Поглощение и рассеяние света. Спектральный анализ и люминисценция и их использование в медицине

Раздел 1

Закон поглощения света

Опыт показывает, что изменение интенсивности света ΔI пропорционально падающей интенсивности I

dI = - kIdx = - kdx S = - kSdx ln I

Iпрош = Io – закон поглощения света (закон Бугера)
Коэффициент k называют

К = αс – закон Бера α - удельный показатель поглощения; с –

Отношение Iпрош. к I0 Т = = – коэффициент пропускания D = lg

Определив зависимость D от λ, можно узнать тип вещества, то есть

Схема фотоэлектроколориметра

1

2

3

4

5

6

7

8

1-источник света

2-линза

3-светофильтр

4-кювета с растворителем

5-фотометрический клин

6-фотоэлемент

7-микроамперметр

8-кювета с раствором

Передвигая оптический клин , можно изменять силу тока , в частности

Раздел 2

Рассеяние света

Отклонение света на большие углы- рассеяние

Причины:

Оптическая неоднородность среды

- показатель рассеивания

Два вида

Молекулярное рассеивание наблюдается ,если d<0,2

где d-размер неоднородности(частиц), а

λ -длина

Раздел 3

Оптические спектры атомов

Впервые происхождение спектров атомов смог объяснить Нильс Бор. Постулаты Бора 1.Электроны в

2.При переходе атома из одного состояния в другое, он излучает или

Найдем радиусы стационарных орбит электронов

Потенциальная энергия электрона

Кинетическая энергия

Полная энергия электрона

Полная энергия электрона в стационарных состояниях

где

Полная энергия электрона равна: Е = - E0/ E0 = 13,6 эВ; n –

У каждого атома свой номер (z), следовательно, набор возможных энергетических состояний

РАЗДЕЛ 4

Спектр атома водорода.

Еn = - E0/n2-энергия электронов в атоме водорода

Нижний уровень – основной.

Частоты спектральных линий

ν = (Ек – Еn)/h =

где n =

Основные спектральные серии водорода

Спектральная серия – группа линий в спектре веществ,

2.Серия Бальмера

n = 2 k ≥ 3

ν =

лежит в

РАЗДЕЛ 5

Спектры сложных атомов.

Энергия электронов в сложных атомах зависит не только от главного квантового

По принципу Паули в одном квантовом состоянии в атоме может находиться

Переходы между уровнями подразделяются: а) излучательные (оптические) – поглощения будут возникать при

Оптические переходы подчиняются правилам отбора: Δl = ± 1 S = 0. Энергоуровни,

РАЗДЕЛ 6

Спектры молекул.

Е мол. = Еэл. дв. + Екол. дв. + Евращ.,

где Екол.

Спектры поглощения возникают при переходах молекулы из нижних подуровней основных состояний

Спектры люминесценции молекул не совпадают по положению со спектрами поглощения, а

РАЗДЕЛ 7

Виды спектров.

=

ν =

Электронно-колебательные-вращательные.

Электронные спектры ΔЕэл ≠ 0 ΔЕкол ≠

РАЗДЕЛ 8

Люминесценция

Если атом или молекула совершает оптический переход из возбуждения в основное

а) фотолюминесценция – возбуждение поглощения электромагнитной энергией; б) катодолюминесценция - возбуждение электрическим

г) рентгенолюминесценция – возбуждение рентгеновскими лучами. д) химилюминесценция – возбуждение в результате

Механизм спонтанной люминисценции:

Каждому электронному уровню в веществе соответствует ряд колебательных подуровней

Эти кванты (hv) и представляют собой кванты люминисценции. А различие их

Характеристики и законы люминисценции

Спектр возбуждения - это зависимость возбуждающего люминисценцию света

Если изменяется электронная энергия , то спектр называется электронно-колебательно-вращательным

Электронные: полосы которых

Спектр люминесценции сложных молекул смещен относительно спектра возбуждения в сторону больших

Закон Вавилова:

Спектр люминисценции сложных молекул является характеристикой вещества и не зависит

Квантовый выход люминиценции:

Это отношение числа квантов излучаемых веществом к числу поглощенных

После прекращения возбуждения Iлюм. уменьшается по закону:

Iлюм. = I0

τ - длительность

В зависимости от того, что помещают в фокальную плоскость (7), различают

-если узкую щель, то получаем монохромат – прибор для улавливания

Схема спектрального прибора

s

Входная щель

призма

Фокальная плоскость

Источник света

линза

L1

L2

Применение в медицине

Например в санитарии проверяют доброкачественность мяса . Измеряется люминисценция

Вторичная люминисценция биологических объектов

Вещества, которыми подкрашиваются биологические объекты, называются люминофорами.

Существуют два

Лукьяница Владимир Васильевич

доцент
кафедры физики

ЛАЗЕРЫ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В МЕДИЦИНЕ

И ИХ

Введение. Свойства лазерного излучения

Раздел 1. Устройство, принципы работы и классификация лазеров

Раздел 2.

СВОЙСТВА ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

1. Высокая направленность или малая расходимость лазерного луча (несколько угловых минут)

2.

УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАЗЕРОВ

СХЕМА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ

ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АКТИВНОЙ СРЕДЫ — ПЕСОЧНЫЕ ЧАСЫ

Обычная среда

Песок ( электроны)- внизу

Активная

Нет, давай сходим в кино

Пойдем в библиотеку

Идем на дискотеку

Посмотри на эту малышку

Она что, читать сюда пришла?

Нет, вместо библиотеки её занесло сюда «вынужденным

ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ

Е1

Е2

Е3

ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ

Е1

Е2

Е3

ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ

Е1

Е2

Е3

ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ

Е1

Е2

Е3

ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ

Е1

Е2

Е3

ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ

Е1

Е2

Е3

затравочный
квант

луч лазера

УСИЛЕНИЕ СВЕТА АКТИВНОЙ СРЕДОЙ

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СХЕМА ЛАЗЕРА

рабочее тело
(рубин)

НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛАЗЕРА

1. Рабочее тело (акивная среда) генерирует и

НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛАЗЕРА

3. Резонатор а) посредством отражения света от

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА

РАБОЧЕЕ ТЕЛО

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА

РАБОЧЕЕ ТЕЛО

АКТИВНАЯ СРЕДА

АКТИВНАЯ СРЕДА

УСИЛЕНИЕ СВЕТА

АКТИВНАЯ СРЕДА

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА

АКТИВНАЯ СРЕДА

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА

УСИЛЕНИЕ СВЕТА

АКТИВНАЯ СРЕДА

АКТИВНАЯ СРЕДА

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА

луч лазера

I1* 0,01* I2

I3=I2 - I*

УСИЛЕНИЕ СВЕТА

АКТИВНАЯ СРЕДА

АКТИВНАЯ СРЕДА

АКТИВНАЯ СРЕДА

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА

луч лазера

I2* 0,01* I5

I2* >I1*

УСИЛЕНИЕ СВЕТА

И так далее
до истощения активной среды (I*=const).
Затем опять срабатывают лампы

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА

РАБОЧЕЕ ТЕЛО

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА

РАБОЧЕЕ ТЕЛО

АКТИВНАЯ СРЕДА

АКТИВНАЯ СРЕДА

УСИЛЕНИЕ СВЕТА

АКТИВНАЯ СРЕДА

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА

АКТИВНАЯ СРЕДА

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА

УСИЛЕНИЕ СВЕТА

АКТИВНАЯ СРЕДА

АКТИВНАЯ СРЕДА

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА

луч лазера

I1* 0,01* I2

I3=I2-I*

УСИЛЕНИЕ СВЕТА

АКТИВНАЯ СРЕДА

ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОТЫ ЛАЗЕРА

ПРЕИМУЩЕСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА

1. Малые габариты (размеры), что обусловлено использованием не ламп, а p-n-переходов

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В КЛИНИКЕ

а) лазерные приборы иммунологических реакций, нефелометры, спектрофотометры
б) исследования микроциркуляции крови в

стимуляция обменных процессов и активация механизмов саногенеза (используются низкоэнергетические приборы). Время

ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

1. Противовоспалительное

2. Обезболивающее

3. Спазмолитическое

5. Стиммулирующее обменные и

МЕХАНИЗМЫ ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ, ОБЪЯСНЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

1. Теория поглощения

2. Нейрорефлекторная теория

3. Теория

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

ЛАЗЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

По степени опасности лазеры делятся на 4 класса:

I -

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

1. Коллективные: телевизионные системы; защитные экраны, бленды

ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

электрохимический потенциал (уровень Ферми)

С зона

электроны

V зона

дырки

μn

μp

электроны

p-n - переход

μn = μp

p-n - переход

Еб1

Еб2<<Еб1 при прямом смещении (включении) p-n - перехода