- •Гомельский государственный медицинский университет
- •Лекция 24
- •Время 90 минут
- •Оптические методы исследования и воздействие излучением оптического диапазона на биологические объекты. Элементы физики атомов и молекул.
- •Введение
- •Вопрос 1. 10 минут
- •1. Ультрафиолетовое излучение. Первичные механизмы действия ультрафиолетового излучения на биологические объекты.
- •Уф условно делится на три области
- •Вопрос 2. 15 минут
- •2. Устройство и принцип работы ртутных ламп
- •Вопрос 3. 10 минут
- •3. Инфракрасное излучение. Первичные механизмы действия инфракрасного излучения на биологические объекты. Аппараты светолечения.
- •Вопрос 4. 20 минут
- •4. Люминесценция, ее виды. Характеристики люминесценции (спектр, длительность, квантовый выход). Законы Вавилова и Стокса.
- •Фотолюминесценция. Правило Стокса.
- •Флуоресценция и фосфоресценция.
- •Синглетная
- •Триплетная
- •Вопрос 5. 5 минут
- •5. Люминесцентный анализ. Люминесцентные метки и зонды. Медицинское применение люминесцентных методов исследования.
- •Вопрос 6. 25 минут
- •Хемилюминесценция. Собственная, активированная и биолюминесценция Классификация хемилюминесценции.
- •Молекулярный механизм хемилюминесценции.
- •Собственное свечение клеток и тканей животных
- •Ответы на вопросы
Вопрос 3. 10 минут
3. Инфракрасное излучение. Первичные механизмы действия инфракрасного излучения на биологические объекты. Аппараты светолечения.
Электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красной границей видимого света ( = 760 нм) и коротковолновом радиоизлучением ( = 1-2 мм), называют инфракрасным (ИК).
Нагретые твердые и жидкие тела испускают непрерывный ИК спектр. Согласно законам теплового излучения, если максимум спектральной плотности энергетической светимости нагретого тела лежит в ИК области, то тела нагрето до температуры 38001,5 К. Т. е. все жидкие и твердые тела в обычных условиях не только являются источниками ИК-излучения, но и имеют максимальное излучение в ИК области спектра. При невысоких температурах энергетическая светимость тел мала. Поэтому далеко не все тела могут быть использованы в качестве таких источников. Для практических целей наряду с тепловыми источниками ИК-излучения используют ртутные лампы высокого давления и лазеры, спектр излучения которых линейчатый. Мощным источником ИК-излучения является Солнце, около 50% его излучения лежит в ИК области спектра.
Лечебное применение ИК-лучей основано на их тепловом действии. Наибольший эффект достигается коротковолновым ИК-излучением, близким к видимому свету. Для лечения используют специальные лампы: лампы накаливания (соллюкс) и ИК-излучатели (инфраруж), укрепленные в специальном рефлекторе на штативе. ИК излучатели устроены подобно бытовым электрическим нагревателям с круглым рефлектором. Спираль нагревательного элемента накаливается током до температуры 400 - 500 0С.
ИК излучение проникает в тело на глубину около 20 мм, поэтому в большей степени прогреваются поверхностные слои. Терапевтический эффект обусловлен возникающим температурным градиентом, что активизирует деятельность терморегулирующей системы (рис. 3.4.). Усиление кровоснабжения облученного места приводит к благоприятным лечебным последствиям.
Рис. 4. Возникновение температурного градиента при облучении части тела человека ИК излучением.
В медицине с диагностическими целями проводят фотографирование в ИК-лучах. Различие оптических свойств видимого и ИК-излучения позволяет увидеть детали, не видимые на обычной фотографии. С помощью этого метода диагностируют кожные и сосудистые заболевания. Полезную информацию на молекулярном уровне дает спектроскопия ИК-излучения.
Методы обнаружения и измерения ИК-излучения делятся в основном на две группы: тепловые и фотоэлектрические. Примером теплового приемника служит термоэлемент, нагревание которого вызывает электрический ток. К фотоэлектрическим приемникам относят фотоэлементы, ЭОП, фотосопротивления. Обнаружить и зарегистрировать ИК-излучение можно также фотопластинками и фотопленками со специальным покрытием.
Вопрос 4. 20 минут
4. Люминесценция, ее виды. Характеристики люминесценции (спектр, длительность, квантовый выход). Законы Вавилова и Стокса.
Фотопроцессы в биологических системах сопровождаются возникновением электронно-возбужденных состояний молекул. Электронно-возбужденные состояния молекул характеризуются энергией и временем жизни. Молекула не может долго находится в электронно-возбужденном состоянии и переходит в основное состояние с испусканием кванта света. Испускание света молекулой (люминесценция) происходит за время более длительное, чем время поглощения света молекулой (10-15 с). За это время с молекулой может произойти ряд изменений, определяющих изменения спектров испускания (люминесценции) по сравнению со спектрами поглощения.
По Вавилову С. И.: Люминесценция есть свечение вещества, являющееся избыточным над тепловым излучением этого вещества при данной температуре и имеющее длительность, значительно превышающую период излучаемых световых волн.
По способу возбуждения молекулы люминесценцию различают:
1. Люминесценция, вызванная заряженными частицами:
а) ионолюминесценция - ионами;
б) катодолюминесценция - электронами;
в) радиолюминесценция - ядерным излучением.
2. Люминесценция, вызванная квантами рентгеновского излучения - рентгенолюминесценция; оптического излучения - фотолюминесценция.
3. Люминесценция, вызванная электрическим полем - электролюминесценция.
4. Люминесценция, сопровождающая химическую реакцию, называется хемилюминесценцией. К ней относится биолюминесценция - видимое свечение организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности.
По внутриатомным процессам различают люминесценцию:
а) спонтанную;
б) вынужденную;
в) рекомбинационную.
При спонтанной люминесценции излучение происходит непосредственно вслед за возбуждением. Некоторые энергетические уровни молекулы или атома могут быть метастабильными, т.е. вероятность переходов электронов с этих уровней на любые уровни с меньшей энергии очень мала. Атом или молекула может достаточно долго находится в таком электронно-возбужденном состоянии. Переход с метастабильного на основной уровень может быть ускорен путем внешнего энергетического воздействия на атом или молекулу. Например, переход атома или молекулы с метастабильного энергетического уровня на основной может инициироваться квантом излучения той же энергии, что и инициированный переход. Вызванное при этом излучение называется вынужденным (индуцированным или стимулированным), а само явление вынужденной люминесценцией. Рекомбинационной называется люминесценция, происходящая в результате рекомбинационных процессов, например, при рекомбнации электронов и ионов в газах, электронов и дырок в полупроводниках и так далее.