Оптические методы исследования и воздействие излучением оптического диапазона на биологические объекты. Элементы физики атомов и молекул.

1 минута

Введение

Интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается. Часть энергии световой волны переходит в другие виды энергии (например, в энергию движения атомов, то есть во внутреннюю энергию вещества, процессы ионизации и возбуждения атомов, фотохимические реакции и др.).

Вопрос 1. 19 минут Поглощение света и его законы.

Интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается. Часть энергии световой волны переходит в другие виды энергии (например, в энергию движения атомов, то есть во внутреннюю энергию вещества, процессы ионизации и возбуждения атомов, фотохимические реакции и др.). Переход энергии световой волны в другие виды внутренней энергии вещества называется поглощением света.

Уменьшение интенсивности света на пути dl пропорционально величине этого пути и величине самой интенсивности:

dI = -  I dl (1)

где  - постоянная, зависящая от свойств поглощающего вещества и называемая коэффициентом (показателем) поглощения.

dl

I₀

I_l

Рис. 1. Схема для вывода закона Бугера.

0 l

Пусть на входе в поглощающий слой интенсивность света равна I₀. Найдем интенсивность света I₁, прошедшего через слой вещества толщины l. Для этого интегрируем (2.1) и подставляем соответствующие пределы, предварительно разделив переменные:

,

,

,

откуда потенцируя, имеем

. (2)

Формулой выражается закон поглощения света Бугера (открыт в 1729 году).

При интенсивность I оказывается в "e" раз меньше, чем I₀. Таким образом, коэффициент поглощения есть величина, обратная толщине слоя, при прохождении которого интенсивность света убывает в "e" раз. Показатель поглощения зависит от химической природы вещества и состояния, а также от длины волны света. Зависимость является источником информации о состоянии вещества.

Большое значение для медиков и биологов имеет изучение поглощения света в растворах. В этом случае поглощение света зависит также и от концентрации "c" молекул, с которыми взаимодействуют фотоны света. Закон поглощения света в разбавленных растворах носит название законом Бугера-Ламберта-Бера:

, (3)

где ₁ - показатель поглощения света на единицу концентрации вещества.

В лабораторной практике закон Бугера-Ламберта-Бера обычно выражают через показательную функцию с основанием 10:

; (4)

здесь - показатель поглощения, аналогичный ;  0,43 , так как e  10^0,43.

Вопрос 2. 23 минут. Показатель поглощение света, коэффициент пропускания света, оптическая плотность. Регистрация спектров поглощения биологических объектов. Фотоколориметрия

Отношение потока излучения, прошедшего сквозь данное тело или раствор, к потоку излучения, упавшего на это тело называют коэффициентом пропускания, или прозрачность раствора. Выразим его как отношение интенсивностей:

. (5)

Десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания, называют оптической плотностью:

. (6)

Ряд фотометрических методов по определению концентрации вещества в окрашенном растворе (концентрационная колориметрия) разработан на основе закона Бугера-Ламберта-Бера В этих методах измеряют световые потоки, прошедшие через раствор, коэффициент пропускания или оптическую плотность. Нижние границы концентраций, определяемых с помощью колориметров, в зависимости от рода вещества составляют 10^-3  10^-8 моль/л.

Приборы, используемые в концентрационной колориметрии, имеют общее название - колориметры; их подразделяют на субъективные (визуальные) и объективные (фотоэлектроколориметрические). ФЭК используют в клинической практике, в частности, для измерения насыщения крови кислородом, то есть для определения количества оксигемоглобина. Соответствующие приборы называют оксигемометрами или оксигемографами.