Лабораторные по физике

колебаний под прямым углом друг к другу. Это, так называемые, деформационные колебания, при которых меняются углы между направлениями межатомных связей. Полосы при 1//1 = 2349, 1340, 667 см"1 (или в единицах длин волн X = 4,26; 7,46 и

15,0 мкм) отнесены к v3 , vx и у2, соответственно (использованы общепринятые в спектроскопии обозначения).

Интенсивность света (Л прошедшего через газ, связана с интенсивностью падающего света (1о) по закону Бугера:

/ = / . * " ,

где d - путь, пройденный светом через газ, а к - коэффициент поглощения, зависящий от природы газа, а также его температуры и концентрации. Для величины оптической плотности, определяемой как десятичный логарифм: D = lg 1,Д = kd, для газов справедлив закон Ламберта-Бера, согласно которому к = к„с, где к0 - показатель поглощения для газа единичной концентрации, а с - концентрация газа в пробе.

Согласно данным рис. 3 (см.) максимум полосы поглощения для СО2 равен 4,26 мкм, следовательно, определив интенсивность поглощения света на этой длине волны, можно вычислить концентрацию углекислого газа в пробе. Именно на этом принципе работает капнометр МПР6-03-«Тритон», используемый в настоящей лабораторной работе.

Техническая реализация метода определения концентрации углекислого газа, конструкция капнометра

Прибор содержит измерительную камеру, через которую прокачивается проба газа. Через эту же камеру пропускается инфракрасное излучение и измеряется его поглощение, зависящее от концентрации углекислого газа. По величине поглощения инфракрасного (ПК) света вычисляется концентрация молекул газа, находящихся на пути излучения. В качестве источника излучения применяется лазер.

Приемник прибора состоит из двух каналов: измерительного и опорного, в котором содержание СО2 известно. Опорный канал предназначен для минимизации влияния СО, N2O и паров воды, спектральные характеристики которых близки спектру СО2. Это значительно увеличивает точность метода. Датчик капнометра включает: измерительную ячейку, через которую проходит анализируемый газ; источник ПК излучения и фотоприемник. Для устранения влияния дрейфа нулевой линии

52

измерительной схемы в датчике используется импульсный источник ИК излучения. Измерительная ячейка защищается от проникновения водяных паров, так как их присутствие в анализируемой пробе газа влияет на поглощение ИК излучения капнометра, что может привести к погрешности измерения содержания СО2.

Структурная схема капнометра показана на рис. 5. Проба газа поступает в прибор через ловушку влаги 2, представляющую собой цилиндрический стакан, установленный вертикально. В верхней крышке стакана размещены патрубки ввода и вывода пробы газа. В боковой стенке стакана имеется патрубок отсоса газа. Влага, конденсирующаяся в соединительной трубке, стекает на дно стакана, так как патрубок ввода газа направлен вниз. В случае закупорки патрубка вязким компонентом конденсата давление в системе падает и по сигналу датчика давления 10 включается клапан отсоса 15. Это приводит к отсосу газа через боковой патрубок стакана ловушки. Затем измерительная ячейка 3 продувается в направлении, обратном рабочему ходу газа струей воздуха поступающего через открытый клапан 11. После ловушки влаги анализируемый газ проходит измерительную ячейку 3 датчика, буфер давления 12, насос 16 и поступает на выходной патрубок прибора.

53

состоянии общей вентиляции легких (тотальная, но не локальная вентиляция). Иначе говоря, изменения ЕТРСО2 помогают диагностировать тотальную гиповентиляцию (или гипервентиляцию) или вентиляционную дыхательную недостаточность.

Кроме задач мониторинга дыхания, результаты капнометрии могут быть использованы в целях функциональной диагностикой. В частности, с помощью этого метода можно проводить измерение объема мертвого пространства и объема альвеолярной вентиляции. Капнограф может быть использован и для измерения минутного сердечного выброса. Анализ капнограмм дает значительную информацию о состоянии легких и дыхательных путей. По крутизне и длительности подъёма кривой судят о сопротивлении дыхательных путей на выдохе.

Контрольные вопросы по теме работы:

•Понятие капнометрии, что называется капнограммой?

•Какие газы присутствуют в выдыхаемой человеком газовой смеси?

•Что называется оптической плотностью газа и чем она определяется?

•Перечислите возможные типы колебаний молекул СО2.

•Как соотносятся между собой энергии электронных, колебательных и вращательных переходов молекул?

•Каким значения длин волн соответствует видимая область спектра? Какие значения длин волн соответствуют инфракрасному диапазону и встречаются в данной работе?

•В чем физический смысл закона Бугера?

•На каком физическом явлении основан метод измерения содержания СО2 в капнометре?

•Какой источник инфракрасного излучения применяется в капнометре?

•Какие части капнограммы соответствуют вдоху-выдоху, что называется «мертвым» пространством?

•Какой участок капнограммы берется для измерения парциального давления

Рсо2 и каково значение этого параметра в норме?

56

комментария «Калибровка нуля». При этом производится усиленная продувка

измерительной камеры чистым воздухом, что слышно по работе компрессора.

5.По окончании этих процессов прибор готов к измерению СО2. Внимание!

Максимальная точность измерения достигается после стабилизации теплового режима измерительной камеры - примерно через 10 минут после начала работы капнометра.

6.Сформируйте маску из ладоней, при этом разъем соединительной трубки для забора воздуха следует зажать между мизинцем и безымянным пальцем правой руки (отверстие трубки направить к лицу). Дышать в маске следует как обычно, то есть вдыхать воздух носом, а выдыхать ртом.

7.Проследите, чтобы на дисплее в окне канала дыхания регистрируется кривая капнограммы (линия голубого цвета). Капнограмма появляется на экране прибора с задержкой 2-3 секунды, что вызвано прохождением анализируемой пробы выдыхаемого газа по трубке до измерительной камеры прибора.

8.Выполните необходимые измерения:

•В состоянии покоя, сидя на стуле зафиксировать показания дисплея - концентрацию СО2 в конце выдоха (Et СО2) в мм рт. ст. и частоту дыхания;

•Смоделируйте гипокапнию (произвольную гипервентиляция легких) за счет 10 последовательных глубоких дыхательных движений. Зарегистрируйте капнограмму сразу же, и на протяжении времени для анализа последующего восстановления.

•Смоделируйте гиперкапнию путем задержки дыхания на 30 секунд. После этого зарегистрируйте нескольких дыхательных циклов. Отметьте отличия и пронаблюдайте восстановление.

•После окончания работы рекомендуется отсоединить трубку отбора пробы от прибора и дать капнометру поработать 10-15 минут для просушки внутреннего тракта.

58