ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫДЫХАЕМОГО УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА
Количество выдыхаемой углекислоты чаще всего определяется непрямым методом по Варбургу (Dixon, 1941; Кожанчиков, 1961). Согласно этому методу, в аппарате Варбурга проводят последовательно дна определения: одно — с поглотителем СО2, характеризующее потребление кислорода животным, второе — без поглотителя СО 2, которое рассматривается как разйица между объемом поглощенного кислорода и выделенного за время измерения углекислого газа.
Применение непрямого метода определения дыхательного коэффициента (СО2/О2) возможно, как уже говорилось, в тех случаях, когда есть уверенность, что никакие летучие вещества животным не выделяются. Иначе при расчетах потребление кислорода окажется заниженным, а выделение углекислого газа (сюда будет включен и неизвестный газ) завышенным, что приведет к искажению величины дыхательного коэффициента.Более правильными сейчас следует считать, особенно для почвенных животных, прямые методы измерения количества выдыхаемого углекислого газа.
Количество СО2 может быть определено уже упоминавшимися сложными методами с помощью газовой хроматографии (Wood, Wood, Dickinson, 1970; Mitchell, 1973), инфракрасного газового анализатора (Hamilton, 1959; Bolton, 1970; Neal, Jones, 150
1972). С помощью последнего Болтон успешно изучил изменения дыхательного коэффициента у дождевых червей в течение года. Измерение проводили в токе воздуха, лишенном СО2. Нил и Джонс (Neal, Jones, 1972) использовали в качестве респирацион- ной камеры сосудик от прибора Варбурга, который пришлифовывался к специальному устройству, соединяющему его с инфракрасным газоанализатором. При этом содержание СО2 опре-
Рис. 9. Схема прибора для одновременного определения потребления кислорода и выделения СО2 (Lindsay, 1939) 7 — контейнер для животного, 2 — кондуктометрическая ячейка с раствором Ва(ОНа), 3 — планированные электроды; 4 — насос; 5 — капиллярный манометр с каплей подвижной жидкости; 6 — компенсирующая камера
деляют с помощью газоанализатора, а О2 — полярографически.
Продукция углекислого газа может быть определена с помощью кондуктометрии. Метод основан на измерении сопротивления (или электропроводности — величины, обратной сопротивлению) раствора щелочи-поглотителя СО2, которое меняется по мере поглощения щелочью углекислого газа \ На рис. 9 приведена схема прибора для одновременного определения потребления кислорода методом дифференциальной манометрии и выделения углекислого газа — кондуктометрически (Fenn, 1927; Lindsay, 1939). В качестве поглотителя СО2 использован раствор Ва(ОН)2, поскольку углекислый барий уходит в осадок и практически нерастворим. Воздух в дыхательной камере (/) циркулирует со скоростью 6 см в мин., проходя через раствор щелочи (2). Это осуществляется с помощью специального электронасоса (4). Изменение объема воздуха в дыхательной камере, обусловленное потреблением кислорода, регистрируется перемещением капли жидкости в манометре (б), который соединяет рабочую и компенсирующую (7) камеры и откалиброван. Расчет потребленного кислорода производится по формуле;
где Иг — исходный объем газового пространства в дыхательной
1 Кондуктометрически может быть определен также аммиак (Shaw, Staddon, 1958).
151
Рис. 10. Прибор для определения выдыхаемой углекислоты (Edwards, 1970)
1 — водяная баня; 2 — контейнер для респирационной камеры; 3 — респирационная камера; 4—термостат; 5 — термисторный детектор теплопроводностя; 6 — вата; 7 — щит детектора; 8 — насос; 9— электрическая схема детектора (пунктирным квадратом отмечен детектор) -
камере за вычетом объемов животного и добавленной щелочи; Vc — объем газа в компенсирующей камере; Pw — парциальное давление паров воды в воздухе при температуре измерения (над разбавленной Ва(ОН)2 воздух насыщен паром); Ра—парциальное давление сухого воздуха при данной температуре; ДК— изменение объема воздушной фазы за определенный отрезок времени.
Сопротивление раствора определяли с помощью мостовой схемы, откалиброванной относительно стандартных сопротивлений. Точность измерения составляла 2хЮ~в мо. Использовались платинированные электроды. Кондуктометрическая ячейка характеризуется константой, т. е. величиной, показывающей, какую часть удельного сопротивления раствора измеряет данная пара электродов. При расчетах применяются уравнения: где k — константа электродов; Р— сопротивление раствора и X — его удельная электропроводность. Константу определяют с помощью раствора с точно известной удельной электропроводностью. Для этого измеряют с помощью данных электродов сопротивление стандартного раствора и множат полученную величину на удельную электропроводность этого раствора при температуре измерения. Константа зависит только от свойств электродов, поэтому время от времени ее следует проверять. Ниже приведены значения удельной электропроводности 0.02N раствора КС1
152
В опыте измеряют исходное сопротивление раствора Ва(ОН)2, а затем — его изменения через определенные отрезки времени. При этом удельная электропроводность раствора будет равна константе электродной ячейки, деленной на измеренное сопротивление раствора. По удельной электропроводности раствора определяют концентрацию раствора и ее изменения в течение опыта. По этим изменениям судят о количестве углекислого газа, вступившего в реакцию с данным количеством щелочи. Исходными данными для расчетов служат значения удельной электропроводности раствора Ва(ОН)2 (по Landolt-Bornstein, 1960) в зависимости от концентрации и температуры, приведенные ниже:
| Нормальность раствора | 18’ | 25’ | Нормальность раствора | 18’ | 25’ |
| 0,0005 | 219 | 251 | 0,05 | 191 | 215 |
| 0,002 | 215 | — | 0,1 | 180 | 204 |
| 0,01 | 207 | 235 |
Из уравнения реакции Ва(ОН)2+СО2=ВаСО2 + Н2О следует, что для изменения концентрации 1 мл раствора Ва(ОН)2 на 0,01N необходимо 112 мм3 СО2 (при 0° и 760 мм рт.
ст.).Для измерения выдыхаемой углекислоты была использована также установка, действие которой основано на измерении теплопроводности воздуха, меняющейся по мере накопления СО2 (Edwards, 1970). В качестве датчика использован термисторный детектор теплопроводности. На рис. 10 приведена схема устройства респирометра и измерительной ячейки этой установки. С помощью этого прибора, соединенного с пишущим устройством, Эдвардс регистрировала и измеряла прерывистое выделение СО2 у диапаузирующих куколок бабочек.
Сравнительно простой метод определения количества выделяемой при дыхании углекислоты — титрование щелочи-поглотителя (Dixon, 1941). Для проведения таких определений удобна модификация сосуда Варбурга, схема которой приведена на рис. 11 (Byzova, 1967). В боковой отросток (2) наливают раствор Ва(ОН)2. Боковой отросток закрывается пипеткой (5) с краном (б). Резервуар пипетки \а) заполнен раствором соляной кислоты. Пипетка заполняется с помощью резинового баллончика (в) таким образом, чтобы давление в баллончике было равно атмосферному, а кислота заполняла бы только резервуар пипетки. После этого кран (б) закрывают и пипетку
153
тивы с манометрами в течение
взвешивают для определения количества кислоты в ней. Потребление кислорода определяется обычным путем. После отсчета потребления О2 часть раствора соляной кислоты выдавливается из пипетки в щелочь. Для этого при слегка сдавленном баллончике открывают кран и после того, как кислота выливается, не отпуская баллончика, кран снова закрывают. Штаминуты качают, затем отмечают
Рис. 11. Сосуд для определения углекислоты титрованием 1 — камера для животного; 2 —боковой резервуар для раствора Ва(ОН)2; 3— пробка-пипетка а — резервуар для раствора НС1; б — кран, в — каучуковый баллончик
показание -манометра. Количество -выделившейся углекислоты определяют по формуле: 
где k — константа сосуда (смотри манометрические методы измерения газообмена); h — показание манометра; К, — объем добавленной соляной кислоты; V2 — объем кислорода, потребленного за время определения углекислоты.
Объем кислоты, добавленной при титровании щелочи, определяется по ее весу, деленному на удельный вес. В свою очередь вес добавленной кислоты определяется как разность между весом наполненной пипетки и ее весом после титрования.