Masurarea masei si biomasei corpurilor

Masurarea masei si biomasei corpurilor

Notiuni teoretice

Masa este marimea fizica scalara care masoara inertia unui corp si proprietatea acestuia de a produce un camp gravitational.

Inertia este proprietatea corpurilor de a-si mentine, in absenta influentelor exterioare, starea de repaus relativ sau de miscare rectilinie uniforma.

Campul gravitational reprezinta o forma de existenta a materiei prin intermediul caruia asupra fiecarui punct material plasat in acest camp actioneaza o forta de atractie proportionala cu masa acelui punct.

Biomasa reprezinta masa corpurilor vii. Spre deosebire de masa unui corp inert, care este constanta in timp (cat nu intervin alte cauze care sa o modifice), biomasa este variabila, intrucat organismele vii sunt sisteme deschise, adica sisteme care fac permanent schimb de substanta, energie si informatie cu mediul inconjurator. Biomasa este influentata atat de factori interni (fiziologici), cat si de factori externi (radiatie solara, temperatura, umiditate etc.).

Datorita faptului ca biomasa este o marime cu o evolutie temporala dinamica, determinarile facute asupra masei vor reprezenta valori momentane ale acesteia. Din aceste considerente, in afara de cunoasterea unor parametri legati de materialul cercetat (natura provenienta, varsta, timp scurs de la recoltare etc.), se impune cunoasterea simultana a conditiilor caracteristice momentane ale mediului in care se executa masuratoarea.

Masa si biomasa se noteaza cu litera "m" si se exprima in kilograme (kg). Masurarea lor se face cu diferite tipuri de balante (tehnice, analitice, hidrostatice, electronice etc.).

Greutatea unui corp reprezinta forta cu care Pamantul atrage corpul respectiv. conform legii a doua a dinamicii, legatura dintre masa si greutate (G) se scrie sub forma:

G = mg (2.8)

unde g este acceleratia gravitationala (g = 9,81 m / s

Greutatea unui corp este variabila intrucat acceleratia gravitationala variaza cu latitudinea si altitudinea.

Greutatea se exprima in S.I. in newtoni (N) si se masoara cu ajutorul dinamometrelor.

Principiul si functionarea unei balante.

Balantele clasice isi bazeaza constructia si functionarea pe principiul echilibrului parghiilor. Determinarea masei corpurilor cu aceste balante se face prin comparatie cu mase cunoscute.

O balanta, pentru a fi utilizabila, trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

- sa fie stabila (bratele balantei sa nu devieze din pozitia de echilibru cand este libera si neincarcata);

- sa fie exacta sau justa (valoarea obtinuta la cantarirea unui corp sa corespunda realitatii);

- sa fie sensibila (sa permita masurarea unor mase cat mai mici).

Balanta tehnica are ca principala parte componenta o parghie metalica, sprijinita la mijloc pe muchia unei prisme triunghiulare.

Daca se noteaza cu l si l - lungimile bratelor parghiei si cu G si G greutatile a doua corpuri asezate pe platanele de la extremitatile parghiei, atunci conditia de echilibru este data de egalitatea momentelor celor doua forte de greutate in raport cu punctul de sprijin, adica: G l = G l

Daca lungimile bratelor sunt presupuse egale atunci, la echilibru, rezulta ca: G = G

Ca urmare, pentru acelasi loc de pe suprafata Pamantului (aceeasi acceleratie gravitationala), cele doua corpuri au si aceeasi masa (m = m ), ceea ce permite masurarea masei unui corp prin compararea sa cu masele marcate.

Balanta analitica este o balanta speciala care functioneaza dupa acelasi principiu cu balanta tehnica, insa din punct de vedere constructiv exista deosebiri (brate modificate, sistem optic de citire a scalei, butoane de manevrare a maselor marcate cu valori mici si altele), care o fac capabila sa permita masuratori cu precizie mult mai mare decat aceasta.

Daca la balantele tehnice permit cantariri cu precizie de centigram, balantele analitice asigura cantariri cu precizie de miligram (balantele microanalitice ajung la precizie de sutime de miligram). Manipularea balantei se face cu respectarea anumitor reguli: se va asigura orizontalitatea balantei prin reglarea suruburilor de la talpile de sustinere, blocarea balantei pe perioada de nefunctionare, nu se cantaresc mase mai mari decat cele maxim admise, manevrarea maselor marcate se face numai cu balanta blocata si cu ajutorul pensetei, iar asezarea lor se va face, aproximativ, pe centrul talerului.

Determinarea indicelui de calitate al unui ou de gaina cu balanta tehnica

Notiuni teoretice

Masa oului este un parametru de care se leaga atat cantitatea de substante nutritive puse la dispozitia embrionului, cat si de raportul in care se gasesc aceste substante. Ea depinde de rasa. Astfel, masa oului de gaina poate fi cuprinsa intre 35 - 70 g (in medie 55 g), oua mici fiind considerate cele de 40 - 50 g si oua mari cele de peste 50 g. La alte specii masa unui ou poate fi de circa 135 g la gasca, 90 g la curca, 78 g la rata, 40 g la bibilica, 25 g la porumbel.

Pentru caracterizarea calitativa, de preferinta rapid si economic, a oualor de incubatie au fost definiti mai multi indici (parametri) fizici si chimici.

Dintre indicii fizici referitori la oua se iau in considerare: forma, suprafata, volumul, greutatea, densitatea, grosimea, structura si culoarea oualor, proportia dintre partile componente ale oului (albus, galbenus, coaja), unii indici de calitate ai acestor constituenti (inaltimea albusului etc.).

Indicii chimici de calitate ai oualelor se refera indeosebi la continutul acestora in substantele nutritive necesare embrionului.

Examinarea oualelor urmareste, in principal, determinarea prospetimii si capacitatii de reproductie a acestora.

Capacitatea de reproductie apreciaza cantitativ si calitativ rezultatele procesului de reproductie, fiind dependenta atat de factori genetici, cat si de factori de mediu.

Capacitatea de ecloziune reprezinta procentul de pui viabili obtinuti din ouale fecundate. De exemplu, ouale de rasa Leghorn au o capacitate de ecloziune de peste 85 %.

Procentul de ecloziune este un indicator de eficienta economica si reprezinta numarul de pui viabili obtinuti din 100 de oua introduse la incubatie. Diferenta fata de 100 constituie pierderile.

Capacitatea de reproductie se apreciaza prin intermediul unor indici. Pentru sortarea in vederea incubatiei se propune, in cadrul acestei lucrarii practice, determinarea indicelui de calitate (i) al unui ou de gaina, definit prin raportul dintre masa galbenusului (m_g) si masa albusului (m_a), adica:

(2.10)

Acest raport difera in functie de specie, rasa si greutatea oului.

Cercetari experimentale au aratat ca pentru obtinerea unei capacitati de ecloziune ridicata, valoarea optima a indicelui de calitate trebuie sa fie de 0,5 sau foarte aproape de 0,5.

Daca valoarea lui i este mai mare sau mai mica de 0,5 se produc alterari ale nutritiei embrionare, ce antreneaza modificari in procesele metabolice, inclusiv ale metabolismului bazal. Acestea, la randul lor, determina aparitia de anomalii de morfogeneza, capacitate de ecloziune redusa, mortalitate mare a puilor si pui de calitate inferioara.

Masa cojii oului este un parametru important nu numai in evaluarea rezervei de calciu a embrionului, ci si pentru aprecierea calitatii oului de pasare. In medie, grosimea cojii oului de gaina variaza intre 0,25 si 0,50 mm. Cercetarile au aratat ca, pentru incubatie, cele mai bune rezultate se obtin la ouale a caror coaja are o grosime cuprinsa intre 0,32 si 0,36 mm.

Cunoasterea acestui parametru este importanta, de asemenea, in vederea aprecierii rezistentei la transport a oualor, cat si la pierderea lor in greutate (ouale cu coaja subtire pierd cu 60 % mai multa apa decat cele cu coaja normala, in conditii identice de pastrare).

Determinarea densitatii corpurilor

Notiuni teoretice

Densitatea absoluta a unui corp (ρ) numita si masa specifica sau masa volumica, reprezinta masa unitatii de volum a corpului respectiv adica:

(2.11)

unde m este masa corpului iar V - volumul acestuia.

Densitatea unui corp se poate afla relativ usor prin masurarea masei (prin cantarire cu o balanta) si a volumului acestuia (prin masurarea dimensiunilor - daca corpul respectiv are o forma geometrica regulata, sau prin cufundarea in apa).

Unitatea de masura este: < ρ >_SI = kg·m (1 kg·m g·cm

Deoarece volumul este un parametru care variaza cu temperatura. Inseamna ca densitatea va depinde, la randul ei de temperatura.

Densitatea relativa a unui corp (d) se defineste ca raportul dintre densitatea absoluta a corpului respectiv (ρ) si densitatea absoluta a unui corp de referinta (ρ'). Drept corp de referinta pentru solide si lichide se ia, de obicei, apa distilata la 4 C si la presiunea atmosferica de 760 mm Hg (ρ' = 1 g·cm kg·m ), adica:

(2.12)

Daca se considera un acelasi volum, atat pentru corpul considerat cat si pentru cel de referinta, atunci se poate scrie ca:

(2.13)

Aceasta relatie se poate folosi pentru determinarea densitatii relative a corpurilor solide insolubile in apa si a oricarui lichid.

Intrucat determinarile se fac in conditiile termice din laborator (la temperaturi diferite de 4 C), la calcularea cu precizie a densitatii relative a unui corp trebuie sa se tina seama de temperatura apei dezlocuite (care se presupune aceeasi cu temperatura aerului din momentul determinarii). Utilizand un artificiu de calcul [se inmulteste si se imparte cu masa apei dezlocuite la temperatura t ()], relatia anterioara devine:

(2.14)

In aceasta relatie ultimul raport reprezinta densitatea relativa a apei la temperatura t C din laborator, fata de temperatura de 4 C. Acest raport, notat cu d_t, reprezinta corectia de temperatura pentru densitatea relativa a corpului de masurat, iar valorile sale sunt tabelate. Rezulta:

(2.15)

formula cu ajutorul careia se poate calcula densitatea relativa a unui corp solid sau lichid.

Spre deosebire de corpurile nevii (inerte, moarte), la care pentru anumite conditii date, densitatea ramane constanta si se poate determina cu precizie, la corpurile vii nu se poate vorbi decat despre o densitate momentana, intrucat se modifica fata de medie, pentru ca organismele vii sunt neomogene. Aceasta se datoreaza particularitatilor biomasei care pentru aceleasi conditii date, se modifica totusi in timp.

Acest parametru poate sa ofere indicii legate de starea de sanatate sau patologica a organismului respectiv. Oul proaspat de gaina are in medie densitatea de 1,086, iar cel de gasca 1,055, aceste valori scazand in timpul pastrarii.

Determinarea densitatii corpurilor se poate face cu diferite aparate in functie de starea de agregare. Pentru corpurile solide si lichide se intalnesc, de exemplu, dispozitive precum: balanta hidrostatica, balanta Mohr - Westphall, picnometrele, areometre, densimetre electronice si altele.

Determinarea densitatii relative a lichidelor si lichidelor biologice cu picnometrul

Notiuni teoretice

Picnometrul (fig.2.20) este un dispozitiv simplu care serveste la determinarea densitatii relative a unui lichid, dar si a densitatii unor corpuri solide prin cufundarea acestora intr-un lichid (de obicei, apa distilata).

Picnometrul este alcatuit dintr-un vas de sticla, cu un volum V bine determinat (10 - 25 cm ), la temperatura de etalonare, prevazut la partea superioara cu un orificiu in care patrunde, fie un dop tronconic slefuit (strabatut de un capilar), fie un dop prelungit terminat printr-o palnie.

Operatia de completare cu lichid sau de indepartare a surplusului de lichid se face cu o pipeta sau cu o hartie de filtru, urmarindu-se mentinerea aceluiasi volum, atat din lichidul de cercetat cat si a celui de referinta (apa distilata).

Pentru determinarea densitatii relative, picnometrul se foloseste impreuna cu o balanta analitica, necesara efectuarii unor cantariri de precizie ale picnometrului (gol sau umplut cu lichid).

2.4.4.2 Modul de lucru pentru determinarea densitatii relative a unui lichid

Pentru determinarea densitatii relative a unui lichid se desfasoara operatiunile descrise in continuare.

- Se determina masa picnometrului gol (m ), curat si uscat, inclusiv dopul din dotare.

- Se umple picnometrul aducand lichidul de cercetat respectiv pana la reper. Se va avea grija ca sa nu existe bule de aer in interiorul vasului.

- Se determina masa picnometrului plin (m

- Se calculeaza masa de lichid din vas cu relatia: m = m - m

- Se goleste picnometrul, se spala, se usuca si apoi se reumple cu apa distilata.

- Se determina masa (m ) a picnometrului plin cu apa distilata, adusa la reper.

- Se determina masa de apa distilata din vas cu relatia: = m - m

- Se determina temperatura din laborator si se extrage corectia de temperatura d_t (tabel).

- Se calculeaza densitatea relativa a lichidului de cercetat cu relatia (2.15).

Datele experimentale se trec in tabelul 2.9.

Tabelul 2.9 - Determinarea densitatii relative a unui lichid cu picnometrul.

Determinarea densitatii relative si a concentratiilor solutiilor si lichidelor biologice cu ajutorul areometrelor

Notiuni teoretice generale despre areometre

Areometrele sunt dispozitive simple cu ajutorul carora se poate determina expeditiv densitatea (densimetre) sau alte marimi dependente de ea, cum este concentratia unei solutii.

Constructia si functionarea lor se bazeaza pe principiul lui Arhimede. Pentru un acelasi corp de volum dat, forta arhimedica (egala cu greutatea volumului de lichid dezlocuit de corpul scufundat) va fi deci cu atat mai mare cu cat densitatea lichidului va fi mai mare. Ca urmare areometrul se va cufunda in lichidul de masurat pe o adancime invers proportionala cu densitatea lichidului respectiv.

Daca se are in vedere conditia de echilibru a fortelor ce actioneaza asupra areometrului in timpul plutirii in lichid (greutatea areometrului si forta arhimedica), atunci se ajunge la expresia: m = ρ·V, unde m este masa areometrului, ρ - densitatea lichidului si V - volumul portiunii scufundate in lichid. Daca areometrul este cufundat apoi in apa (), relatia anterioara devine: m = 1·V'. Din aceste doua expresii rezulta ca: (2.20)

Areometrele se construiesc din sticla (sticla borosilicatica) si cuprind, in general, urmatoarele parti componente (fig.2.21): plutitor (p) de forma cilindrica - cu rolul de a mentine areometrul in echilibru in lichid, lest (l), ce contine alice de plumb mercur sau alte corpuri grele - cu rol de a asigura verticalitatea dispozitivului in lichid si tija (t), situata la partea superioara, ce contine scala areometrului. Unele dispozitive au incorporat si un termometru ce permite determinarea temperaturii lichidului, in vederea stabilirii corectiei de temperatura pentru parametrul masurat, in conformitate cu indicatiile constructorului.

Clasificarea areometrelor, inclusiv denumirea lor, se poate face dupa mai multe criterii (natura lichidului pentru care sunt destinate, parametrul de masurat). Unele areometre au caracter general (se folosesc pentru diferite lichide), altele sunt particularizate doar pentru un singur lichid. De exemplu:

- lactodensimetrul serveste la determinarea densitatii laptelui;

- urodensimetrul permite determinarea densitatii urinei;

- alcoolmetrul serveste la determinarea concentratiei de alcool etc.

Pozitia pe scala a diviziunilor corespunzatoare apei depinde de densitatea lichidului pentru care a fost facut areometrul. Densimetrele pentru lichide mai usoare decat apa au diviziunea corespunzatoare apei distilate situata la baza tijei, iar cele pentru lichide mai grele decat apa, prezinta diviziunea respectiva la partea superioara a tijei.

Areometrele sunt etalonate la o anumita temperatura (de obicei 20 ⁰C), notata pe scala dispozitivului. Pentru masuratori efectuate la alte temperaturi trebuie sa se aplice corectii, datorita dilatarii sticlei din care este confectionat areometrul. De exemplu, valoarea densitatii unui lichid, la o alta temperatura t decat cea indicata de constructor (20 ⁰C), se calculeaza cu expresia:

(2.21)

unde γ  este coeficientul de dilatare volumica al sticlei (γ = 30·10^-6 K^-1).

Datorita faptului ca sensibilitatea creste odata cu volumul plutitorului (pentru o tija cat mai subtire), in practica se construiesc instrumente pentru diverse limite de masura ale aceluiasi parametru.

Tipuri de areometre

La laborator se pot intalni diferite tipuri de areometre, printre care se mentioneaza si cele prezentate in continuare.

Lactodensimetrul si termolactodendensimetrul (fig.2.22) sunt areometre destinate masurarii densitatii laptelui, in domeniul 1,020 si 1,040 g / cm . Valoarea diviziunii minime (precizia) este de 0,0005 g / cm

Uneori, la unele lactodensimetre pe scala sunt trecute doar ultimele doua zecimale din cele trei care indica valoarea densitatii laptelui (de exemplu, diviziunea 40 va reprezenta densitatea de 1,040 g / cm

Determinarea densitatii laptelui crud se face dupa minimum 2 ore de la mulgere. Temperatura la care se face determinarea trebuie sa fie de 20 C ± 5 C. Laptele va fi omogenizat, iar spuma de la suprafata va fi indepartata.

Laptele de bivolita, oaie, capra sau cel de vaca cu un continut de grasime ridicat, precum si laptele ce prezinta un strat de grasime separat la suprafata, trebuie in prealabil incalzit pe baie de apa la 40 C, mentinut la temperatura 5 minute bine amestecat si racit apoi la 20 C.

Laptele se toarna intr-un vas de sticla curat si uscat sau clatit in prealabil cu laptele din proba, tinut in pozitie inclinata, pentru a evita formarea spumei sau a bulelor de aer.

Lactodensimetrul curat si uscat se va cufunda pana la diviziunea 1,030 g / cm , prin miscari circulare care sa provoace revarsarea laptelui din cilindru, in scopul indepartarii urmelor de spuma de la suprafata.

Se asteapta un minut pentru a se face citirea densitatii avand grija ca raza vizuala sa fie la nivelul lichidului tangenta la meniscul superior.

Valoarea densitatii citita la lactodensimetru este corecta daca masuratoarea s-a facut la 20 C.

Daca temperatura laptelui este mai mare de 20 C, dar nu depaseste 25 C, atunci la valoarea citita a densitatii se adauga 0,0002 g / cm pentru fiecare grad de temperatura ce depaseste 20 C.

Daca temperatura laptelui este mai mica de 20 C, dar nu mai scazuta de 15 C, atunci din valoarea citita la lactodensimetru se scade 0,0002 g / cm pentru fiecare grad de temperatura sub 20 C.

Laptele contine apa (cu o pondere de 86 - 89,3 %, in medie 87,5 %) precum si o serie de substante azotate, saruri minerale, hidrati de carbon (cu densitati mai mari decat ale apei) si substante grase (cu densitate mai mica decat  apei).

Proportia medie de grasime este de 3,5 % (2,0 - 6,5 %) pentru laptele de vaca, 6,5 % pentru cel de bivolita, 6,7 % la oaie, 3,5 % la capra si 1 % la iapa.

Adaugarea de apa si desmantanirea reprezinta fraude prin care se schimba compozitia laptelui. Prin degresarea laptelui (extragerea de grasime), densitatea sa va creste deoarece untul are o densitate  mai mica decat a apei. Pentru a i se reduce densitatea la valoarea considerata normala (1,026 - 1,034 g / cm ) i se poate adauga apa. In aceste conditii, un lapte degresat (saracit in grasimi) si diluat cu apa poate aparea normal la densimetre.

Deoarece stabilirea cu un lactodensimetru a faptului ca un lapte este sau nu integral nu este concludent, se apeleaza la alte examene de laborator (dozarea cantitatii de grasime, determinarea extractului uscat).

Proba densitatii laptelui integral sau a celui degresat poate sa constituie insa si un criteriu de diagnostic in cazul unor afectiuni (mamite).

In afara de stabilirea densitatii si falsificarii laptelui, in vederea aprecierii puritatii (integralitatii) si calitatii laptelui, in practica, se mai fac si alte determinari cum sunt cele organoleptice (culoare, gust, omogenitate etc.), fizico-chimice (cantitatea de grasime, de cazeina), bacteriologice, legate de prospetime, elemente figurate etc.

Lactometrul (fig.2.23) este un areometru care indica in mod conventional proportia de apa din lapte. Tija areometrului are notata la partea superioara diviziunea 0 (adica 100 % apa), iar la partea inferioara diviziunea 25.

Fig. 2.23 - Lactometrul