Раздел недели: Плоские фигуры. Свойства, стороны, углы, признаки, периметры, равенства, подобия, хорды, секторы, площади и т.д. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Поиск на сайте DPVA Поставщики оборудования Полезные ссылки О проекте Обратная связь Ответы на вопросы. Оглавление Таблицы DPVA.ru — Инженерный Справочник | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация/ / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины / / Электрическое сопротивление и проводимость проводников, растворов, почв…. / / Удельное электрическое сопротивление электролитов, жидкостей и расплавов солей / щелочей. Поделиться:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Коды баннеров проекта DPVA.ru Консультации и техническая | Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Удельное электрическое жидкостей и расплавов солей.
Удельное электрическое сопротивление воды
Как
правило, в установки электродного нагрева вода подается из естественных
источников. Пригодность воды для того или иного технологического
процесса определяется ее физико-химическими показателями. Применительно к
качества воды являются солесодержание и ее удельное электрическое
сопротивление. Солесодержание,
т. е. суммарная концентрация всех содержащихся в 1 кг воды катионов и
анионов, колеблется от 50 мг/кг до нескольких граммов на килограмм. Режим работы электродных аппаратов в основном зависит …
Как правило, в установки электродного нагрева вода подается из естественных источников. Пригодность воды для того или иного технологического процесса определяется ее физико-химическими показателями. Применительно к установкам электродного нагрева важнейшими физическими показателями качества воды являются солесодержание и ее удельное электрическое сопротивление.
Солесодержание, т. е. суммарная концентрация всех содержащихся в 1 кг воды катионов и анионов, колеблется от 50 мг/кг до нескольких граммов на килограмм.
Режим работы электродных аппаратов в основном зависит от удельного электрического сопротивления воды, которое в любой момент времени определяет ток и мощность аппарата. Для разных времен года и географических зон удельное электрическое сопротивление воды различно и колеблется от 5 до 300 Омм. В специальных лабораториях данное сопротивление определяют при температуре воды 293 К, используя кондуктометр (ММ 34-04).
На практике применяют более простые, хотя и менее точные, установки. Для непосредственного измерения удельного электрического сопротивления воды можно рекомендовать прибор, состоящий из электроизоляционного сосуда прямоугольной формы, двух плоских электродов из меди, укрепленных на внутренних торцевых стенках сосуда, двух проволочных зондов диаметром 1 мм, помещенных в воду на некотором расстоянии от электродов на линии, перпендикулярной их плоскости.
Удельное электрическое сопротивление, Ом-м, воды при температуре 293 К
где U3 — падение напряжения между зондами, В, Аэ — площадь сечения воды в сосуде, перпендикулярного силовым линиям, м2, h4 — расстояние между зондами, м, I — сила тока в цепи электродов, А.
Удельное электрическое сопротивление, Ом-м, при температуре Т слабых растворов электролитов, в том числе и природной воды, описывается гиперболической функцией от температуры
Здесь 293 — удельное электрическое сопротивление при температуре 293 К, т — температурный коэффициент электрического сопротивления, отражающий относительное уменьшение электрического сопротивления при возрастании температуры на 1 К.
Для растворов щелочей и солей т=0,02…0,035, кислот т=0,01…0,016.
В практических расчетах т определяют по упрощенному выражению, принимая т = 0,025,
Электрические водонагреватели, как правило, работают в замкнутых системах теплоснабжения без отбора воды, что позволяет стабилизировать электрическое сопротивление, электрический ток и мощность водонагревателя на расчетном уровне. В отличие от водонагревателей физическое состояние воды при установившемся режиме работы парового котла меняется по высоте электродной системы.
В нижней зоне системы вода нагревается до 358…368 К, в средней — до температуры кипения при заданном давлении в котле с образованием пузырьков пара, и в верхней интенсивно образуется насыщенный пар.
Удельное электрическое сопротивление такой сложной по структуре рабочей среды — пароводяной смеси — зависит от температуры и концентрации солей в котловой воде, объемного паросодержания, конструктивных параметров электродной системы и других параметров. В практике расчета паровых котлов удельное электрическое сопротивление пароводяной смеси определяют по опытным данным.
Для электродной системы с коаксиальными цилиндрическими электродами удельное электрическое сопротивление, Ом-м, пароводяной смеси
где т — удельное электрическое сопротивление воды при температуре кипения, Ом-м, — коэффициент, учитывающий влияние парообразования на удельное электрическое сопротивление котловой воды, Р—мощность электродной системы парового котла, Вт, dB— диаметр внутреннего электрода, м, h — высота электродной системы, м, r — теплота парообразования, Дж/кг, п — плотность пара при заданном давлении, кг/м3.
Для экранированной электродной системы с пластинчатыми электродами, расположенными под углом 120°, и термосифонной циркуляции котловой воды влияние парообразования на удельное электрическое сопротивление воды может быть учтено поправочным коэффициентом = 1,25…1,3
10.12.2016 Без рубрики Нет комментариев
Удельное сопротивление воды — AQUAREAD
Что такое удельное сопротивление воды?Удельное сопротивление воды (resistivity in water, RES) – это мера способности воды противостоять электрическому току.
Она напрямую связана с количеством растворенных в воде солей. Вода с высокой концентрацией растворенных солей будет иметь низкое удельное сопротивление, и наоборот. Удельное сопротивление измеряется в Омах. Когда соли растворяются в воде, образуются свободные ионы. Эти ионы способны проводить электрический ток. Растворенные соли, которые находятся в воде и снижают её удельное сопротивление, включают: кальций, хлорид, магний, калий и, конечно же, натрий.
В таблице ниже показаны некоторые примеры уровней удельного сопротивления для различных типов воды.
| Тип воды | Приблизительное удельное сопротивление, Ом |
| Чистая вода | 20 000 000 |
| Дистиллированная вода | 500 000 |
| Дождевая вода | 20 000 |
| Водопроводная вода | 1000 — 5000 |
| Солоноватая речная вода | 200 |
| Прибрежная морская вода | 30 |
| Открытая морская вода | 20-25 |
Измеритель удельного сопротивления – полезный инструмент для тестирования качества воды.
Удельное сопротивление является жизненно важным показателем, когда требуется сверхчистая вода (например, такая требуется во все большем числе лабораторных и промышленных процессов). В полевых условиях датчик удельного сопротивления воды применим как элемент общего процесса проверки качества воды, когда данный параметр замеряется наряду с другими, такими как растворенный кислород и pH. Мониторинг удельного сопротивления воды также можно использовать для проверки грунтовых вод (например, для выявления загрязнений от фильтратов со свалок или исследования состояния озер, рек и приливных устьев).
Наблюдая за показателем RES в течение некоторого времени, можно составить представление о нормальном диапазоне удельного сопротивления в конкретном водоеме. Использование этих знаний может помочь в выявлении аномалий, которые указывающих на попадание загрязнителя в воду. В водных экосистемах каждый организм имеет определенный диапазон толерантности, и если сопротивление воды выйдет за пределы этого диапазона, это может разрушить экосистему и в дальнейшем потребовать много времени для её восстановления.
Компания Aquaread разрабатывает и производит измерители сопротивления воды, подходящие как для портативных, так и для стационарных применений. В продуктовой линейке имеется многопараметрическое оборудование для контроля качества воды, стандартным параметром которого является удельное сопротивление.
Удельное сопротивление воды определяется с помощью измерений электропроводности и температуры. Выявление удельного сопротивления – это лишь одна из функций многопараметрического оборудования от Aquaread, предназначенного для проверки качества воды.
Оборудование от Aquaread включает в себя датчики с набором электродов, которые измеряют различные параметры. Электроды для растворенного кислорода и электропроводности объединены в один. Между электродами подается напряжение. В зависимости от сопротивления воды происходит его падение. Оно замеряется и с учётом данных о температуре отображается в используемом вместе с аквазондами акваметре в качестве сопротивления.
Необходимо учитывать тот факт, что на удельное сопротивление сильно влияет температура. Оборудование Aquaread для измерения удельного сопротивления регулирует значение данного показателя в зависимости от температуры пробы воды, чтобы отображать значение, нормализованное для 25 0C. Удельное сопротивление можно измерять в диапазоне 5 Ом·см – 1 МОм·см, с точностью +/- 1 % от показаний или 1 Ом·см в большем случае.
| Аквазонд AP-2000 | Аквазонд AP-5000 | Аквазонд AP-7000 |
Для портативных применений мы предлагаем зонды серии Aquaprobe AP-2000 и AP-5000, а также AquaPlus с оптической системой DO/EC. Данные устройства для тестирования воды были спроектированы со вниманием к их прочности и мобильности, что позволяет проводить точечный мониторинг сразу в нескольких местах. Акваметр выполняет геотегирование данных, чтобы их можно было просматривать в Google Планета Земля.
Для длительного использования в нашем ассортименте имеется аквазонд AP-7000 с инновационным методом самоочистки, который позволяет осуществлять постоянный мониторинг в течение продолжительных периодов времени.
Сопротивление воды ом
Методы определения удельного объемного и поверхностного сопротивления. Solid electrical insulating materials. Methods of test for volume resistivity and surface resistivity. ОКСТУ Срок первой проверки — г. Обозначение НТД, на который дана ссылка.
Поиск данных по Вашему запросу:
Сопротивление воды ом
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- В электрочайник с сопротивлением 140 Ом налита вода массой 1,5 кг при температуре 20 С
- Научный форум dxdy
- Сборник идеальных эссе по обществознанию
- Справочник химика 21
- Памятка по электротехнике
- Удельное электрическое сопротивление диэлектриков (при 20°C), справочная таблица
- Сопротивление электрическому току.
- Удельное электрическое сопротивление
- Вы точно человек?
- Как правильно промерить сопротивление воды в металлопластиковой трубе?
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: От низкого Ома платы дохнут. Маскит, прости, 0,05 Ом не нужно.
В электрочайник с сопротивлением 140 Ом налита вода массой 1,5 кг при температуре 20 С
Последнее обновление: Как измерить сопротивление воды? Такой вопрос могут задавать себе люди в разных ситуациях. В этой статье пойдет речь о том, как это сделать в гаражно-домашних условиях. Возможно, кому-то вопрос покажется банальным. Что, мол, такого — взял омметр, тестер или мультиметр с функцией измерения сопротивления , засунул электроды в воду и что-то там измерил.
Надо сказать, что какие-то показания, без сомнения, омметр выдаст.
Но вот будут ли они отражать фактическую величину сопротивления воды — это большой вопрос. Скорее всего, это будет просто ничего не значащая совокупность цифр на экране мультиметра тестера. Дело в том, что в настоящее время немало людей склонны заботиться о своем здоровье. Всевечные » оптимисты » а также просто… как бы это сказать иной раз относятся с «юмором» точнее, с глупостью, если выразиться более конкретно к такому положению вещей.
Однако, вне всякого сомнения, это — личное дело «оптимистов» или же «пессимистов». Мы же поведем разговор для тех, кто является сторонником здорового образа жизни и только для них; болтуны разного калибра могут совершенно спокойно пропустить данный материал. В частности, речь идет о чистой питьевой воде. Ведь не секрет, что за последние лет питьевая вода во многих местах испорчена. К примеру, у нас в г. Уфе «вклад» в это дело для южного водопровода города дает небезызвестный завод «Кроношпан».
И не у всех есть возможность возить воду из благоприятных мест. Некоторые предпочитают покупать воду… Однако, где гарантия, что купленная вода в самом деле удовлетворяет напечатанному на бумаге или полиэтиленовой пленке… а то и на заборе «сертификату качества»? Нам, к примеру, встречалась в продаже в г. Уфе «дистиллированная» судя по надписи на этикетке бутылки вода, предназначенная для заливки в автомобильные аккумуляторы, имеющая сопротивление… в 4 с лишним!!
Ну, Вы же отлично понимаете, ЧТО стало потом с теми аккумуляторами, владельцы которых залили в них такую воду я-то ее просто вылил в канализацию … И сколько потом в интернете на разных автомобильных форумах было вылито горестных а то и злобных слов о том, что, мол, какие в настоящее время аккумуляторы «некачественные» делают.
Но, ладно, что там — аккумулятор. Ну, подумаешь, потихоньку вышел он из строя в результате заливки такой вот «дистиллированной» воды. Это не столь страшно: стоит заплатить 3…15 тыс. Это ерунда.
А вот здоровье человека — гораздо важнее. Здоровье — это отнюдь не аккумулятор автомобиля, который, по сути, является обычной железкой.
Поэтому, кое-что понимающие люди покупают себе дистилляторы. Да, для того, чтобы у себя дома производить питьевую воду для своей семьи. Причем, не те, что представляют собой бачок стоящий на газовой плите с трубочками и змеевиком… — это уже прошлый век. А — серьезные, фабричного изготовления, с электронным управлением, охлаждением и т. Например, имеется благополучный опыт приобретения и эксплуатации дистиллятора Durastil кстати, хороший сайт; как метко замечает его автор, пока люди спорят о том, полезна или нет дистиллированная вода для питья, мало или много в ней кислорода и др.
Только не подумайте, пожалуйста, что мы здесь рекламируем бытовые дистилляторы. Нет, это не реклама. Так вот, если человек задается целью: пить только хорошую, чистую дистиллированную воду, сразу возникает вопрос: а как проконтролировать степень этой самой чистоты? Как убедиться, что вода действительно дистиллированная, а не, скажем, поддельная? Например, это можно сделать путем измерения электрического ее сопротивления.
Конечно, в идеале необходим химический, а то и масс-спектрометрический анализ, но уж ладно. Ибо, чем выше электрическое сопротивление, тем меньше примесей содержится в воде.
Тут, конечно, можно пойти двумя путями. Первый — это приобрести фабричный измеритель сопротивления жидкостей. Однако, во-первых, это — финансовые затраты. Во-вторых, лишнее место, которое будет занимать этот прибор, лежа где-нибудь на полке или в шкафу в квартире.
В-третьих, этот прибор, как и любой другой, необходимо периодически поверять чтобы быть уверенным, что он показывает реальное, фактическое сопротивление воды, а не несет всякую ахинею. Не говоря уже о тех, что были в употреблении. Например, в интернете полно информации о том, как люди покупали эти «китайские» приборы для измерения мощности СВЧ-излучения , что-то там измеряли и потом, после публикования результатов, являлись хорошим источником юмора для окружающих.
Поэтому мы, честно говоря, относимся с серьезным предубеждением к таким приборам.
Надежнее и точнее будет — изготовить свой, самодельный. Второй путь гораздо проще: можно измерить сопротивление воды, используя, буквально, подручные материалы и имеющийся, наверное, у каждого уважающего себя человека, прибор типа тестера или омметра ну, конечно, арабским шейхам, Биллу Гейтсу там… такой прибор иметь необязательно… таким вполне достаточно жить во дворцах с массивными изумрудными колоннами, обрамленными золотом, пить самую чистую воду, какая есть на земле и т.
Правда, следует чуть-чуть понимать, что делаешь. Но — это очень несложно. Итак — как измерить сопротивление воды равно как и любой другой жидкости? Вначале — теория.
Открываем, к примеру, учебник по общей физике Сивухин Д. Электричество: Учебное пособие. Главная редакция физико-математической литературы, И — любуемся формулой Индексы «1» и «2» относятся к первому и второму измерительному электродам соответственно. Эта формула записана в гауссовой системе единиц пожалеем некоторых читателей и не станем разъяснять, что это за система такая.
Кое-кто именует эту постоянную диэлектрической проницаемостью вакуума.
Идеальный случай — это концентрические сферы; чуть хуже, но, тоже неплохо, — длинные коаксиальные цилиндры. Однако, в домашних условиях и те, и другие типы электродов изготовить затруднительно ну, как минимум, хлопотно. Да и необязательно. Самый простой вариант, который можно легко реализовать в домашних условиях — это два протяженных линейных электрода попросту говоря — две относительно длинные тонкие проволоки , находящиеся на определенном расстоянии друг от друга.
Таким образом, зная емкости измерительных электродов и принимая, что среда около первого и второго электродов — одна и та же, а также тот факт, что электроды — одинаковые, можно определить электрическое сопротивление среды в данном случае — жидкости — воды. При этом формула примет более простой вид: С — емкость ДВУХ электродов то есть емкость конденсатора, образованного двумя одинаковыми электродами.
Надеемся, читателям известно, что бывает емкость конденсатора содержащего, как минимум, два электрода — обкладки , а бывает — емкость ОДНОГО, отдельно взятого, электрода.
Это — разные вещи. В случае, если электродами являются две одинаковых проволоки, емкость их можно записать в виде формулы Кроме того, вышеприведенная формула выведена в предположении наличия бесконечной по размерам проводящей среды. Если же размеры последней определяемые, к примеру, как габаритные размеры сосуда, в котором находится вода конечны, тогда формула будет давать приближенное значение емкости С. Подставляя эту формулу в выражение для сопротивления R, получим: Как видим, диэлектрическая проницаемость среды сократилась; это означает, что электрическое сопротивление ее не зависит от диэлектрической проницаемости.
Перепишем последнюю формулу в более удобном для практического применения виде: Что мы получаем? Если известна величина электрического сопротивления в Омах , полученная в ходе измерений омметром, тестером или т.
В отличие от линейно протяженных проводов металлов, полупроводников. Таким образом, эта формула дает нам весьма простой путь определения электропроводности воды с целью последующего сравнения ее с нормативным значением.
Для этого необходимо лишь определиться с параметрами электродов и сосуда, в котором находится жидкость вода. Можно, разумеется, использовать и более адекватные значения. Размеры сосуда, в котором находится тестируемая жидкость, должна быть по крайней мере, не менее, чем указанные выше значения.
Конечно, чем больше они, тем точнее будут результаты измерений. В нашей практике удовлетворительные результаты получались, применяя обычную стеклянную банку емкостью 0,7 л. Внимание: банка должна быть очень тщательно вымыта, если речь идет об измерении электрического сопротивления дистиллированной воды!!
Мыть, соответственно, необходимо той жидкостью, сопротивление которой собираетесь измерять, то есть чистой, дистиллированной водой, упаси бог, без всяких моющих средств. В противоположном случае есть вероятность, что оставшиеся на стенках банки адсорбированные примеси выйдут в раствор и Вы измерите сопротивление не дистиллированной воды, а, грубо говоря, рассола, в состав которого будут входить моющие вещества.
Теперь — о материале электродов. Дело в том, что если Вы возьмете электроды из обычной медной, железной или, упаси бог, алюминиевой проволоки, есть гарантия, что в течение очень небольшого времени их электрический потенциал изменится в результате электрохимических процессов и, соответственно, измеряемое при помощи омметра сопротивление будет, мягко говоря, несоответствующим.
Поэтому, конечно, в идеале необходимы платиновые или платинированные электроды. Но — где же их взять? И тогда — в чем смысл подобных домашних «затей»? Ведь проще купить готовый прибор, чем доставать платинированные электроды. Но, к счастью, не все так сложно. Если нет платинированных, подойдут и позолоченные. На худой конец, вполне подойдут и никелированные, хромированные, нержавеющие например, соответствующие вязальные спицы диаметром 1…2,5 мм. Если нету рядом хромированных никелированных вязальных спиц, на совсем уж худой конец можно купить пару нержавеющих сварочных электродов диаметром 2…2,5…3 мм.
Полностью очистить их от флюса, слегка отшлифовать крупной, затем мелкой шкуркой.
Или же воспользоваться нержавеющей проволокой малого диаметра. Надеемся, читатели знают, как пользоваться штангенциркулем и смогут определить диаметр проволоки, вязальной спицы и т.
А также смогут определить их длину — ту, которая будет погружена в жидкость воду в процессе измерений.
Научный форум dxdy
Как можно определить дистиллированную воду по проводимости электричества. Какое сопротивление постоянному току она создаёт? Насколько мне не изменяет память, сопротивление дистиллированной воды близко к нулю. А определить по проводимости просто невозможно. Элементарно, самый простой вариант проверить дистиллированную воду, с помощью омметра. У дистиллированной воды сопротивление, как правило меньше, чем у воды, содержащей сторонние вещества!
Удельное сопротивление воды опреде- ляется по ординате точки указанной кривой с абсциссой др20—1=0, 13о ляется 0, Ом — Мо данным.
Сборник идеальных эссе по обществознанию
Последнее обновление: Как измерить сопротивление воды? Такой вопрос могут задавать себе люди в разных ситуациях.
В этой статье пойдет речь о том, как это сделать в гаражно-домашних условиях. Возможно, кому-то вопрос покажется банальным. Что, мол, такого — взял омметр, тестер или мультиметр с функцией измерения сопротивления , засунул электроды в воду и что-то там измерил. Надо сказать, что какие-то показания, без сомнения, омметр выдаст. Но вот будут ли они отражать фактическую величину сопротивления воды — это большой вопрос. Скорее всего, это будет просто ничего не значащая совокупность цифр на экране мультиметра тестера. Дело в том, что в настоящее время немало людей склонны заботиться о своем здоровье.
Справочник химика 21
Экспериментальное определение солесодержания воды и ознакомление с методиками ее нормализации. Известно, что работа электродных электронагревательных установок далее ЭНУ зависит от наличия в воде растворенных солей, кислот и щелочей. Эти растворенные вещества диссоциируют на ионы и от их наличия зависит проводимость воды. Проводимость воды принято оценивать при температуре 20 0 с.
Пожалуйста помогите разобраться
Памятка по электротехнике
Физическая природа электрического сопротивления. При движении свободных электронов в проводнике они сталкиваются на своем пути с положительными ионами 2 см. При этом энергия движущихся электронов в результате столкновения их с атомами и молекулами частично выделяется и рассеивается в виде тепла, нагревающего проводник. Ввиду того что электроны, сталкиваясь с частицами проводника, преодолевают некоторое сопротивление движению, принято говорить, что проводники обладают электрическим сопротивлением. Если сопротивление проводника мало, он сравнительно слабо нагревается током; если сопротивление велико, проводник может раскалиться. Провода, подводящие электрический ток к электрической плитке, почти не нагреваются, так как их сопротивление мало, а спираль плитки, обладающая большим сопротивлением, раскаляется докрасна.
Удельное электрическое сопротивление диэлектриков (при 20°C), справочная таблица
Закон Ома устанавливает связь между силой тока в проводнике и разностью потенциалов напряжением на его концах.
Формулировка для участка электрической цепи проводника , не содержащего источников электродвижущей силы ЭДС : сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Законы Ома для замкнутой неразветвлённой цепи: сила тока прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. Закон Ома справедлив для постоянных и квазистационарных токов. Был открыт немецким физиком Георгом Омом в году. В случае переменного тока, величины, входящие в расчётные формулы — становятся комплексными. Закон Ома в дифференциальной форме — описывает исключительно электропроводящие свойства материала, вне зависимости от геометрических размеров.
В электрочайнике с сопротивлением нагревательного элемента 12,1 Ом находится 0,6 кг воды при 20 °С. Чайник включили в сеть с напряжением В.
Сопротивление электрическому току.
Сопротивление воды ом
Формулы и расчеты онлайн — Fxyz. Случайная статья См. Разделы Механические свойства веществ Термодинамические свойства веществ Электрические свойства веществ Магнитные свойства веществ Оптические свойства веществ Свойства атомов веществ Радиоактивные свойства веществ Химические свойства веществ Сравнение величин Вселенная Таблицы интегралов Таблицы производных дифференциалов Кило, Мега, Гига, мили, микро, нано, пико — Приставки к единицам СИ.
Удельное электрическое сопротивление
Таблица 1. Удельное электрическое сопротивление электролитов. Раздел недели: Символы и обозначения оборудования на чертежах и схемах Техническая информация тут. Перевод единиц измерения величин Таблицы числовых значений Алфавиты, номиналы, единицы Математический справочник Физический справочник тут Химический справочник Материалы Рабочие среды Оборудование Инженерное ремесло Инженерные системы Технологии и чертежи Личная жизнь инженеров Калькуляторы.
Свободные электроны в проводнике, перемещаясь по цепи, сталкиваются с атомами, которые в свою очередь препятствуют потоку электронов, тем самым уменьшая значение электрического тока. Это препятствие называется сопротивлением электрическому току , и обозначается буквой R.
Вы точно человек?
Удельное сопротивление воды может быть определено по данным химического анализа воды. Удельное сопротивление воды понижается с возрастанием ее солености, а при постоянной солености — с повышением температуры.
Удельное сопротивление воды контролируют по солемеру на переменном токе при частоте 50 гц и температуре воды 20 5 С. При изменении температуры вне этого интервала необходимо вводить поправку, которую определяют по специальной номограмме. Удельное сопротивление воды зависит прежде всего от ее химического состава и температуры. Указанная зависимость представлена на рис. Удельное сопротивление пресной воды по сравнению с слабоминерализованной водой практически равно бесконечности.
Как правильно промерить сопротивление воды в металлопластиковой трубе?
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна. Навигация по сайту Главная Новости Горное дело Горно-разведочные выработки Горно-разведочные работы Основы горного дела Петрология осадочных пород Проблемы горного дела Радиоактивные руды Разработка месторождений Разрушение горных пород Скважинная добыча Технология горного производства Тяжелые металлы Физико-химическая геотехнология Экологические основы земледелия Разное.
Удельное электрическое сопротивление Электромагнитное поле — одно из физических полей, посредством которого осуществляется взаимодействие электрически заряженных частиц или частиц, обладающих магнитным моментом.
Водоподготовка в электронной промышленности
Современная электронная промышленность предъявляет высокие требования к качеству используемой воды. Для производства электронных компонентов необходима не содержащая взвесей обессоленная вода, обладающая низкой электрической проводимостью (высоким электрическим сопротивлением). В зависимости от технологического процесса, может требоваться получение воды разной степени деионизации — от дистиллированной воды (электропроводность – до 5 мкСм/см, электрическое сопротивления – от 200 кОм*см) до сверхчистой (электрическое сопротивление – 12-18 МОм*см).
Ранее для получения дистиллированной воды применялись дистилляторы-испарители. Принцип их действия заключается в выпаривании исходной воды и последующей конденсации пара.
Основной недостаток метода – высокие затраты на электроэнергию, необходимую для перевода воды в паровую фазу, особенно для установок большой производительности.
Кроме того, при образовании пара в него наряду с молекулами воды могут попадать и другие растворенные вещества в соответствии с их летучестью.
Сегодня все большее количество предприятий используют для получения обессоленной воды мембранные дистилляторы.
Как правило, в качестве мембранных дистилляторов выступают установки двухступенчатого обратного осмоса. Принцип их действия основан на двукратном пропускании воды через полупроницаемые мембраны. В результате вода разделяется на два потока: фильтрат (очищенная вода) и концентрат (концентрированный раствор примесей).
В некоторых случаях (при малом солесодержании исходной воды) может быть достаточно применения установок одноступенчатого обратного осмоса.
Использование мембранных дистилляторов позволяет значительно сократить эксплуатационные затраты и повысить качество получаемой воды.
Для более глубокой очистки и получения сверхчистой воды после мембранного дистиллятора устанавливается одна или несколько последовательно подключенных колонн с ионообменной смолой в Н+ и ОН- форме. Благодаря стабильно высокому качеству воды на выходе со второй ступени обратного осмоса, ресурс ионообменных смол в Н+ и ОН- форме становится очень высоким. Поскольку подобные смолы являются дорогостоящими, использование перед ними установок двухступенчатого обратного осмоса позволяет существенно снизить эксплуатационные затраты на замену смол.
Заполните форму для получения консультации специалиста по водоподготовке
Ваше имя:
Сообщение
Я подтверждаю согласие на обработку своих персональных данных.
Поставьте галку
Следует обратить внимание, что «время жизни» высокочистой воды измеряется секундами, при контакте с воздухом вода мгновенно впитывает в себя углекислый газ, который, превращаясь в гидрокарбонаты, понижает электрическое сопротивление воды.
Поэтому колонна с ионообменной смолой должна находиться в непосредственной близости с точкой использования очищенной воды.
Компания «Осмос» является одним из ведущих производителей мембранной техники более 15 лет. Одно из основных направлений деятельности фирмы – производство установок двухступенчатого обратного осмоса и проектирование комплексной системы водоподготовки на основе мембранных дистилляторов. ООО «Осмос» серийно производит установки двухступенчатого обратного осмоса производительностью от 0,25 до 1 куб.м/час. Установки большей производительности изготавливаются на заказ.
На заводе ОАО «Морион», занимающимся производством пьезоэлектронных приборов стабилизации и селекции частоты (кварцевых генераторов, фильтров и резонаторов), уже с 2004 года эксплуатируются установки двухступенчатого обратного осмоса производства ООО «Осмос». Ранее для получения дистиллированной воды на заводе использовался дистиллятор-испаритель. Испарительная установка позволяла получить воду с сопротивлением 200 кОм*см.
При этом затраты электроэнергии составляли 300-350 кВт*ч на выработку 1 тонны воды.
Введение в эксплуатацию мембранного дистиллятора на основе двухступенчатого обратного осмоса позволило достичь превосходных результатов. При улучшении качества получаемой воды (достигается сопротивление от 500 кОм*см до 1,5 МОм*см) затраты электроэнергии снизились до 6 кВт*ч за 1 тонну воды, то есть в 50 раз.
С учетом эксплуатационных и амортизационных затрат, срок окупаемости установки двухступенчатого обратного осмоса составит менее 5 месяцев.
Таким образом, использование установки двухступенчатого обратного осмоса позволяет получить значительную экономическую выгоду и повысить качество получаемой воды. Но несмотря на неоспоримые преимущества мембранного метода, многие предприятия все еще используют старый «проверенный» метод выпарки.
Получить консультацию специалиста
Водоподготовка для микроэлектроники — Национальный центр водных технологий
Для микроэлектроники и электронной промышленности в большинстве случаев используется глубоко деионизированная (дистиллированная) вода в соответствии с ОСТ 11.
029.003-80 или по американскому стандарту ASTM D-5127-90.
В зависимости от технологического процесса может требоваться получение воды разной степени деионизации: от дистиллированной воды (электропроводность – до 5 мкСм/см, электрическое сопротивления – от 200 кОм*см) до сверхчистой (электрическое сопротивление – 12-18 МОм*см).
Если раньше для получения такой воды использовались технологии на основе выпаривания и вакуумного выпаривания, технологический процесс которого отличался высокими капитальными затратами и удельной стоимостью полученной воды (примерно 40-50 кВт на 1 м3 очищенной воды), то сейчас развитие технологий позволяет существенно удешевить этот процесс за счет использования так называемой мембранной дистилляции, основанной на природе осмоса.
В тех случаях, когда требуется получение воды более глубокой очистки и сверхчистой воды, после мембранного дистиллятора устанавливается одна или несколько последовательно подключенных колонн с ионообменной смолой в Н+ и ОН- форме.
Благодаря стабильно высокому качеству воды на выходе со второй ступени мембранного дистиллятора, ресурс ионообменных смол в Н+ и ОН- форме становится очень высоким.
Необходимо учитывать тот факт, что используемые для доочистки ионообменные смолы обладают высокой стоимостью, и в таком случает использование перед ними мембранных дистилляторов на основе установок двухступенчатого обратного осмоса позволяет существенно снизить эксплуатационные затраты на замену и регенерацию смол.
В идеале установка колонн с ионообменными смолами, используемыми для деионизации остаточного пермеата мембранных дистилляторов, должна располагаться в непосредственной близости от потребителей сверхчистой воды, что объясняется коротким периодом «жизни» сверхчистой воды. Дело в том, что даже во время короткого контакта с окружающим воздухом сверхчистая вода вбирает в себя углекислый газ, который в воде преобразуется в гидрокарбонаты и впоследствии может снизить удельное сопротивление воды.
Альтернативной «связкой» при получении подготовленной воды с высокими показателями чистоты является комбинирование технологии мембранной дистилляции и электродеионизации, однако при стабильно высоком результате очистки полученной воды этот метод имеет некоторые ограничения вследствие больших капитальных затрат на его внедрение.
Чаще всего нами используется следующее оборудование собственного производства в разных комбинациях:
- установки непрерывной электродеионизации воды;
- напорные фильтры на основе ионообменных смол, комбинированных загрузок;
- автоматические двухступенчатые мембранные установки нового поколения серии «АЙСБЕРГ», имеющие существенно больший ресурс мембранных элементов в сравнении со стандартными установками обратного осмоса.
Научно-производственное предприятие «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ» успешно реализует задачи в области водоочистки и водоподготовки для микроэлектроники и других производств, позволяя обеспечивать их водой высокого качества практически в любых условиях.
Справочная информация
Требования к качеству воды для электронной промышленности по ОСТ 11.029.003-80 и ASTM D-5127-90
| Параметры воды | Марка воды по ОСТ 11.029.003-80 | Марка воды по нормам ASTM D-5127-90 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| А | Б | В | Е-1 | Е-2 | Е-3 | Е-4 | |
| Удельное сопротивление при температуре 20°С, МОм*см | 18 | 10 | 1 | 18 | 17,5 | 12 | 0,5 |
| Содержание органических веществ (окисляемость), мг O2/л, не более | 1 | 1,5 | |||||
| Общий органический углерод, мкг/л, не более | 25 | 50 | 300 | 1000 | |||
| Содержание кремниевой кислоты (в пересчете на SiO3-2), мг/л, не более | 0,01 | 0,05 | 0,2 | 0,005 | 0,01 | 0,05 | 1 |
| Содержание железа, мг/л, не более | 0,015 | 0,02 | 0,03 | ||||
| Содержание меди, мг/л, не более | 0,005 | 0,001 | 0,002 | 0,5 | |||
| Содержание микрочастиц с размером 1-5 мкм, шт/л, не более | 20 | 50 | не регламент. | ||||
| Содержание микроорганизмов, колоний/мл, не более | 2 | 8 | не регламент. | ||||
| Хлориды, мкг/л, не более | 1 | 10 | 1000 | ||||
| Никель, мкг/л, не более | 0,1 | 1 | 2 | 500 | |||
| Нитраты, мг/л, не более | 1 | 5 | 500 | ||||
| Фосфаты, мг/л, не более | 1 | 5 | 500 | ||||
| Сульфат, мг/л, не более | 1 | 5 | 500 | ||||
| Калий, мкг/л, не более | 2 | 5 | 500 | ||||
| Натрий, мкг/л, не более | 0,5 | 1 | 5 | 500 | |||
| Цинк, мкг/л, не более | 0,5 | 1 | 5 | 500 | |||
Наши специалисты с радостью ответят на любые имеющиеся у вас вопросы в области водоочистки и водоподготовки воды в электронной промышленности, а также предложат лучшие технологические решения.
Просто позвоните нам или отправьте запрос по электронной почте.
Понимание удельного сопротивления воды
Хотите ли вы определить электрическую проводимость раствора или хотите узнать, насколько кислой или щелочной является вода, существует множество измерений, которые можно выполнить для воды. Одно из этих измерений основано на понимании удельного сопротивления воды, , которое указывает на способность воды эффективно сопротивляться электрическому току . Удельное сопротивление воды напрямую определяется концентрацией растворенных солей, находящихся в воде . Если в воде имеется достаточное количество растворенных солей, вода будет иметь низкое удельное сопротивление. Обратное тоже верно.
Имейте в виду, что высокое удельное сопротивление означает более чистую и чистую воду. Измерение удельного сопротивления отображается в омах. Закон Ома гласит, что ток, проходящий через проводник между двумя отдельными точками, пропорционален напряжению, возникающему в этих двух точках.
Материалы, способные проводить электрический ток, имеют низкое удельное сопротивление и считаются проводниками . Материалы с высоким удельным сопротивлением известны как изоляторы. При растворении солей в воде образуются свободные ионы. Свободные ионы могут проводить электрические токи. В этом руководстве рассматривается удельное сопротивление и то, как оно влияет на качество воды.
Ключевые выводы:
- Удельное сопротивление воды относится к способности воды противостоять электрическому току, которая определяется концентрацией растворенных солей в воде.
- При сравнении проводимости с удельным сопротивлением проводимость является мерой того, насколько хорошо электричество может проходить через воду.
- Использование измерителя удельного сопротивления для тестирования воды может быть важным, поскольку оно может помочь определить, есть ли в воде какие-либо растворенные соли или другие загрязняющие вещества.
Корреляция между удельным сопротивлением и проводимостью
При измерении воды можно измерить общую проводимость воды, которая относится к способности электрического тока проходить через воду .
Поскольку растворенные соли способны проводить электрический ток, увеличение солености приводит к увеличению проводимости. Еще одним фактором, влияющим на проводимость воды, является температура. Более высокая температура обычно приводит к более высоким показаниям проводимости.
Существует сильная корреляция между удельным сопротивлением и проводимостью . В то время как проводимость измеряет, насколько хорошо электричество может проходить через воду, удельное сопротивление измеряет, насколько вода может сопротивляться потоку электричества. Из-за того, как эти два измерения коррелируют, оба они обычно включаются в системы очистки воды, которые используются в лабораториях.
Что такое формула/уравнение удельного сопротивления?
Общее удельное сопротивление воды или любого другого материала измеряется с помощью простой формулы и уравнения, которые читается как ρ= E над J .
- Символ ρ обозначает общее удельное сопротивление воды в омметрах.
- E представляет величину электрического поля в вольтах на метр
- Дж представляет собой величину плотности в амперах на квадратный метр
Эта формула важна, потому что она позволяет вам определить удельное электрическое сопротивление воды с помощью математической формулы . Имея в руках эту формулу, вы будете лучше понимать показания удельного сопротивления при измерении воды.
Зачем использовать измеритель удельного сопротивления для проверки воды?
В то время как измерители проводимости могут быть эффективными при проверке качества воды, измерители удельного сопротивления также являются надежными инструментами для проверки воды . Например, сверхчистая вода имеет чрезвычайно высокое сопротивление, составляющее 20 миллионов Ом, что, по сути, означает, что в воде нет растворенных твердых частиц или загрязняющих веществ. С этим чтением вы можете быть уверены, что вода чистая и безопасная для питья. Хотя отфильтрованная вода не на 100 процентов свободна от примесей, вы все равно должны получить показание удельного сопротивления, которое составляет 500 000 Ом.
Если вода никак не фильтруется, показания удельного сопротивления быстро падают. Дождевая вода обычно имеет удельное сопротивление около 20 000 Ом, что намного выше, чем 1000-5000 показаний нефильтрованной водопроводной воды. Если вы используете измеритель сопротивления для проверки солоноватой воды в реках, вы должны ожидать, что показания сопротивления будут около 200. Для прибрежной морской воды и открытой морской воды показания сопротивления, как правило, колеблются в пределах 20-30 Ом.
Если вы не тестируете сверхчистую воду, типы растворенных твердых веществ, которые можно найти в воде, включают натрий, кальций, калий, магний и хлорид . Когда слишком много этих твердых веществ растворяется в воде, качество воды ухудшается, что может сделать ее небезопасной для питья. Причина, по которой измерители удельного сопротивления становятся все более важными, заключается в том, что они могут обеспечить точные показания сверхчистой воды для применений, где требуется этот тип воды.
Например, для многих промышленных и лабораторных процессов требуется сверхчистая вода. Если в воду попадает даже небольшое количество растворенных твердых веществ, она становится бесполезной.
В полевых условиях датчики сопротивления могут использоваться для определения общего качества воды наряду с датчиками pH и растворенного кислорода . Типы полевых приложений, для которых идеально подходят датчики удельного сопротивления, включают в себя тестирование грунтовых вод, проверку загрязнения в фильтрате свалок и исследование возможного загрязнения в реках и озерах. Любой, кто регулярно контролирует удельное сопротивление воды, должен быстро получить представление о нормальных уровнях удельного сопротивления в различных водоемах. Обладая этими знаниями, вы можете определить аномальные показания, которые могут указывать на присутствие в воде нового загрязняющего вещества.
Удельное сопротивление воды также очень важно при изучении водных экосистем. Каждому организму в реках, озерах и океанах требуется определенный уровень сопротивления, чтобы процветать и выживать.
Если эти уровни выходят за пределы определенного диапазона, водная жизнь в экосистеме может оказаться не в состоянии выжить. Измерители сопротивления используются не только для измерения удельного сопротивления в воде. Фактически, лучшие измерители удельного сопротивления способны измерять уровни сопротивления в жидкостях, суспензиях и полутвердых веществах. Таким образом, измерители удельного сопротивления доказали свою эффективность при использовании в самых разных отраслях, от строительства до археологии.
У археологов измерители сопротивления в основном используются для проверки электрических цепей. Эти счетчики вставляются непосредственно в землю для получения соответствующих показаний. Различные показания могут указывать на наличие археологических объектов под землей. Если показания удельного сопротивления в определенной области ниже или выше, чем в окружающей среде, археологи могут лучше понять, какие объекты могут быть расположены под землей. Например, каменная конструкция может блокировать поток электричества, что приведет к более низким показаниям удельного сопротивления, чем обычно.
Почему мы измеряем удельное сопротивление, а не сопротивление?
Хотя некоторые люди используют сопротивление и удельное сопротивление как синонимы, эти термины имеют немного разные значения, о которых вы должны знать перед выполнением каких-либо измерений. Сопротивление воды или любого другого материала зависит от множества факторов, основным из которых является удельное сопротивление рассматриваемого материала . Поняв разницу между этими двумя терминами, вы должны лучше понять, как движутся электроны. Сопротивление устройства или материала относится к частному напряжению, приложенному непосредственно к цепи. Затем это делится на протекающий через цепь ток.
Сопротивление материала зависит от способности материала блокировать прохождение тока, которая отображается в омах. С другой стороны, удельное сопротивление является фактическим измерением сопротивления материала . Когда материалы устойчивы к электрическому току, они известны как изоляторы.
Материалы с низким сопротивлением называются проводниками, что означает, что они могут без проблем проводить электрический ток. Наряду с изоляторами и проводниками материал или элемент можно классифицировать как полуизолятор.
Существует ряд факторов, которые могут изменить показания удельного сопротивления , основные из которых включают толщину и размер измеряемого материала. Дополнительные факторы включают время электрификации, влажность и текущую температуру. Когда все остальные факторы остаются неизменными, более широкие материалы обычно имеют меньшее сопротивление, чем материалы меньшего размера. С другой стороны, более длинные материалы имеют большее сопротивление, чем более короткие материалы. Хотя сопротивление зависит от размера материала, важно понимать, что удельное сопротивление не зависит.
Существует ряд измерений удельного сопротивления, наиболее распространенные из которых включают:
- Поверхностное удельное сопротивление
- Контактное удельное сопротивление
- Объемное или объемное удельное сопротивление
Удельное поверхностное сопротивление относится к измерению сопротивления поверхности материала при контакте с электродами , что делает это измерение очень простым.
Для сравнения, контактное удельное сопротивление включает измерение сопротивления через композит или материал. Важно понимать, что контактные измерения удельного сопротивления не дают показаний об удельном сопротивлении данного материала. Вместо этого они измеряют общее качество электрического соединения.
Другим типом измерения удельного сопротивления, который вы можете выполнить, является объемное или объемное удельное сопротивление , которое включает измерение сопротивления материала, умноженного на его поперечное сечение. Сечение – это толщина и ширина материала. Это показание затем делится на длину данного материала, который находится между электродами.
Удельное сопротивление является очень важным измерением, которое может предоставить вам точные данные о качестве пробы воды. Проверяете ли вы питьевую воду или хотите убедиться, что речная вода не слишком загрязнена, 9Измерения удельного сопротивления 0003 можно выполнять для многих различных приложений. На самом деле, эти измерения необходимы для некоторых промышленных процессов.
В то время как наука об удельном сопротивлении может быть трудной для понимания, измерители сопротивления просты в использовании и могут дать вам ответы, которые вы ищете.
Что такое электропроводность, удельное сопротивление, TDS, соленость и их взаимосвязь?
Вода обладает способностью проводить электричество благодаря наличию в растворе заряженных ионов. Ионы — это атомы молекул, которые имеют общий электрический заряд, и они включают катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы). Наиболее распространенные заряженные ионы в природной воде обычно включают катионы натрия (Na+), калия (K+), кальция (Ca+2) и магния (Mg+2), а также анионы хлорида (Cl-), сульфата (SO4-2). , нитрат (NO3-) и бикарбонат (HCO3-). Многие другие ионы также можно найти в воде, включая органические ионы и другие неорганические ионы.
Эти ионы несут электрический заряд и могут перемещаться в воде, что позволяет воде проводить электрический ток. Мера способности воды проводить электрический ток называется ее электропроводностью.
Более высокие концентрации ионов в воде увеличивают ее способность проводить электричество и, следовательно, проводимость. С другой стороны, дистиллированная вода имеет очень низкую концентрацию ионов и низкую электропроводность.
Техническое примечание: Иногда электропроводность называют удельной проводимостью. |
Противоположностью проводимости является удельное сопротивление. Удельное сопротивление — это способность материала (например, воды) сопротивляться потоку электричества. Удельное сопротивление является обратной величиной проводимости, так что
Удельное сопротивление = 1/Электропроводность
Из этого соотношения видно, что вода с высокой проводимостью имеет низкое удельное сопротивление, и наоборот. Например, дистиллированная вода будет иметь высокое сопротивление и низкую проводимость.
Обычной единицей измерения проводимости является микросименс на см (мкСм/см).
Эту единицу также иногда записывают как микромхо на см (мкмхо/см), где 1 мкСм/см равен 1 мкмо/см. Питьевая вода обычно имеет значения электропроводности в диапазоне от 50 до 1500 мкмо/см[1]. При более высокой проводимости вода становится слишком соленой для питья.
Техническое примечание: Обратите внимание, что «мхо» — это обратное написание «Ом», общепринятой единицы измерения электрического сопротивления. |
Поскольку электропроводность незначительно меняется в зависимости от температуры, значения электропроводности обычно указываются как значения с температурной компенсацией, которые представляют собой проводимость при 25°C. Это упрощает сравнение значений проводимости для образцов с разной температурой.
Как электропроводность связана с общим содержанием растворенных твердых веществ (TDS)?
Общее количество растворенных твердых веществ (TDS) относится к общему количеству растворенных веществ, присутствующих в воде.
TDS обычно указывается в миллиграммах на литр (мг/л) или ppm (частях на миллион). Это означает, что если полностью испарить один литр воды с TDS 500 мг/л, останется 500 мг твердого остатка. Обычно растворенные твердые вещества включают главным образом растворенные минеральные ионы, такие как натрий, хлорид и другие упомянутые выше ионы. TDS также может включать другие неорганические ионы, растворенные органические вещества и неионогенные вещества, такие как растворенный кремнезем. Хотя относительно небольшое количество TDS включает неионогенные вещества, не несущие электрического заряда, воды с более высокими значениями TDS обычно имеют более высокие значения проводимости.
Из-за этого измерение электропроводности (быстрое и простое) можно использовать для оценки TDS (прямое измерение более дорого и требует больше времени). Однако взаимосвязь между проводимостью и TDS зависит от химического состава воды, поскольку ионы различаются по своей способности передавать электрический заряд через воду.
Некоторые ионы несут электрические заряды быстрее, чем другие, из-за таких факторов, как размер и масса ионов и то, как они взаимодействуют с молекулами воды.
Общее уравнение для оценки TDS по электропроводности выглядит следующим образом:
TDS (мг/л) = k · EC (мкСм/см)
, где EC – это электропроводность, а k – коэффициент преобразования, что связано с химическим составом воды.
Для типичных природных вод, таких как речная и озерная вода, значение коэффициента преобразования обычно составляет от 0,6 до 0,7, а значение 0,64 считается типичным. Для раствора, содержащего в основном ионы натрия и хлорида, значения 0,49до 0,56 типичны, в зависимости от концентрации соли.
Для точной оценки TDS по проводимости при выборе коэффициента преобразования следует учитывать химический состав раствора. Если состав раствора известен, то истинное TDS репрезентативной пробы воды можно рассчитать, взяв сумму измеренных концентраций. В качестве альтернативы можно напрямую измерить истинное значение TDS репрезентативного образца.
Затем можно рассчитать правильное значение коэффициента преобразования на основе истинного TDS и измеренной проводимости.
Если невозможно рассчитать правильное значение коэффициента преобразования, то обычное значение или значение коэффициента преобразования по умолчанию (например, 0,64) приведет к оценке TDS, которая, по крайней мере, находится на правильном уровне.
Как проводимость связана с соленостью?
Соленость относится к содержанию соли в воде. Поскольку большинство растворенных твердых веществ обычно состоят из неорганических ионов, которые являются компонентами солей, концепции солености и TDS очень похожи. На самом деле эти два понятия иногда считаются синонимами. Однако соленость часто выражается в единицах массы соли на массу воды. Например, океанская вода обычно содержит около 35 граммов соли на один килограмм воды, поэтому ее соленость можно выразить как 35/1000 или 0,035. Это также может быть выражено как 3,5% или 35 частей на тысячу (ppt).
Соленость часто используется для описания морской и солоноватой воды, но также может использоваться для описания пресной воды и рассолов. Поскольку пропорции наиболее важных ионов в морской воде почти постоянны, океанографы могут использовать очень точные формулы для оценки солености по электропроводности и температуре[1].
В случаях, когда соленость измеряется в мг/л (например, для озерной воды, плавательных бассейнов или воды для орошения), соленость может быть оценена по электропроводности с использованием той же формулы, которая представлена для TDS в предыдущем разделе.
Ссылки
[1] Американская ассоциация общественного здравоохранения (APHA) (2005 г.) Стандартные методы исследования воды и сточных вод, 21-е изд. APHA, AWWA, WPCF, Вашингтон.
0 Комментарий Опубликовано в Проводимость, TDS, Соленость, Удельное сопротивление
|
Поддержание высокой чистоты воды имеет решающее значение для этих приложений, однако многие из тех, кому поручено контролировать качество воды, не понимают связанных с этим проблем. Чтобы проверить приемлемые уровни качества воды, важно понять используемые принципы измерения и выбрать правильные приборы для работы.
055 µS
У большинства жидкостей проводимость увеличивается с повышением температуры. Большинство ионных растворов будут увеличиваться примерно на 2% на каждый 1°C. К сожалению, этот температурный коэффициент (TC) не является линейным. В случае воды с высоким сопротивлением это может быть ближе к 5% или около того на °C.
Поскольку измеритель корректирует температуру, он отображает значение 1548 мин мкСм 141,3 = 1407 мкСм. Когда образец остынет до 25°C, он снова покажет 1413 мкс, так как коррекция не применяется. Несмотря на то, что датчик электропроводности реагирует мгновенно, значения с поправкой на температуру будут колебаться по мере стабилизации измерения температуры.
Это полезная функция по двум причинам. Во-первых, установив коэффициент на ноль, можно записать измерения без компенсации. Это исключает возможность использования неправильного ТС. Такие методы, как Фармакопея США 23, специально требуют некомпенсированных измерений. Во-вторых, используя нулевую TC, идеальную TC для образца можно определить путем проведения испытаний значений проводимости при различных температурах. Как только ТС пробы жидкости установлена, ее можно ввести в измеритель для автоматической коррекции температуры. 9Этикетки 0011 TC на стандартах калибровки проводимости часто содержат температурную таблицу со значениями проводимости при различных температурах. Измерители проводимости с фиксированным ТП следует калибровать по значению проводимости при температуре нормализации измерителя, обычно 25°С. Калибровка по значениям, отличным от температуры нормализации, будет уместной только в том случае, если счетчик не использует температурную коррекцию или если TC настроен на 0,0%.
Как правило, всегда лучше калибровать и измерять температуру как можно ближе к 25°C, когда применяется т.п. Запись температуры во время калибровки и измерения является хорошей практикой.Вода повышает текучесть межклеточных мембран рогового слоя: взаимосвязь с водопроницаемостью, эластичностью и свойствами электрического сопротивления
. 1996 г., май; 106(5):1058-63.
дои: 10.1111/1523-1747.ep12338682.
Алонсо 1 , Мейреллес Н.
С., Юшманов В.Е., Табак М.
Принадлежности
принадлежность
- 1 Departamento de Electrônica Quantica, Instituto de Fisica, Universidade de Campinas, SP, Бразилия.
- PMID: 8618039
- DOI: 10.1111/1523-1747.ep12338682
Бесплатная статья
А Алонсо и др. Джей Инвест Дерматол. 1996 май.
Бесплатная статья
. 1996 г., май; 106(5):1058-63.
дои: 10. 1111/1523-1747.ep12338682.
Авторы
Алонсо 1 , Н. С. Мейреллес, В. Е. Юшманов, М. Табак
принадлежность
- 1 Departamento de Electrônica Quantica, Instituto de Fisica, Universidade de Campinas, SP, Бразилия.
- PMID: 8618039
- DOI: 10.1111/1523-1747.ep12338682
Абстрактный
Мы использовали метод электронного спинового резонанса спиновой метки для мониторинга эффекта гидратации на молекулярную динамику липидов в положениях C-5, C-12 и C-16 алкильной цепи. Увеличение содержания воды в СК новорожденных крыс приводит к увеличению текучести мембраны, особенно в области вблизи границы мембрана-вода. Эффект менее выражен глубже внутри гидрофобного ядра. Время реориентационной корреляции в положении С-16 углеводородных цепей показало более высокое изменение примерно до 18% (мас./мас.) содержания воды. Это поведение сопровождалось экспоненциальным спадом как модуля упругости, так и электрического сопротивления с содержанием воды. Напротив, сегментарное движение в положениях цепи С-5 и С-12 и константа проницаемости увеличивались в диапазоне примерно 18% по весу до состояния полной гидратации (58 +/- 7%). Наши результаты дают лучшую характеристику текучести SC и показывают, что это основной параметр, участвующий в механизме проникновения различных соединений через кожу.
Похожие статьи
Влияние гидратации на текучесть межклеточных мембран рогового слоя: исследование ЭПР.
Алонсо А., Мейреллес, Северная Каролина, Табак М. Алонсо А. и др.
Биохим Биофиз Акта. 1995 г., 6 июля; 1237 (1): 6–15. doi: 10.1016/0005-2736(95)00069-ф.
Биохим Биофиз Акта. 1995.
PMID: 7619844Динамика липидных цепей в роговом слое изучена методом электронного парамагнитного резонанса со спиновой меткой.
Алонсо А., Мейреллес, Северная Каролина, Табак М. Алонсо А. и др. Хим. физ. липиды. 2000 г., февраль; 104(2):101-11. doi: 10.1016/s0009-3084(99)00090-0. Хим. физ. липиды. 2000. PMID: 10669304
Фазовые переходы липидов рогового слоя крысы с помощью электронного парамагнитного резонанса и взаимосвязь фазовых состояний с проникновением лекарств.
Огисо Т., Огисо Х., Паку Т., Иваки М. Огисо Т. и др. Биохим Биофиз Акта. 1996 31 мая; 1301 (1-2): 97-104. doi: 10.
1016/0005-2760(96)00026-4.
Биохим Биофиз Акта. 1996.
PMID: 8652657[Биофизическая характеристика рогового слоя. Связь между структурой и свойствами].
Левек Ж.Л., Рибо С., Гарсон Ж.К. Левек Дж.Л. и соавт. Патол Биол (Париж). 1992 февраля; 40(2):95-108. Патол Биол (Париж). 1992. PMID: 1376890 Обзор. Французский.
Количественные измерения концентрации воды в роговом слое in vivo током высокой частоты.
Тагами Х. Тагами Х. Acta Derm Venereol Suppl (Stockh). 1994;185:29-33. Acta Derm Venereol Suppl (Stockh). 1994. PMID: 8091924 Обзор.
Посмотреть все похожие статьи
Цитируется
Механизмы и последствия бактериальной инвазии через кожный барьер человека.
Lipsky ZW, Patsy M, Marques CNH, German GK. Липский З.В. и соавт. Микробиологический спектр. 29 июня 2022 г .; 10 (3): e0274421. doi: 10.1128/spectrum.02744-21. Epub 2022 9 мая. Микробиологический спектр. 2022. PMID: 35532353 Бесплатная статья ЧВК.
Защитный эффект Potentilla glabra в процессе фотостарения, вызванного УФ-В.
Ю Л, Ким МЮ, Чо ДЖИ. Вы Л. и др. Молекулы. 2021 6 сентября; 26 (17): 5408. doi: 10,3390/молекулы 26175408. Молекулы. 2021. PMID: 34500840 Бесплатная статья ЧВК.
Скорость закрытия микропор после применения микроигл в различных анатомических участках у здоровых людей.
Огунджими А.Т., Лоусон С., Карр Дж., Патель К.К., Фергюсон Н., Брогден Н.
К.
Огунджими А.Т. и соавт.
Skin Pharmacol Physiol. 2021;34(4):214-228. дои: 10.1159/000515454. Epub 2021 28 апр.
Skin Pharmacol Physiol. 2021.
PMID: 335
Бесплатная статья ЧВК.Изучение восстановления кожного барьера на молекулярном уровне после острых ран: исследование in vivo/ex vivo на свиньях.
Моджумдар Э.Х., Мэдсен Л.Б., Ханссон Х., Таавонику И., Кристенсен К., Перссон С., Морен А.К., Моксо Р., Шмидтхен А., Рузгас Т., Энгблом Дж. Моджумдар Э.Х. и соавт. Биомедицины. 2021 31 марта; 9(4):360. doi: 10.3390/биомедицины
60. Биомедицины. 2021. PMID: 33807251 Бесплатная статья ЧВК.Динамика гидратации кожи исследована методами электроимпеданса in vivo и in vitro.
Морин М., Рузгас Т.
, Сведенхаг П., Андерсон К.Д., Оллмар С., Энгблом Дж., Бьорклунд С.
Морин М. и соавт.
Научный представитель 2020 г. 14 октября; 10 (1): 17218. doi: 10.1038/s41598-020-73684-y.
Научный представитель 2020.
PMID: 33057021
Бесплатная статья ЧВК.
Просмотреть все статьи «Цитируется по»
Типы публикаций
термины MeSH
Деионизированная вода | Myron L® Company
Щелкните здесь, чтобы загрузить этот бюллетень в формате PDF
Много лет назад вода высокой чистоты использовалась только в ограниченных целях. Сегодня деионизированная (Dl) вода стала незаменимым ингредиентом в сотнях областей применения, включая медицину, лабораторию, фармацевтику, косметику, производство электроники, пищевую промышленность, гальванику, бесчисленное количество промышленных процессов и даже окончательное ополаскивание на местной автомойке.
ПРОЦЕСС ДЕИОНИЗАЦИИ
Подавляющее большинство растворенных примесей в современных системах водоснабжения представляют собой ионы, такие как кальций, натрий, хлориды и т. д. В процессе деионизации ионы удаляются из воды посредством ионного обмена. Положительно заряженные ионы (катионы) и отрицательно заряженные ионы (анионы) заменяются на ионы водорода (H+) и гидроксила (OH-) соответственно из-за большего сродства смолы к другим ионам. Процесс ионного обмена происходит в местах связывания шариков смолы. После истощения обменной способности слой смолы регенерируется с помощью концентрированной кислоты и щелочи, которые удаляют накопленные ионы посредством физического перемещения, оставляя на их месте ионы водорода или гидроксила.
ТИПЫ ДЕИОНИЗАТОРОВ
Деионизаторы существуют в четырех основных формах: одноразовые картриджи, переносные обменные резервуары, автоматические устройства и устройства непрерывного действия. Двухслойная система использует отдельные слои катионита и анионита. Деионизаторы со смешанным слоем используют обе смолы в одном сосуде. Наиболее качественную воду получают деионизаторы со смешанным слоем, тогда как двухслойные деионизаторы имеют большую производительность. Деионизаторы непрерывного действия, в основном используемые в лабораториях для полировки, не требуют регенерации.
ПРОВЕРКА КАЧЕСТВА ВОДЫ DI
Качество воды из деионизаторов зависит от типа используемых смол, качества питательной воды, расхода, эффективности регенерации, остаточной емкости и т. д. Из-за этих переменных во многих применениях Dl-воды очень важно знать точное качество. Удельное сопротивление/проводимость является наиболее удобным методом проверки качества воды Dl. Деионизированная чистая вода является плохим проводником электричества, имея удельное сопротивление 18,2 млн Ом·см (18,2 МОм) и проводимость 0,055 мкСм. Именно количество ионизированных веществ (или солей), растворенных в воде, определяет способность воды проводить электричество. Следовательно, удельное сопротивление и его обратная величина, проводимость, являются хорошими параметрами качества общего назначения.
Поскольку температура сильно влияет на проводимость воды, измерения проводимости на международном уровне приводятся к температуре 25°C, что позволяет сравнивать различные образцы. В типичном водопроводе температура изменяет проводимость в среднем на 2%/°C, что относительно легко компенсировать. Однако точное измерение деионизированной воды гораздо сложнее, поскольку температурные эффекты могут достигать 10%/°C! Таким образом, точная автоматическая температурная компенсация является «сердцем» любого солидного прибора.
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПРИБОРЫ
Портативные приборы обычно используются для измерения качества воды Dl в точках использования, выявления проблем в системе Dl, подтверждения показаний монитора и тестирования подаваемой в систему воды. Портативные приборы Myron L ® Company уже много лет являются первым выбором профессионалов в области водоснабжения Dl. Для систем Dl с двумя слоями существует несколько пригодных для использования моделей с отображением общего количества растворенных твердых веществ либо в микросименсах, либо в ppm (частях на миллион). Наиболее универсальными приборами для воды Dl являются 4P или 6PFC 9.0288 E Ultrameter II™, который может измерять как сверхчистую воду смешанного качества, так и неочищенную воду. Следует отметить, что как только вода Dl выходит из трубопровода, ее удельное сопротивление падает, поскольку вода поглощает растворенный углекислый газ из воздуха. Для измерения ультрачистой воды ручным прибором требуется не только правильный прибор, но и правильная техника для получения точных и воспроизводимых показаний. Приборы компании Myron L ® обеспечивают точность и прецизионность, необходимые для измерений сверхчистой воды.
Линейные мониторы/контроллеры обычно используются в более требовательных системах Dl с водой. Повышенная точность достигается за счет предотвращения разлагающего воздействия углекислого газа на воду высокой чистоты за счет использования встроенного датчика (ячейки). Та же самая деградация сверхчистой воды является причиной отсутствия стандартных растворов для калибровки удельного сопротивления (как в случае с приборами проводимости). Заменители электронных датчиков обычно используются для калибровки мониторов/контроллеров удельного сопротивления.
Майрон Л 9Компания 0288 ® производит различные линейные приборы, в том числе мониторы/контроллеры удельного сопротивления, которые разработаны специально для воды Dl.
Модели многопараметрического монитора/контроллера™ серии 900 одновременно контролируют и/или управляют несколькими входами и выходами. Они имеют автоматический диапазон с 3 автоматическими стандартами компенсации температуры для максимальной точности (KCl, NaCl и 442 Natural Water™). Регулируемая пользователем температурная компенсация (0–10 %/°C) может быть отключена для нескомпенсированных показаний. Входные параметры включают удельное сопротивление, проводимость, TDS, соленость, pH, ОВП, расход/импульс и температуру. Функция процентного отклонения 9Серия 00 предназначена для количественной оценки эффективности систем фильтрации воды. Это достигается путем сравнения питательной воды с водой пермеата (продукта) для определения процента растворенных твердых частиц, удаленных или отклоненных системой фильтрации. Последовательный выход RS-485 позволяет загружать данные в управляющий компьютер, ПЛК или систему SCADA.
Встраиваемые мониторы/контроллеры серии 750 II предлагают семь диапазонов удельного сопротивления, подходящих для любого применения воды Dl. Доступны различные опции и выходы, чтобы экономически эффективно адаптировать монитор/контроллер к вашему конкретному приложению. Температурная компенсация является автоматической и достигается за счет двойной цепи термистора.
Все модели мониторов/контроллеров Myron L ® содержат регулируемые уставки, разъем(ы) удаленной сигнализации и реле повышенной прочности, которые можно использовать для управления сигнализацией(ями), клапаном(ами), насос(ы) и т. д.
Доступны датчики, изготовленные из нержавеющей стали 316 или титана. Все датчики снабжены полипропиленовой втулкой 3/4″ MNPT и кабелем длиной 10 футов/3 метра. Можно заказать дополнительные втулки из PVDF или нержавеющей стали, а также кабели большей длины до 100 футов/30 метров.
В следующей таблице кратко представлены некоторые приборы компании Myron L ® для работы с водой Dl. Для получения подробной информации и рекомендаций обратитесь к местному дистрибьютору, см. листы технических данных Myron L ® , посетите наш веб-сайт (www.myronl.com) или свяжитесь с нами по телефону, факсу или электронной почте ([email protected]).
Неинвазивный анализ стволов деревьев с помощью томографии удельного электрического сопротивления: выявление влияния температуры, состояния воды и установки электродов
Введение
Растущий спрос на мониторинг здоровья деревьев и лесов с точки зрения биотических и абиотических стрессов (Allen et al., 2010; Jactel et al., 2012) требует новых устойчивых и неразрушающих методов измерения и мониторинга. Необходимы новые подходы для ранней, потенциально досимптомной диагностики снижения жизнеспособности деревьев и физиологических реакций на стресс. Томография электрического сопротивления (ER) представляет собой многообещающий подход, поскольку он предлагает детальное представление о деревьях in vivo и in situ , и он практически не разрушается (Daily et al. , 2005). Однако его применение в науках о растениях и особенно в физиологии деревьев еще недостаточно изучено, и большинство исследований сосредоточено на отдельных видах или даже на отдельных деревьях (например, Bieker et al., 2010; Guyot et al., 2013; Martin and Günther, 2013; Гонц и др., 2018). Лучшее знание возможностей и ограничений метода было бы необходимым условием для реализации измерений ER для широкого спектра приложений, начиная от оценки деревьев и определения качества древесины и заканчивая количественной оценкой физиологических процессов в лесах.
ER-томография изначально была разработана как геофизический метод для исследования недр. Геологические вариации, такие как зоны разломов, литология почвы, наличие грунтовых вод и области повышенной солености, могут быть обнаружены путем создания электрического поля и последующего измерения электропроводности (Revil et al., 2012). Методологическая адаптация способствовала внедрению методов ER в науки о растениях и окружающей среде. Например, в настоящее время измерения ER можно использовать для количественной оценки и визуализации развития корней, взаимодействия почвы и корней и использования воды растениями (Weigand and Kemna, 2017; Vanella et al., 2018). Применение к стоячим деревьям стало возможным благодаря дальнейшему развитию и адаптации метода Tattar et al. (1972), Шиго и Шиго (1974), Джаст и Джейкобс (1998) и Эл Хагрей (2007). Последний принцип измерения основан на круглом массиве электродов вокруг ствола (многоэлектродный кольцевой массив), соединенных с заболонью небольшими вставленными гвоздями. Шаг за шагом электрическое поле индуцируется двумя электродами и регистрируется попарно другими вставленными электродами. Электропроводность или ее величина, обратная ER, рассчитывается для каждого измерения. Измеренные данные обрабатываются на основе алгоритма инверсии, в котором используются треугольные сетки между точками измерения для получения поперечного распределения ER (Günther et al., 2006; Martin and Günther, 2013). Паттерны распределения ЭР затем можно визуализировать на двухмерной томограмме с использованием цветовой шкалы.
Древесина — это природный материал с очень сложной анатомической структурой и биохимическим составом, который может существенно различаться между видами, а также между отдельными экземплярами. Из-за этой сложности невозможно теоретически рассчитать ЭЭС образцов древесины или вывести на теоретической основе влияние внутренних и внешних факторов на диэлектрические свойства древесины (Торговников, 1993). Тем не менее, электрические свойства могут быть получены путем надлежащего экспериментирования. Несколько исследований показали, что вариации ЭР в стволе дерева в основном вызваны неоднородным распределением влаги, электролитов и плотности древесины в поперечном сечении (Al Hagrey, 2007; Bieker and Rust, 2010b; Bieker et al., 2010; Guyot). и др., 2013). Таким образом, низкий ER указывает на более высокое содержание влаги в древесине, более высокое содержание электролита и/или более низкую плотность древесины. Однако влияние отдельных факторов на электрические свойства древесины может сильно различаться в зависимости от породы дерева (например, Bieker and Rust, 2010b; Guyot et al., 2013; Bär et al., 2019).) и факторы могут накладываться или маскировать друг друга, усложняя анализ.
Поскольку влажность древесины, содержание электролитов и клеточная структура сильно изменяются в результате бактериальных и грибковых инфекций, гниения древесины или трещин в стволе, ER-томография была успешно разработана в качестве инструмента для обнаружения микробного распада как у покрытосеменных (например, Nicolotti et al., 2003; Bieker et al., 2010; Brazee et al., 2011; Martin and Günther, 2013) и хвойные (Larsson et al., 2004; Wunder et al., 2013; Humplík et al., 2016) . Этот метод может заменить или дополнить инвазивные инструменты для оценки внутреннего разложения древесины в живых деревьях, такие как отбор проб и последующее тестирование путем окрашивания или использования фрактометра, а также применение резистивного бурения (Rust, 19). 99). Как и другие томографические методы (звуковая, ультразвуковая и гамма-лучевая компьютерная томография; Bieker et al., 2010), ЭР-томография считается неразрушающей технологией, поскольку требует только введения тонких гвоздей во внешнюю заболонь. В качестве дополнительного преимущества измерения ER позволяют проводить анализ с высоким разрешением и визуализировать распределение удельного сопротивления по всему поперечному сечению в двух- и трехмерном форматах. Помимо оценки гниения и полостей древесины, ER-томография также применялась для дифференциации заболони от сердцевины нескольких видов покрытосеменных и хвойных (Rust, 19).99; Бикер и Раст, 2010а; Гайо и др., 2013; Ван и др., 2016). Предполагается, что переходная зона от низкого ЭС на периферии к высокому ЭС ближе к центру указывает на границу заболони и сердцевины, хотя точность метода обсуждается (например, Pfautsch and Macfarlane, 2016). Кроме того, измерения ER использовались для обнаружения образования красной сердцевины у европейского бука (Goncz et al. , 2018) и ряда других признаков, начиная от сезонных изменений в клетках и заканчивая холодовым повреждением (см. обзор Gora and Yanoviak, 2015).
Несмотря на недавний прогресс, многие аспекты применения ER-томографии на стволах деревьев еще полностью не изучены. Известно, что внешние условия, такие как температура, водоснабжение деревьев, характеристики коры и процедура установки электродов, потенциально могут влиять на измерения ER (Shigo and Shigo, 1974; Larsson et al., 2004; Guyot et al., 2013), но никогда не подвергались систематическому анализу. и для большого разнообразия видов. Таким образом, трудно дифференцировать влияние отдельных факторов на измеряемое удельное сопротивление древесины, выделять четкие сигналы абиотических и биотических стрессов, применять метод ЭР в физиологических анализах деревьев. Измерения ER могут помочь, например, контролировать состояние воды в деревьях и определять критические уровни стресса от засухи у стоящих деревьев. В настоящем исследовании мы проанализировали влияние температуры, водного режима растений, удаления коры и установки электродов на ЭР-томограммы стволов деревьев. Эти аспекты были рассмотрены путем применения измерений ER к шести широко распространенным и экономически важным видам европейских деревьев, в том числе к трем покрытосеменным растениям (9).0272 Betula pendula , Fagus sylvatica , Populus nigra ) и три хвойных ( Larix decidua , Picea abies , Pinus cembra ). Анализ нескольких видов должен позволить сделать общие выводы по функциональным группам (покрытосеменные в сравнении с хвойными), но при этом необходимо сократить количество измерений по видам. Кроме того, мы оценили, может ли технология ER быть мощным инструментом для неразрушающего мониторинга состояния воды в деревьях.
Мы предположили, что i) температурная зависимость измерений ER незначительна выше 0°C, но значительна ниже точки замерзания, и ii) обезвоживание стволов деревьев приводит к характерным изменениям значений ER и закономерностей распределения, что позволяет надежно определить состояние воды по анализу томограмм ЭР. В этом контексте ожидалось, что модели обезвоживания у покрытосеменных растений будут более сложными, чем у хвойных, поскольку структура их древесины более сложна. Кроме того, мы предположили, что iii) удаление перидермы, флоэмы и камбия и продолжительность установки электродов влияют на паттерны ЭР. Анализы должны подчеркивать высокий потенциал анализа ER в физиологии растений и обеспечивать прочную основу для правильной интерпретации томограмм деревьев.
Материалы и методы.
Растительный материал.
Mill., P. abies (L.) H. Karst., P. cembra L.]. Все виды являются аборигенными для Центральной Европы и были отобраны в Тироле, Австрия, на участках вокруг Инсбрука (791 м, 47°27′ с.ш./11°37′ в.д.; все покрытосеменные и L. decidua 9).0273 ) и в долине Селлрейн (1760 м, 47°09′ с.ш./11°07′ в.д.; P. abies и P. cembra ). Для измерений были отобраны живые деревья без видимых повреждений, с прямыми и округлыми стволами, предполагая, что они репрезентативны для соответствующих видов. Диаметр ствола на высоте груди варьировался от 42 до 70 мм, высота дерева от 2 до 4 м, а возраст дерева примерно от 15 до 20 лет (дополнительные таблицы S1 – S4). Целые деревья были спилены над землей, немедленно завернуты в пищевую пленку и заключены в темные пластиковые пакеты, чтобы избежать обезвоживания во время транспортировки в лабораторию. Отбор проб проводился в период с апреля по сентябрь во время или после дождливых периодов, чтобы обеспечить насыщение стеблей. В лаборатории стволы повторно обрезали под водой примерно на 10–20 см (покрытосеменные) и 5–10 см (хвойные) у основания. Затем деревья пропитывали водой на ночь, помещая их в ведро с водой. Часть измерений (см. ниже) была выполнена только на одном дереве каждого вида. Мы осознаем тот факт, что было бы желательно большее количество повторов, но имеющиеся лабораторные помещения (где нужно было обезвоживать деревья высотой до 4 м) и оборудование (камера для температурных испытаний) не позволяли проводить анализ дополнительных образцов. Соответственно, наше исследование сосредоточено не на видоспецифических характеристиках, а на общих тенденциях, наблюдаемых у покрытосеменных и хвойных.
Измерения удельного электрического сопротивления
Многоканальная система удельного сопротивления (PiCUS TreeTronic, Argus Electronic GmbH, Германия) использовалась для измерения ЭЭС с использованием диполь-дипольной конфигурации (Daily et al., 2005) при низкочастотном токе 8,3 Гц и уровнях напряжения между 2 и 8 В. Система крепилась к дереву с помощью гвоздей из нержавеющей стали, установленных равномерно вокруг ствола на постоянной высоте над землей («многоэлектродная кольцевая решетка»). Для достижения максимально возможного разрешения мы применили 24 электрода, максимум используемой системы измерения ER. Гвозди стерилизовали перед измерением и вставляли через кору и камбий в самую крайнюю часть древесины до тех пор, пока не устанавливался прочный контакт с заболонью.
На все установленные электроды шаг за шагом подавались электрические напряжения, и данные электрического поля обрабатывались с помощью программного обеспечения Picus (PiCUS TreeTronic Q73, Argus Electronics GmbH, Германия) в соответствии с алгоритмами инверсии Günther et al. (2006). Уровень гладкости (для упорядочения решения) был установлен на 100, а размер сетки (чтобы указать количество треугольников между двумя точками измерения) был установлен на 4 (подробнее см. также Günther et al., 2006). Затем было рассчитано поперечное распределение ER на основе геометрии кругового дерева. Для каждой области треугольника на томограмме, определенной линиями измерения между установленными электродами, ее положение, размер и значение ER затем экспортировались и визуализировались с использованием цветовой шкалы в диапазоне от синего (низкий ER) над зеленым и желтым до красный (высокий ER). Диапазон шкалы был скорректирован для каждого вида между самой низкой и самой высокой ER, обнаруженной при 20 ° C и полном насыщении, соответственно.
Для расчета профилей ЭР через поперечные сечения определялись трансекты шириной 6 мм и извлекались значения всех площадей треугольников с центром в них. Ориентация профилей была скорректирована, чтобы исключить зоны реактивной древесины, а профили ER были связаны с относительным радиальным положением между центром ствола и камбием (0% = центр ствола, ± 100% = самое молодое годичное кольцо), чтобы учесть различия в диаметре между отдельными деревьями.
Для определения среднего ER каждого поперечного сечения (ER означает ; Ом·м), взвешенное электрическое сопротивление (ER w ; Ом·м) всех отдельных треугольников было рассчитано как
ERw=(ER * A)/Amean
, где A (см²) — площадь отдельного треугольника, а A означает (см²) средняя площадь всех треугольников. Затем вычисляли среднее ER (взвешенное среднее для всего поперечного сечения) как среднее ER w всех треугольников поперечного сечения. Кроме того, ER в центре и ER на периферии были рассчитаны как среднее значение ER 9.0661 W треугольников в пределах 0–10% и 90–95% относительного радиального положения соответственно. Эти области были определены, чтобы зафиксировать репрезентативные значения для областей сердцевины и заболони и исключить локальные изменения ER вокруг электродов.
Схема эксперимента
Было проведено три разных эксперимента для анализа влияния i) температуры, ii) обезвоживания и iii) установки электродов, а также удаления коры на результаты томографии ER. Все анализы проводились в лаборатории на срезанных деревьях и в контролируемых условиях, как описано ниже.
(i) Температура: От основы одного насыщенного дерева каждого вида вырезали отрезок ствола длиной 20 см и сразу же оборачивали пищевой пленкой во избежание обезвоживания. Электроды для измерения ЭР устанавливали посередине на одинаковом расстоянии от обоих концов сегментов, что, следовательно, соответствовало высоте ствола около 20–30 см над землей на стоячем дереве. Затем сегмент ствола помещали в термокамеру (Binder GmbH, Германия) и подвергали последовательному воздействию температур 30, 20, 10, 0 и -10°С. При каждом уровне температуры образцы акклиматизировались в течение 2 ч, затем электроды подключались к компьютерной системе и после дополнительной акклиматизации в течение 30 мин проводились измерения ЭУ. Температуру контролировали с помощью термопар типа Т, которые устанавливали в камере (n = 1) и вставляли в центр ствола (n = 2; примерно на 2 см выше и ниже электродов) и подключали к регистратору данных (Campbell Scientific, Ltd. ). , ВЕЛИКОБРИТАНИЯ). На заключительном этапе измерения ER были повторены для каждого ствола во второй раз при 20°C, чтобы исключить потенциальные долговременные изменения древесины (например, из-за изменений влажности) во время процедуры измерения. Ожидалось, что ограниченная длина образцов ствола не вызовет значительных ошибок измерения, поскольку граничные эффекты малы при отношении расстояния к уровню измерения и радиусу ≥ 5 (Weihs et al., 2013).
(ii) Обезвоживание: Одно насыщенное дерево каждого вида было распаковано, вытащено из воды и помещено в держатель. Затем каждое дерево непрерывно обезвоживали при комнатной температуре (20°C) и регулярно измеряли водный потенциал на трех небольших верхушечных побегах каждого дерева и в определенный момент времени с помощью аппарата Шоландера (барокамера модели 1000, PMS Instrument Co., США). С интервалами примерно в 1 МПа проводились измерения УЭС. Для каждого измерения ЭР новый электродный круг устанавливался на несколько сантиметров ниже или выше старых, чтобы избежать аберраций из-за длительной установки электродов (в температурном эксперименте все измерения проводились на одном и том же электродном круге, т. к. анализы были завершены). в течение 1 дня).
(iii) Удаление коры и установка электродов: Для изучения потенциального влияния коры на измерения ER сегмент ствола F. sylvatica длиной 25 см был снабжен гвоздями и соединен электродами с измерительной системой, как описано в температурный эксперимент. После первого измерения ER слой перидермы и более старых тканей флоэмы осторожно удаляли долотом в пределах полосы на 1 см выше и ниже ногтей, и проводили второе измерение ER. Далее удаляли слой перидермы сначала на 5 см выше и ниже ногтевого ложа, затем дополнительно удаляли флоэму и камбий на 5 см и, наконец, удаляли перидерму, флоэму и камбий на 10 см выше и ниже установленных электродов. . Измерения ER проводились после каждого шага. Мы выбираем F. sylvatica для этого эксперимента, так как его кора состоит только из перидермы и, таким образом, была возможна точная установка электродов и удаление частей перидермы.
Кроме того, было проанализировано влияние кратковременной и длительной установки электродов на томограмму ЭР. Поэтому электроды, установленные для первого измерения ЭР в эксперименте по обезвоживанию, остались на дереве (по одной особи на вид). Эти электроды использовались для проведения второго измерения через 32–72 часа одновременно с измерением на вновь установленных электродах на несколько сантиметров ниже или выше. Кроме того, на живом дереве 9 остались электроды.0272 P. cembra в полевых условиях в течение 1 года (сентябрь 2012 г. – сентябрь 2013 г.). Примерно через 10, 11 и 12 месяцев были проведены измерения ЭР и сопоставлены с томограммами, полученными с использованием вновь установленных электродов.
Статистические данные
Данные были протестированы на гауссово распределение (критерий Колмогорова–Смирнова) и однородность дисперсии (критерий Левена), а также на линейные регрессии ER среднего (взвешенного среднего всего сечения), ER периферического (взвешенного среднего периферических областей) и ER центр (средневзвешенное значение для центральных областей; подробности см. в главе Измерения ER ) в зависимости от водного потенциала были рассчитаны с помощью простой модели линейной регрессии (данные по хвойным и покрытосеменным растениям были объединены), и на графиках были визуализированы подогнанные линии регрессии. Точно так же регрессия ER в зависимости от температуры была оснащена экспоненциальной функцией (подробности см. В легенде к дополнительному рисунку S1). Все тесты проводились с вероятностью 5% с использованием SPSS (версия 24; SPSS, Иллинойс, США).
Результаты
Томограммы ER
У всех проанализированных пород томограммы и профили ER выявили самые низкие удельные сопротивления во внешних областях заболони и выраженный рост ER к центру (рис. 1 и 2). ER у стеблей хвойных в целом выше, чем у покрытосеменных. В то время как хвойные деревья демонстрировали довольно однородный и концентрический рисунок с центральным пиком ER, распределение ER было более изменчивым среди покрытосеменных растений и обычно показывало небольшое снижение ER в центре ствола.
Рисунок 1 Томограммы удельного электрического сопротивления (ER) шести анализируемых пород деревьев при различных температурах. Синим цветом обозначены области с низким, а красным — с высоким ER (Ом·м; обратите внимание на видоспецифичный диапазон шкалы). Штриховыми линиями показана ориентация радиальных профилей УЭС, показанных на рис. 2.
Рис. 2 Радиальное распределение удельного электрического сопротивления (УЭС) в поперечном сечении ствола анализируемых пород деревьев при различных температурах (см. цветовую легенду). Значения были извлечены из томограмм, показанных на рисунке 1. Абсолютные значения ER нанесены на график в зависимости от их относительного положения (0% = центр стебля, ± 100% = самое молодое годичное кольцо роста) для учета различий в абсолютном диаметре стебля.
Влияние температуры
Как у покрытосеменных, так и у хвойных растений измеренное удельное сопротивление увеличивалось с понижением температуры (рисунок 1 и дополнительная таблица S1). От 30 до 0 ° C среднее значение ER увеличилось в среднем в 2,5 раза, следуя экспоненциальной функции, которая была одинаковой для хвойных и покрытосеменных растений (дополнительный рисунок S1). Изменение температуры не влияло на общую картину ЭР поперечного сечения и не вызывало отчетливых аберраций на томограммах, хотя в периферических областях повышение было в среднем несколько выше, чем в центральных. Прохождение точки замерзания отчетливое, до 14-кратное ( P. abies ) наблюдалось повышение в ER означает . Это увеличение было в основном вызвано выраженным увеличением ER на периферии , в то время как изменение в центре ER было сравнительно умеренным (рисунок 2 и дополнительная фигура S1).
Эффекты обезвоживания
При прогрессирующем обезвоживании ER в среднем увеличился у всех исследуемых видов, за исключением B. pendula , у которого общая постоянная ER в среднем составляла примерно 200 Ом·м (рис. 3 и дополнительная таблица S2). Хвойные показали самую высокую изменчивость с двукратным увеличением в L. decidua (при -4,3 МПа), в 2,6 раза в P. abies (при -4,7 МПа) и в 2,5 раза в P. cembra (при -5,3 МПа; дополнительная таблица S2). Интересно, что увеличение удельного сопротивления происходило неравномерно в пределах поперечного сечения у всех пород. Это привело к отчетливым изменениям паттернов ER, которые также видны в профилях ER (рис. 4). Основные изменения наблюдались в периферической заболони (все породы) и в центре ствола (все породы, кроме B. pendula , F. sylvatica ). Кроме того, на томограммах обезвоженных деревьев (рис. 3) наблюдалось несколько искажений и неравномерных участков высокого и низкого удельного сопротивления, особенно когда водные потенциалы падали ниже примерно -2 МПа.
Рисунок 3 Томограммы удельного электрического сопротивления (ER) шести проанализированных видов при различных водных потенциалах (МПа; приведены слева вверху каждой томограммы). Синим цветом обозначены области с низким, а красным — с высоким ER (Ом·м; обратите внимание на видоспецифичный диапазон шкалы). Штриховые линии указывают ориентацию радиальных профилей ЭР, показанных на рис. 4.
Рис. 4 Радиальное распределение удельного электрического сопротивления (ЭС) в поперечном сечении ствола анализируемых пород деревьев при различном водном потенциале (см. цветовую легенду). Значения были извлечены из томограмм, показанных на рисунке 3. Абсолютные значения ER нанесены на график относительно их относительного положения (0% = центр ствола, ± 100% = самое молодое годичное кольцо роста) для учета различий в абсолютном диаметре ствола.
Линейный регрессионный анализ (рис. 5) выявил явное влияние состояния воды в деревьях на измеренное сопротивление с более выраженными тенденциями у хвойных, чем у покрытосеменных. У хвойных ER средний и ER периферийный сильно зависели от водного потенциала; у покрытосеменных эта связь была статистически значимой только для ER периферических . Напротив, ни у хвойных, ни у покрытосеменных ER центр не коррелировал с водным потенциалом (рис. 5).
Рисунок 5 Линейная регрессия удельного электрического сопротивления (ER) в зависимости от водного потенциала хвойных (заштрихованные символы и красная линия; см. легенду о видах) и покрытосеменных деревьев (незаштрихованные символы и синяя линия; см. легенду о видах). Показано (A) средний ER всего поперечного сечения (ER означает ) (B) средний ER периферийного кольца между 90 и 95% относительного радиального положения (ER периферийное ) и (C ) средний ЭР центральной области в пределах 0–10% относительного радиального положения (ЭР центр ). Сплошные линии указывают на значительную линейную регрессию (P ≤ 0,05), а заштрихованные области — 95% доверительный интервал.
Последствия удаления коры и установки электродов
Удаление перидермы привело к небольшому снижению среднего значения ER у F. sylvatica (рис. 6 и дополнительная таблица S3). Этот эффект можно было наблюдать уже при удалении 1 см перидермы и более старых тканей флоэмы и не менялся в дальнейшем при постепенном удалении больших участков коры, включая также флоэму и камбий. Удаление перидермы затронуло в основном участки высокого сопротивления в центральной части томограммы, в то время как низкое ЭР наружного периферического кольца оставалось постоянным.
Рисунок 6 Влияние коры на томограмму удельного электрического сопротивления (ER) и профиль Fagus sylvatica . Кольцо перидермы, флоэмы и камбия удалялось на все большей протяженности (на 1–10 см выше и ниже установленных электродов соответственно). Синим цветом обозначены области с низким, а красным — с высоким ER (Ом·м). Для каждой томограммы значения ER были извлечены вдоль выбранного диаметра (ориентация см. пунктирную линию на первой томограмме) для создания соответствующего профиля и отображены в соответствии с их относительным положением (0% = центр ствола, ± 100% = самое молодое годичное кольцо роста). ).
Установка электродов на короткий период 32–72 ч перед проведением томографии привела к небольшим изменениям среднего ER (рисунок 7 и дополнительный рисунок S2). Максимальный эффект был обнаружен у P. cembra с уменьшением на 25% среднего значения ER по сравнению с контрольным измерением (дополнительная таблица S4). Небольшое снижение ЭР было обнаружено и для других видов, за исключением F. sylvatica , у которого наблюдался небольшой рост. Хотя картины распределения ЭД в целом были аналогичны контрольным измерениям, через несколько дней после установки электродов наблюдались небольшие искажения и нерегулярные участки высокого и низкого удельного сопротивления в периферийном кольце. Тем не менее, изменения среднего ER и картины поперечного сечения были гораздо более выраженными через несколько месяцев между установкой электродов и измерениями ER, как было проверено на живом дереве из 9 растений.0272 P. cembra в поле (рис. 7). Картины распределения ER показали серьезные искажения во всех областях поперечного сечения по сравнению с четким концентрическим градиентом ER, полученным 90 272 с помощью 90 273 контрольных измерений. Через 10 и 11 месяцев среднее значение ER было примерно на 15% ниже, в то время как в сентябре, через 12 месяцев, среднее значение ER было на 30% выше, чем измерения с новыми электродами (дополнительная таблица S4).
Рисунок 7 Влияние кратковременной и долговременной установки электродов на томограмму удельного электрического сопротивления (ЭС) анализируемых древесных пород. Для контрольных измерений новые электроды устанавливались непосредственно перед измерением на несколько сантиметров ниже или выше старых электродов. Синим цветом обозначены области с низким, а красным — с высоким ER (Ом·м; обратите внимание на видоспецифичный диапазон шкалы).
Обсуждение
Настоящее исследование продемонстрировало значительное изменение уровней ER и/или моделей поперечного распределения стволов деревьев при i) изменении температуры и ii) продолжающемся обезвоживании дерева, а также различных эффектах iii) удаления коры и времени установки электрода. Согласно нашей гипотезе, температурные эффекты были наиболее выражены ниже точки замерзания, но мы также наблюдали температурно-зависимые изменения уровня ЭР выше 0°С. Как и ожидалось, обезвоживание привело к изменению уровней и характера ЭР, в результате чего были обнаружены некоторые общие различия между хвойными и покрытосеменными растениями.
(i) Изменение температуры выше 0°C не влияло на общую картину поперечного распределения у всех анализируемых видов (рис. 1 и 2), но ER означает, что экспоненциально увеличивался примерно в 2,5 раза в диапазоне температур 30–30°С. 0 ° C у всех видов (дополнительная фигура S1). Это общее изменение удельного сопротивления в зависимости от температуры можно объяснить снижением вязкости и увеличением подвижности ионов при более высоких температурах (Таттар и Бланчард, 1976; Торговников, 1993). Степень этого эффекта может зависеть от содержания воды и ионов в древесине, о чем свидетельствует несколько более высокое увеличение ER 9. 0661 периферийный (в 3 раза), чем в центре ER (в 2,5 раза; дополнительный рисунок S1). При температуре ниже 0°С свободная вода (а также частично связанная вода) в ксилеме замерзнет. Во льду подвижность электронов сильно снижена, поэтому его электрические свойства существенно отличаются от свойств свободной воды. Этим объясняются резкие изменения томограмм ЭР от 0 до -10°С (рис. 1), которые уже были описаны в предыдущих исследованиях (Larsson et al., 2004). Интересно, что увеличение ER среднее у большинства видов сопровождалось дополнительным отчетливым увеличением ER периферии , в то время как значения ER в центре почти соответствовали экспоненциальной регрессии, обнаруженной выше 0 ° C (рисунок 2 и дополнительный рисунок S1). В основе этого явления, вероятно, лежит высокое содержание воды в заболони, вызывающее большие изменения ЭР-томограмм при промерзании. Таким образом, ER-томография мерзлых стволов может позволить более точно определить площадь заболони, поскольку картина перехода от высокого к низкому ER на радиальном профиле была более выраженной, чем при более высоких температурах (рис. 2). Мы пришли к выводу, что температурная зависимость измерений ER выше точки замерзания не имеет большого значения для оценки деревьев, потому что обнаружение гниения древесины в основном основано на появлении неожиданно высоких и низких пятен ER, а модели ER в целом не зависели от температуры. Напротив, рассмотрение температуры имеет решающее значение для абсолютных значений ER и, следовательно, для физиологических интерпретаций, таких как оценка содержания электролита или воды в древесине.
(ii) Томография деревьев после периодов засухи выполнялась и/или критически обсуждалась несколькими авторами (например, Larsson et al., 2004; Guyot et al., 2013; Martin and Günther, 2013). Наше исследование показывает, что обезвоживание на самом деле вызывает значительные изменения в ER , среднем и ER-паттернах стволов деревьев (рис. 3 и 4). Таким образом, для оценки деревьев мы предлагаем проводить измерения ER на полностью увлажненных деревьях и, если возможно, проводить дополнительные измерения водного потенциала, чтобы исключить погрешность ER, вызванную обезвоживанием. У всех видов (кроме B. pendula ), обезвоживание вызвало увеличение ER в среднем , в то время как изменения в паттернах ER в значительной степени различались у разных видов. Вода обладает аномально высокими диэлектрическими свойствами и поэтому оказывает большое влияние на диэлектрические свойства древесины, особенно при смене долей свободной, липкой и капиллярной воды (Торговников, 1993). Однако Таттар и соавт. (1972) указали, что до тех пор, пока достаточное количество свободной воды позволяет ионам двигаться, ER растительных тканей в первую очередь зависит от концентрации подвижных ионов и относительно не зависит от небольших изменений содержания воды в тканях, в то время как ER становится зависимым от содержания влаги, когда свободная вода ограничена. Таким образом, асимметричные изменения в структуре ЭР в поперечном сечении могут быть связаны с этим явлением или могут указывать на перемещение воды внутри ствола из-за неоднородного обезвоживания. Также важно отметить, что данные УЭС неоднозначны, а это означает, что более чем одна картина распределения УЭС может объяснить измеренные сопротивления, хотя используемые алгоритмы помогают поддерживать небольшие ошибки (Martin and Günther, 2013). Отсутствие повышения ЭР стебля при снижении водного потенциала у B. pendula согласуется с результатами, представленными Bär et al. (2019), которые не обнаружили корреляции между ЭВ и влажностью древесины для этой породы. Поскольку в том же исследовании также не сообщалось об отсутствии связи между ЭС и содержанием электролита или плотностью древесины, мы можем только предположить, что существует дополнительный фактор, влияющий на измеренное значение ЭС березы.
Несмотря на все отмеченные выше сложные взаимосвязи между содержанием воды в древесине и содержанием ионов, четкая линейная зависимость между водным потенциалом и ER означает, что было обнаружено в хвойных и покрытосеменных растениях соответственно (рис. 5). Водный потенциал использовался в нашем исследовании в качестве меры обезвоживания по целому ряду причин: во-первых, это важный параметр в физиологии деревьев, отражающий доступность воды (Slatyer and Taylor, 1960) и напрямую связанный с риском гидравлических нарушений, таких как как потеря тургора клеток и кавитация ксилемы. Во-вторых, до сих пор не было проверено, можно ли использовать технологию ER для оценки водного потенциала деревьев, в то время как связь между ER и влажностью древесины была хорошо известна (Bieker, Rust, 2010b; Guyot et al., 2013; Бэр и др., 2019 г.). Поскольку засуха является основным стрессовым фактором для деревьев во всем мире и, как ожидается, будет усиливаться из-за изменения климата, весьма желательны неразрушающие методы определения состояния воды в деревьях. Статистический анализ показал, что взаимосвязь более выражена у хвойных, чем у покрытосеменных, и более выражена в периферийных участках ствола (т.е. в заболони), чем в центре (рис. 5). Хотя точная количественная оценка водного дефицита с помощью томографии ER будет оставаться сложной задачей, потенциальное применение для хвойных деревьев с акцентом на участки заболони кажется многообещающим. Наиболее значительные изменения томограмм были обнаружены в диапазоне от -2 до -4 МПа (рис. 3), что находится в диапазоне водных потенциалов, вызывающих эмболию у анализируемых видов. Водный потенциал, вызывающий 50-процентную потерю проводимости, составляет примерно -2,3 МПа в B. pendula и от -3,2 до -3,6 МПа у других видов (Choat et al., 2012), и представляет собой важный порог для оценки и прогнозирования повреждений деревьев, вызванных засухой. Таким образом, наблюдаемые изменения ER вокруг этих водных потенциалов могут быть непосредственно связаны с формированием эмболии и соответствующих воздуховодов в ксилеме. Как и в гидрогеофизических методах, которые отслеживают динамическое поведение почвенной воды путем повторных измерений во время экспериментов по инфильтрации или росту (Al Hagrey, 2007), ER-томография может быть полезна для неинвазивной регистрации наиболее критических периодов обезвоживания и последующего развития дисфункции ксилемы у хвойных деревьев. стебли. Однако для выработки надежного методического подхода требуются дополнительные эксперименты и полевые испытания.
(iii) ER-томография визуализирует сопротивление в ксилеме туловища, при этом ожидается, что влияние тканей за пределами ксилемы будет незначительным. Однако, поскольку электроны не обязательно следуют кратчайшим путем между двумя электродами, а могут проходить сквозь кору, нельзя исключать потенциального эффекта (Nicolotti et al., 2003). Этот аспект усложняется тем, что кора представляет собой еще более неоднородный материал, чем древесина, состоящий из нескольких слоев с контрастной влажностью и видовой, а также возрастной толщиной (Роуэлл, 2013). Кроме того, камбий и флоэма содержат много воды и много ионов (Торговников, 19).93) и, таким образом, может проявлять высокую электропроводность. Поскольку активность этих тканей может значительно меняться в зависимости от сезона и продолжительности жизни, их влияние на ЭР представляется особенно важным. Наши измерения на F. sylvatica показали немного более высокие максимальные пики ER в стволе с неповрежденной корой, чем в стволе с декортикацией (рис. 6). Напротив, наличие или отсутствие флоэмы и камбия не влияло на измерение. Результаты показывают, что высокое сопротивление в перидерме незначительно влияет на транспорт электронов и вызывает более высокие измеренные значения ER, но не вызывает аберраций в картине ER поперечного сечения. Для видов с третичной тканью коры еще предстоит выяснить, оказывают ли более толстые периферические слои коры более сильное влияние на измерения ЭР-томографии.
Небольшие периферические дуги с высоким ЭС, обычно расположенные на противоположных частях ствола, вероятно, были связаны с реактивной древесиной (сжатой древесиной у хвойных и натянутой у покрытосеменных; Bieker, Rust, 2010a), которая характеризуется более высокой плотностью древесины и дивергирующим лигнином или содержание целлюлозы. Локальные вариации ЭУ вблизи положения электродов, вероятно, были вызваны меньшей плотностью измерительных линий на периферии и более высокими сопротивлениями переноса электронов в тангенциальном, чем в радиальном направлении.
Физиологические анализы часто требуют повторных измерений одного и того же дерева в течение определенного периода времени. Результаты настоящего исследования показывают, что на томограммы влияет, если электроды не вставляются непосредственно перед измерениями, а остаются установленными в ножке в течение нескольких дней или месяцев (рис. 7). Кратковременная установка в течение нескольких дней (в лабораторных условиях) незначительно влияла на томограммы, тогда как длительная установка в течение нескольких месяцев (в полевых условиях) вызывала небольшие изменения ER означает , но явные изменения в картине томограммы P. cembra . Интересно, что среднее значение ER показало лишь относительно небольшие изменения в течение первых 11 месяцев до августа (см. рис. 7). В сентябре (через 12 месяцев) ER в среднем значительно увеличился по сравнению с контрольными измерениями, возможно, из-за более низких температур и начала обмерзания стеблей в этот период. Хотя повреждение древесины, вызванное введением гвоздей, считается незначительным, небольшие повреждения могут вызывать защитные реакции древесины, такие как образование тилоза, отложение суберина, пектина и фенольных соединений, а также одревеснение окружающих клеток (Rioux et al., 19).98; Маранон-Хименес и др., 2018). Известно, что такие реакции высоко видоспецифичны и могут сопровождаться, особенно у хвойных, выделением смолы (Stoffel, Klinkmüller, 2013). Другим возможным объяснением локального увеличения ER является попадание воздуха и последующая эмболизация каналов ксилемы (Sperry and Tyree, 1988). Также поляризационные эффекты (накопление ионов вокруг электродов; Tattar, Blanchard, 1976) могут изменять электрические свойства окружающих тканей, хотя этот эффект минимизируется при использовании электродов из инертных металлов. Мы пришли к выводу, что последствия кратковременной установки электродов не будут иметь значения для оценки деревьев, но будут иметь решающее значение для детального физиологического анализа, в то время как долгосрочной установки следует избегать, когда это возможно.
Выводы
Настоящее исследование подтверждает, что ER-томография стволов деревьев чувствительна к температуре и состоянию воды, и поэтому для точной интерпретации измерений необходимо учитывать оба фактора. Однако, поскольку зависимость томограмм ER от температуры и обезвоживания может быть определена количественно, вариации потенциально могут быть скорректированы или даже оценены для извлечения полезной информации об этих параметрах. Результаты показывают, что метод может быть пригоден для неразрушающего определения гидравлического состояния стволов деревьев и может дополнять измерение ER почвы и корневых сетей. Таким образом, ER-томография обладает большим потенциалом для досимптомного выявления физиологического стресса у стоящих деревьев и представляет собой привлекательный источник данных как для ученых, так и для лесоводов. Настоящее исследование подчеркивает, что его можно доработать, чтобы обеспечить эффективное и надежное измерение реакции деревьев на изменение климатических условий.
Заявление о доступности данных
Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью/дополнительный материал.
Вклад авторов
Задумка и разработка экспериментов, участие в написании и пересмотре рукописи: SM, AG, JS, AB и AL. Провели эксперименты и проанализировали результаты: JS и AG.
Финансирование
Это исследование было поддержано Австрийским научным фондом (FWF) P29896-B22.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Мы благодарим Ботанический сад Университета Инсбрука за поддержку, Антон сен. Нолфа за предоставленные для изучения деревья и грузовик для их перевозки, а также Маркуса Нольфа за помощь в отборе проб и логистике.
Сокращения
ER, удельное электрическое сопротивление; СР означает , средний ЭР всего сечения; ER периферийное , среднее ER периферийного кольца между 90 и 95% относительного радиального положения; ER center , среднее ER центральной области в пределах 0–10% относительного радиального положения.
Дополнительный материал
Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2019.01455/full#supplementary-material
Ссылки
, Allen, C. D. Макалади А.К., Ченчуни Х., Бачелет Д., Макдауэлл Н., Веннетье М. и др. (2010). Глобальный обзор смертности деревьев, вызванной засухой и жарой, показывает возникающие риски изменения климата для лесов. Для. Экол. Управлять. 259, 660–684. doi: 10.1016/j.foreco.2009.09.001
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Эл Хагрей, С.А. (2007). Геофизическая визуализация корневой зоны, ствола и неоднородности влаги. Дж. Экспл. Бот. 58, 839–854. doi: 10.1093/jxb/erl237
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
Бэр, А., Хамахер, М., Ганталер, А., Лоссо, А., Майр, С. (2019). Электротомография удельного сопротивления: образцы Betula pendula, Fagus sylvatica, Picea abies и Pinus sylvestris . Физиол дерева. 39, 1262–1271. doi: 10.1093/treephys/tpz052
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
Бикер Д., Раст С. (2010a). Неразрушающая оценка ширины заболони и сердцевины сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris L. ). Сильва Фенн. 44, 267–273. doi: 10.14214/sf.153
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Бикер Д., Раст С. (2010b). Электротомография удельного сопротивления показывает радиальное изменение электролитов в Quercus robur. Кан. Дж. Для. Рез. 40, 1189–1193. doi: 10.1139/X10-076
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Бикер Д., Кер Р., Вебер Г., Раст С. (2010). Неразрушающий контроль ранних стадий белой гнили с помощью Trametes versicolor в Fraxinus excelsior . Энн. За. науч. 67, 210. doi: 10.1051/forest/2009103
CrossRef Full Text | Google Scholar
Brazee, N.J., Marra, R.,. Э., Гёке Л., Ван Вассенар П. (2011). Неразрушающая оценка внутреннего распада трех пород лиственных пород северо-восточной части Северной Америки с использованием звуковой и электроимпедансной томографии. Лесное хозяйство 84, 33–39. doi: 10.1093/forestry/cpq040
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Чоат Б. , Янсен С., Бродрибб Т. Дж., Кочард Х., Делзон С., Бхаскар Р. и др. (2012). Глобальная конвергенция уязвимости лесов к засухе. Природа 491, 752–755. doi: 10.1038/nature11688
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
Daily, W., Ramirez, A., Binley, A., LeBrecque, D. (2005). Электротомография сопротивления – теория и практика. Рядом с Прибоем. Геофиз. 2, 573–598. doi: 10.1190/1.9781560801719.ch27
CrossRef Full Text | Google Scholar
Гонц Б., Дивос Ф., Бейо Л. (2018). Обнаружение наличия красной сердцевины у бука (Fagus sylvatica) с помощью измерений электрического напряжения и сопротивления. евро. Дж. Вуд Вуд Прод. 76, 679–686. doi: 10.1007/s00107-017-1225-4
CrossRef Full Text | Google Scholar
Гора Е.М., Яновяк С.П. (2015). Электрические свойства деревьев умеренных лесов: обзор и количественное сравнение с лианами. Кан. Дж. Для. Рез. 45, 236–245. doi: 10.1139/cjfr-2014-0380
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Гюнтер Т. , Рюкер К., Спитцер К. (2006). Трехмерное моделирование и инверсия данных удельного сопротивления постоянному току с учетом топографии — II: Инверсия. Геофиз. Дж. Междунар. 166, 506–517. doi: 10.1111/j.1365-246X.2006.03011.x
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Guyot, A., Ostergaard, KT, Lenkopane, M., Fan, J., Lockington, D.A. (2013). Использование томографии удельного электрического сопротивления для дифференциации заболони от сердцевины: приложение к хвойным породам. Физиол. дерева. 33, 187–194. doi: 10.1093/treephys/tps128
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
Гумплик П., Чермак П., Жид Т. (2016). Электроимпедансная томография для диагностики гнили ели европейской (Picea abies): возможности и возможности. Сильва Фенн. 50, 1–13. doi: 10.14214/sf.1341
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Jactel, H., Petit, J., Desprez-Loustau, M.L., Delzon, S., Piou, D., Battisti, A., et al. (2012). Влияние засухи на ущерб лесным насекомым и патогенам: метаанализ. Глоб. Изменить биол. 18, 267–276. doi: 10.1111/j.1365-2486.2011.02512.x
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Джаст А., Джейкобс Ф. (1998). Elektrische Widerstandstomographie zur Untersuchung des Gesundheitszustandes von Bäumen. В: Tagungsband des VII. Arbeitsseminars Hochauflösende Geoelektrik , Институт геофизики и геологии Лейпцигского университета.
Google Scholar
Ларссон Б., Бенгтссон Б., Густафссон М. (2004). Неразрушающее обнаружение гнили в живых деревьях. Физиол. дерева. 24, 853–858. doi: 10.1093/treephys/24.7.853
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
Маранон-Хименес С., Ван ден Балке Дж., Пиайда А., Ван Акер Дж., Кунц М., Ребманн К. и др. (2018). Рентгеновская компьютерная микротомография характеризует раневой эффект, вызывающий недооценку сокодвижения датчиками теплового рассеяния. Физиол дерева. 38, 287–301. doi: 10.1093/treephys/tpx103
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Мартин, Т., Гюнтер, Т. (2013). Комплексная томография удельного сопротивления (ЭЛТ) для обнаружения грибков на стоячих дубах. евро. Дж. Для. Рез. 132, 765–776. doi: 10.1007/s10342-013-0711-4
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Николотти Г., Сокко Л. В., Мартинис Р., Годио А., Самбуэлли Л. (2003). Применение и сравнение трех томографических методов обнаружения гнили деревьев. J. Лесоводство 29, 66–78.
Академия Google
Пфауч, С., Макфарлейн, К. (2016). Комментарий к Wang et al. «Количественная оценка ширины заболони для трех местных австралийских пород с использованием томографии удельного электрического сопротивления». Экогидрология 9, 894–895. doi: 10.1002/eco.1631
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Ревиль А., Караулис М., Джонсон Т., Кемна А. (2012). Обзор: Некоторые низкочастотные электрические методы для определения характеристик и мониторинга недр в гидрогеологии. Гидрогеология J. 20, 617–658. doi: 10.1007/s10040-011-0819-x
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar
Rioux, D., Nicole, M., Simard, M., Ouellette, G.B. (1998). Иммуноцитохимические доказательства того, что секреция пектина происходит во время образования геля (камеди) и тилоза на деревьях. Фитопатология 88, 494–505. doi: 10.1094/PHYTO.1998.88.6.494
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
Роуэлл, Р. М., редакторы. (2013). Справочник по химии древесины и древесных композитов. Бока-Ратон: CRC Press. дои: 10.1201/b12487
Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
Раст, С. (1999). Сравнение трех методов определения площади проводящей ксилемы сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris ). Лесное хозяйство 72, 103–108. doi: 10.1093/forestry/72.2.103
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Шиго А.Л., Шиго А. (1974). Обнаружение обесцвечивания и гниения живых деревьев и столбов электропередач. Документ Министерства сельского хозяйства США по исследованию лесов NE-294. Лесная служба Министерства сельского хозяйства США, Северо-восточная лесная экспериментальная станция, Верхний Дарби, Пенсильвания.
Google Scholar
Slatyer, R. O., Taylor, SA (1960). Терминология в отношениях «растение-почва-вода». Природа 187, 922–924. doi: 10.1038/187922a0
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Sperry, JS, Tyree, MT (1988). Механизм ксилемной эмболии, вызванной водным стрессом. Завод физиол. 88, 581–587. doi: 10.1104/pp.88.3.581
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
Стоффель, М., Клинкмюллер, М. (2013). Трехмерный анализ анатомических реакций у хвойных деревьев после механического ранения: первые качественные данные рентгеновской компьютерной томографии. Деревья 27, 1805–1811. doi: 10.1007/s00468-013-0900-2
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Таттар, Т. А., Бланшар, Р. О. (1976). Электрофизиологические исследования в патологии растений. год. Преподобный Фитопат. 14, 309–325. doi: 10.1146/annurev.py.14.0
CrossRef Full Text | Google Scholar
Таттар, Т. А., Шиго, А. Л., Чейз, Т. (1972). Взаимосвязь между степенью сопротивления импульсному электрическому току и древесиной в прогрессирующих стадиях обесцвечивания и гниения у живых деревьев. Кан. Дж. Для. Рез. 2, 236–243. doi: 10.1139/x72-039
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Торговников Г.И. (1993). Диэлектрические свойства древесины и древесных материалов. Берлин: Springer. doi: 10.1007/978-3-642-77453-9
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Ванелла Д., Кассиани Г., Бусато Л., Боага Дж., Барбагалло С., Бинли А. и др. (2018). Использование мелкомасштабной томографии удельного электрического сопротивления для выявления взаимодействий почвы и корней при дефиците орошения. J. Hydrol. 556, 310–324. doi: 10. 1016/j.jhydrol.2017.11.025
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ван, Х., Гуан, Х., Гайо, А., Симмонс, К. Т., Локингтон, Д. А. (2016). Количественная оценка ширины заболони для трех местных пород Австралии с использованием томографии удельного электрического сопротивления. Экогидрология 9, 83–92. doi: 10.1002/eco.1612
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Вейганд, М., Кемна, А. (2017). Многочастотная электроимпедансная томография как неинвазивный инструмент для характеристики и мониторинга корневых систем сельскохозяйственных культур. Биогеонауки 14, 921–939. doi: 10.5194/bg-14-921-2017
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Weihs, U., Kuhnke, F., Vianden, M., Emming, A. (2013). «Randeffekte bei der Elektrischen-Widerstands-Tomografie (EWT) an Bäumen in Jahrbuch Baumpflege 2013, ed. Dujesiefken, D. (Deutsche Baumpflegetage), 303–310.
Google Scholar
, Manusch, Wunder, J. ., Queloz, V., Brang, P.
