УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БИОХИМИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ КИСЛОРОДА ИЗ ВОЗДУХА ЗАГРЯЗНЕННОЙ ВОДНОЙ СРЕДОЙ
DEVICE FOR MEASURING BIOCHEMICAL OXYGEN ABSORPTION FROM AIR BY CONTAMINATED AQUEOUS MEDIUM

Изобретение относится к биотехнологии и охране окружающей среды в области контроля загрязненности воды органическими веществами. Одним из важных критериев для оценки качества воды является содержание в ней окисляемых органических веществ, которое характеризуется параметром биологического потребления кислорода (БПК)- количество кислорода используемое микроорганизмами для окисления всех органических веществ в течение 5-20 суток. Для определения концентрации кислорода известно большое разнообразие газоанализаторов действие которых базируется на разных физических принципах. Действие инфракрасных газоанализаторов основано на избирательном поглощении газа и паров ИК-излучения в диапазоне 200-450 нм. Электрохимические газоанализаторы работают на основе зависимости параметров электрохимической системы и состава анализируемой среды поступающей в эту систему. Магнитная восприимчивость газовой смеси от концентрации кислорода заложена в основе магнитных газоанализаторов. Известна серия приборов по определению концентрации кислорода марки «Анализатор кислорода ПГК-6»(ООО Медкомплект, w.w.w.medrk. ru). Газоанализатор ПГК-06 анализирует состав кислорода в % по объему от 0 до 100. Предел основной погрешности измерения давления газовой смеси в кПа для диапазона 40-107 -+ 1, 75-250+- 2,5. Газоанализаторы отличаются высокой стоимостью и недостаточной точностью измерения.
Манометрические приборы измерения концентрации газовой среды отличаются простотой исполнения, достаточной точности измерений и низкой стоимостью. Известен аппарат Баркрофта по определению газов крови, который состоит из двух одинакового объема и формы сосудиков, соединенных при помощи манометра (Большая медицинская энциклопедия. Т.З. М. 1928 г. ред. Н.А Семашко, с. 27-28.). Оба сосудика заполняют одинаковым количеством реакционной смеси. Поглощение или выделение газа производят в одном сосудике. Количество газа определяют по разности давления в манометре. Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является аппарат Варбурга (Северин С.Е., Соловьева Г.А. Практикум по биохимии. Изд. 2, Издательство МГУ 1989 г., с. 10). Аппарат Варбурга предназначен для изучения химических процессов происходящих в живых клетках, например, при дыхании. Прибор регистрирует изменения газового давления, которое наступает в среде при постоянном объеме и температуре. По результатам измерений вычисляют количество поглощенного или выделенного газа. Аппарат состоит из манометрического устройства сосудиков соединенных с манометрами и водяного термостата с терморегуляцией в который погружены сосудики. Термостат снабжен устройством покачивания для обеспечения равновесия газовой фазы и раствора. Одна ветвь U-образного манометра диаметром 0,8-1,2 мм заканчивается открытой воронкой, а другая ветвь герметично соединенная с с сосудиком в котором находится исследуемая среда. При изменении давления в системе, в следствии поглощения или выделения газов, по изменению давления в манометре и зная объем замкнутой системы определяют объем выделившегося газа. Мы рассмотрели здесь только один манометр Варбурга. а таких в аппарате 16.(Устройство аппарата Варбурга-МегаЛекции. megaLektsii. ru s4642t, html.). Аппарат содержит ванну 35 л и 2 двигателя для перемешивания воды и покачивания манометров, а также специальную манометрическую жидкость. Аппарат Варбурга сложен в конструктивном исполнении. Однако он обеспечивает высокую точность измерения давления в режиме сообщения с атмосферой. В противном случае изменение давления приводит к изменению парциального давления газов и состава газовой среды. Решаемая техническая задача-упрощение устройства измерения биохимического поглощения кислорода из воздуха загрязненной водной средой и расширение его функций. Техническая задача решена в устройстве измерения биохимичского поглощения кислорода из воздуха загрязненной водной средой, содержащее сосуд с испытуемой жидкостью, выполненный в виде U-образного манометра, термостат и устройство перемешивания, причем одна ветвь манометра выполнена в виде емкости с кранами на входе и выходе для размещения загрязненной водной среды и воздуха, а на поверхности водной среды размещен в емкости в стаканчике поглотитель углекислого газа, при этом вторая ветвь выполнена в виде измерительной цилиндрической трубки, оканчивающаяся грушей с обратным клапаном, и снабжена шкалой измерения. Все это и позволяет вести измерения, как в режиме сообщения с атмосферой, так и в изоляции от нее. На фиг. 1 представлен общий вид устройства для измерения биохимического поглощения кислорода из воздуха загрязненной водной средой. Устройство содержит емкость 1 для размещения загрязненный водной среды 2 и воздуха 3, два крана 4 с воронкой 5 на входе и 6 на выходе из нее. В емкости 1 на поверхности загрязненной водной среды 2 в стаканчике7 размещен поглотитель углекислого газа (NaOH) 8. Емкость с кранами 4,6представляет собой одну ветвь U-образного манометра. Вторая ветвь в виде измерительной цилиндрической трубки 9 с шкалой измерения 10 оканчивается грушей 11 с обратным клапаном 12.Устойство снабжено вибростолом 13 и термостатом 14. Устройство для измерения биохимического поглощения кислорода из воздуха загрязненной водной средой работает следующим образом В отличии от аппарата Варбурга устройство позволяет вести измерения в режиме
3
2
сообщения с атмосферой и в изоляции от нее (варианты 1,2). Вариант 1. Открываем краны 4,6 и в емкость 1 заливаем через воронку 5 загрязненную водную среду 2 до заданного объема и закрываем кран4. Емкость 1 разделена на две части, верхняя ее часть заполнена воздухом, а нижняя часть заполнена загрязненной водной средой 2. В измерительной трубке 9 уровень водной среды устанавливаем на нуле. Измерительная трубка 9 связана с атмосферой, так как груша 11 снабжена обратным клапаном 12. Работая грушей достигается более эффективное перемешивание загрязненной водной среды и исключение возможных осадков на дне емкости, чему также способствует работа вибростола. Процесс окисления органических веществ находящихся в водной среде происходит при постоянной температуре и характеризуется потреблением микроорганизмами количества кислорода. Для окисления всех органических веществ требуется 5-20 суток. По мере потребления микроорганизмами кислорода изменяется давление в замкнутой системе, которое измеряют по измерительной шкале 10. Зная объем замкнутого воздушного пространства и изменение давления можно рассчитать объем поглощенного или образовавшего газообразного продукта. Предварительно определяют константу устройства, измеряют объем газа, который вызывает смещение уровня в измерительной трубке 9 на 1 мм. Умножая константу на разность давлений в емкости 1 и измерительной трубке находят количество газа. Оценка точности измерения поглощения кислорода из воздуха загрязненной водной средой. В 1 см воздуха содержится кислорода по массе 0,3 мг. При измерительной трубке с площадью сечения 1 см, высота столба соответствует 1 см. Из этого следует, что при визуальном измерении с точностью 1 мм, точность измерения массы кислорода составит 0,3:10=0,03 мг. Вариант 2.Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. Закрываем кран 6 в емкости 1. Заливаем в емкость заданное количество загрязненной водной среды 2 и закрываем кран 4. Процесс биологического поглощения кислорода
из воздуха протекает в замкнутом пространстве без связи с атмосферой. По окончании процесса в течении 5 или 20 суток в измерительную трубку 9 заливают воду до нулевой отметки на шкале. Нулевой уровень на шкале определяют предварительно при открытом кране 6, когда емкость 1 и измерительная трубка имеют соотвествующие уровни. В нашем случае это нулевой уровень в измерительной трубке (фиг. 1). По окончании процесса открывают кран 6 и определяют смещение уровня характеризующий процесс поглощения или выделения газов. Таким образом рассматриваемое устройство отличается от прототипа (аппарат Варбурга) простотой конструкции из за отсутствия отдельного сосудика с испытуемой жидкостью и воздушной средой, а манометр заполнен специальной жидкостью. В рассматриваемом аппарате емкость и измерительная трубка являются U-образным манометром, где в емкости и измерительной трубке в качестве манометрическй жидкости находится испытуемая жидкость -загрязненная водная среда, а воздух, поглотитель углекислого газа и испытуемая водная среда находятся внутри емкости. При этом устройство позволяет вести измерения поглощенного кислорода в режиме сообщения с атмосферой, так и в изоляции от нее, что расширяет функциональность устройства. Благодаря своей простоте, высокой точности измерений и низкой стоимости «Устройство для измерения биохимического поглощения кислорода из воздуха загрязненной водной средой» найдет применение в промышленности.