SU994968A1 - Устройство дл определени биохимических изменений и физиологического состо ни растительных объектов - Google Patents

Description

отсутствуют надежно подтвержденнь1е факты существенного вли ни  магнитного пол  на биологические организмы. Примерами таких устройств  вл ютс  магнитные весы Гюи, Ренкина, спектрометры  дерного, магнитного и электронного парамагнитного резонансов ЯМР- и ЭПР-приборы и др.;. Наиболее чувствительным и перспективным из указанных магнитных устройств  в л етс  спектрометр, который работает на  драх , содержащихс  во всех физиологических компонентах биологи™ ческих объектов.

Известно ЯМР-устройство, которое используетс  дл  определени  биохимических изменений и физиологического состо ни  растительных объектов , в частности дл  определени  влагосодержани , состо щее из магнита, датчика ЯМР и вторичного прибора f 2 ,

Источник магнитного пол  - магнит обеспечивает в месте расположени  катушки с исследуемым образцом высокую напр женность магнитного пол , большую стабильность за врем  измерений и высокую однородность (в объеме образца относительна  неоднородность пол  не превышает Ю). Дл  обеспечени  этих требований в спектрометре ЯМР имеютс  блок питани , стабилизаторы пол  по напр жению , току, магнитному потоку и уст- ройства дл  выравнивани  неоднородности магнитного пол  -(пассивные потоковые и электрические токовые шиммы ). Датчик ЯМР представл ет собой небольшую экранирующую коробку, внутри которой закреплена цилиндрическа  катушка. Ампула с исследуемым образцом вводитс  через отверстие в экране и pacпoлaгaetc  внутри катушки датчика. В других современных промышленных спектрометрах ЯМР в датчике размещены еще и другие вспомогательные устройства, обеспечивающие, например, термостатирование образца, вращение его вокруг оси катушки и др. Втор,ичный электронный прибор соединен с датчиком коаксиальным кабелем и располагаетс  р дом с источником магнитного пол . Он включает в себ  генератор дл  создани  высокочастотного тока в катушке датчика ЯМР, ВЧ и НЧ-усилител , амплитудные и фазовые детекторы и регистратор ( осциллограф и самописец ). Кроме того, в спектрометре ЯМР имеютс  устройства, обеспечивающие линейное прохождение через

резонансные услови , измерени  параметров регистрируемых сигналов и др. которые имеют свои специальные токовые катушки, и электронные блоки.

Однако при определении биохимических изменений и физиологического состо ни  растительных объектов в известном устройстве измерени  провод тс  с нарушением целостности растительного объекта (кроме мелких объектов , например сем н); во врем  исследовани  объект подвергаетс  со стороны устройства воздействию сильного магнитного и радиочастотного электромагнитного полей; устройство  вл етс  крупногабаритным лабораторным прибором.

Эти недостатки обусловлены следую щими причинами. ВЯМР-спектрометре исследуемый образец помещаетс  внутрь цилиндрической катушки датчика , расположенной в сильном магнитном после высокой однородности, по виткам которой течет высокочастотный ток. В св зи с тем, что дл  получени  .спектров ЯМР достаточной интенсивности и высокой разрешающей способности необходимо использовать силные и весьма однородные магнитные пол , размер рабочей области датчика ЯМР и, следовательно, размер объекта обычно не превышает 1-3 см. Дальнейшее увеличение рабочего объема сопр жено со значительным увеличением объема и веса спектрометра ЯМР, который и без того  вл етс  крупногабаритным лабораторным прибором . Следовательно, при помощи спектрометра ЯМР можно исследовать без разрушени  целостности лишь мелкие растительные объекты или соки, что ограничивает область их применени . Такие приборы невозможно также применить дл  изучени  развити  растений в процессе их роста, созревании или хранени  без нарушени  физиологической целостности и без прекращени  их жизни, если их размеры превышают 1-3 см . Во врем  измерени  растительный объект в спектрометре ЯМР оказываетс  под воздействие сильного магнитного (Н /х кЭ ) и высокочастотного электромагнитного полей. Эти пол  в принципе могут нарушать нормальный ход биохимических процессов, так как в естественны услови х растени  подвергаютс  воздейстрию лишь слабого земного пол , напр женностью пор дка 0,5 Э. Нако599 нац, сам спектрометр ЯМР  вл етс  весьма слЬжным крупногабаритным радиотехническим прибором, применение которого дл  определени  хода физиологического развити , например, сте пени созревани  растительного объекта непосредственно на месте его произрастани  (на поле, огороде, бах че и т.п. ) невозможно. Целью изобретени   вл етс  выполнение измерений без нарушени  физиологической целостности исследуемого объекта и исключение вли ни  на него устройства во врем  измерени , а так же упрощение его конструкции и уАень шение габаритов. Указанна  цель достигаетс  тем, что в известном устройстве дл  определени  биохимических изменений и фи зиолорического состо ни  расти тельны объектов, содержащем датчик ЯМР, вто ричный прибор и источник магнитного пол , датчик ЯМР выполнен в виде пары соединенных встречно или не скольких включенных встречно соединенных . последовательно катушек, образующих измерительную полость дл  размещени  в ней объекта, причем пло кости витков катушек взаимно параллельны . Кроме того, дл  повышени  чувстви тельности измерений и удобства эксплуатации катушки даучика ЯМР выполнены разъемными по форме образца, что позвол ет наблюдать сигнал  дерного магнитного резонанса от растительного объекта при максимальном коэффициенте заполнени  объектом катушки датчика без разруешни  физиоло гической целостности объекта ( например .арбуза, дыни, стебл  кукурузы и т.п. ). На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - датчик ЯМР, четырехкатушечный, разъемный; на фиг. 3 - то же, восьми катушечный; на фиг. - неразъемный двух катушечный датчик дл  исследовани  цилиндрических образцов (стеблей, плодов, зерна или соков в цилиндрической трубе ); нафиг. 5 - датчик разъемный двухкатушечный дл  исследовани  растительных объектов типа арбузов, дынь, тыквы и т.п.; на фиг. 6 - то же, датчик четырехкатушечный; на фиг. 7 осциллограммы сигналов свободной процессии , полученные при помощи макета предлагаемого устройства от  блок одного сорта, сн тых с дерева до и после заморозков. Блок-схема устройства состоит из датчика 1 ЯНР и вторичного прибора 2, соединенного коаксиальным кабелем 3. Вторичный прибор включает в себ  источник тока пол |эизации (например, аккумул тор }, коммутатор .5, усилитель 6 и регистратор 7 сигнала свободной процессии. Дл  получени  сигнала JWP при помощи коммутатора подключают батареи к катушкам датчика 1 ЯМР, которые должны быть ориентированы плоскост ми своих ВИТКОВ параллельно магнитному полю Земли Hjgi,. Благодар  току , протекающему через катушки, в рабочей их области создаетс  пол ризующее магнитное поле ориентированное перпендикул рно Н. Это пот создает  дерную намагниченность М в исследуемом образце, причемМ ортогонально . Через 1-3 с после Нп быстро выключают коммутатор 5 и под- ключают датчик к усилителю 6 и регистрируют сигнал свободной процессии  дер в магнитном поле Земли за счет ЭДС, наводимой в катушках, прецессирующей намагниченность М вокруг Йзем с частотой ui . Амплитуда огибающей сигнала СП убывает по экспоненциальному закону с посто нной аремени Т 2 . Врем  спин-спиновой релаксации Т2 (в жидкост х оно равно Т - времени спин-решеточной релаксации) определ ют по изменению амплитуды сигнала СП в раз и по нему определ ют биохимические изменени  или физиологическое состо ние растительных объектов . Отличительные особенности устройства позвол ют достичь технико-экономической эффективности ЯМР-устройства при использовании его дл  определени  биохимических изменений и физиологического состо ни  растительных объектов. Встречное включение двух катушек или пар последовательно соединенных катушек делает дэтчик ЯМР мало чувствительным к внешней электромагнитной помехе, что позвол ет наблюдать ЯМР в слабом, но высокооднородном магнитном поле.Земли, использу  при этом датчики с большими измерительными полост ми, объемом от нескольких сотен до нескольких тыс ч кубических сантиметров, в котоых могут целиком располагатьс  боль

799 9688

Claims (2)

1. шие растительные объекты, например,устройство и позвол ет его осущестарбузы , или тыквы 0ез нарушени  ихвл ть в виде переносного прибора, физиологической целостности. Вследст вие конструктивных особенностей устройство во врем  измерени  регистрирует сигнал свободной прецессии  дер в земном поле, который наблюдаетс  без воздействи  на образец высокочастотного электромагнитного и сильного магнитного полей, т.е. растительный объект исследуетс  в услови  его естественного развити  в магнитном поле Земли. Разъемна  по форме образца конструкци  катушек датчика, прилегающих к поверхности растительного объекта (см. фиг. 2) позвол ет исследовать растени  в процессе их развити  без нарушени  целостности объекта и без изменени  происход щих в нем физиоло гических процессов. Это позвол ет ис . дальзовать устройство в качестве при бора дл  определени  степени созревани  агрономических культур (например сахарного тростника, арбузов, дынь и т.п.) непосредственно на план таци х, бахчах, и др. сельскохоз йст венных угодь х. Кроме того, можно изучать ход физиологического развити  растений в течение длительного времени и исследовать вли ни  на их жизнь различных внешних факторов (удобрени , орошение и т.п. ), устанавлива , таким образом, оптимальные услови  дл  получени  тех или иных полезных качеств агрономических культур. Использу  результаты этих исследований и контролиру  при помощи предлагаемого устройства развитие растительных объектов на .. плантаци х, можно оказывать вли ние на это развитие при помощи внешних |факторов с тем, чтобы его ход шел по оптимальному графику. Иными словами использование изобретени  в качест ,ве прибора дл  неразрушающего растительные объекты экспресс-анализа спо собствует научному подходу и формиро ванию урожайности некоторых агрономических культур. Аналогично изложенному характеризуетс  полезность изобретени  при использовании его в качестве прибора дл  контрол  за изменением тех или иных качеств агрономических культур например ФРУКТОВ и овощей в процессе их хранени . Использование дл  наблюдени  ЯМР в магнитном поле Земли в значительной степени упрощает ЯМРпригодного дл  экспресс-анализа агрономических культур непосредственно на плантаци х или в хранилищах. На изготовленном в Ленинградском университете лабораторном макете прибора в процессе его испытани  измерены при одинаковых услови х эффективные времена затухани  Т сигналов свободной прецессии  дер водорода в земном поле дл  р да растительных объектов. Под Т2 понимаетс  врем , за которое амплитуда сигнала свободной прецессии уменьшаетс  в g раз. Врем  Т 2 опревременем спин-спиновой редел етс  Тп и зависит от неодиородлаксации .. ности магнитного пол  /Н , Т2 . Дл  исключени  вли ни  (fH, искажающего полезную информацию , необходимо использовать эталонные образцы. Некоторые результаты измерений представлены в таблице. Сахарный съедобна  тростник разного возраста Арбуз розовнутренвый ность Картофель Красный Яблоки сорта Морковь Китайка до замо- розков после за„ мороз ков 0.37 Представленные в таблице результаты измерений Т в некоторых растительных объектах позвол ют составить представление о возможност х использовани  изобретени  дл  практических целей в сельском хоз йстве,, заготовительных организаци х и в производстве продуктов потреблени . Формула изобретени  1 Устройство дл  определени  биохимических изменений и физиологического состо ни  растительных объектов , например их созревани  или сохранности , содержащее датчик  дерного магнитного резонанса ЯМР) и вторичный прибор, отличающеес   тем, что, с целью выполнени  измерений без нарушени  физиологической целостности исследуемого объекта и исключени  вли ни  на него устройства во врем  измерени , а также упро чЩени  устройства и уменьшени  его габаритов , датчик ЯМР выполнен в виде парысоединенных встречно катушек или нескольких включенных встречно пар соединенных последовательно катушек, образующих измерительную полость/дл  9 8О размещени  в ней объекта, причем плоскости витков катушек взаимно параллельны . 2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с   тем, что, с целью повышени  чувствительности измерений и удобства эксплуатации устройства, катушки датчика ЯМР выполнены разъемными по форме исследуемого образца. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Аккерман Ю. Биофизика. Мир, 1968.
2. 2.Техническое описание ЯМР-прибора РАТ-20 фирмы Эуро-лаб (ФРГ), 1977 (прототип).

   2

   uz.J

   /7