основе композиции Ag, AgCl.19Рис. 9. Электроды 2-го рода:а – cтруктура электрода; б – схематичное изображение электрода (1 –корпус электрода; 2 – серебряная проволока; 3 – хлорид серебра; 4 –электролит; 5 – асбестовая нить); в – примеры конструкций электродов;г – термостатированный электрод;20В качестве электролита, содержащего анионы Cl− , в электродах чаще всего используют насыщенный раствор КСl.
Структура такихэлектродов будет иметь видAg, AgCl | KCl || БО.В потенциалообразующих реакциях электродной системы принимают участие как катионыMz+ + ze− ⇔ M (Ag+ + e− ⇔Ag),так и анионы−1MA⇔ Mz+ + Az (AgCl ⇔ Ag+ +Cl− ).Суммарное уравнение потенциалообразующей реакции как результат сложения приведенных выше выражений принимает следующий вид:−1MA+ze− ⇔ M + Az (AgCl +e− ⇔ Ag + Cl− ).В полученном суммарном уравнении катионы как носителиэлектрических зарядов отсутствуют. Роль ионообменных элементов играют анионы, поэтому такой электрод называют также обратимым относительно аниона.В электродах 2-го рода стационарность режима электрохимического взаимодействия (равновесие системы М, МА (Ag, AgCl))обеспечивается при следующем условии: величина тока, протекающего через электрод, не должна превышать 10−9 А.
При увеличении тока сверх этого значения необходимо учитывать результатыэлектрохимического взаимодействия пары Ag, AgCl, приводящие ксдвигу электродного потенциала.Уравнение Нэрнста для электродов 2-го рода (с учетом стабильности химической активности металла и соли аМА = аМ = 1) определяется выражениемϕAz− |MA,M = ϕ0Az− |MA,M −RTlg aAz−zFили для хлорсеребряного электрода – выражениемϕCl− | AgCl,Ag = ϕ0Cl− | AgCl,Ag −RTlg aCl− .zFТаким образом, потенциал серебряного электрода, являющегосячастью трехфазной системы, определяется при постоянных внешних условиях активностью ионов Cl− в растворе.
Конструктивно21обеспечив условия постоянной активности (или концентрации) ионов Сl− в электролите электрода, можно гарантировать стабильность потенциала такого электрода.Рассмотрим конструкцию стандартного хлорсеребряного электрода типа ЭВЛ (рис. 9, б). Корпус электрода 1 выполнен из боросиликатного стекла, плохо растворимого в воде, не выделяющего щелочь и обладающего большим удельным сопротивлением.
В верхней части электрода осуществляется контакт медного отводящегопроводника с серебряной проволокой 2, покрытой хлоридом серебра AgCl. Электрохимическое покрытие AgCl взаимодействует ссолью — хлоридом серебра 3. В средней части электрода осуществляется взаимодействие между солью (хлоридом серебра) и электролитом 4, представляющим собой раствор KCl или NaCl. В рабочий торец электрода 5 впаяна асбестовая нить, через которую обеспечивается электрический (ионный) контакт электрода с внешнейсредой. Скорость истечения раствора через асбестовую нить в рабочем режиме мала и не превышает 3. . .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
