Билеты по биомедицинская физике с ответами. билеты физика. . Так как sqrt E то
 Скачать 0.9 Mb.
|
|
3. Квантовый выход люминесценции γ - это отношение числа квантов люминесценции n люм к количеству квантов n погл , поглощенных при возбуждении молекулы γ = nлюм/nпогл. Квантовый выход всегда меньше единицы (γ < 1) из-за наличия неоптических переходов. Вещество считается хорошо люминесцирующим, если его квантовый выход γ > 0,01, те. если γ > 1%. 1. Закон Стокса Спектр люминесценции вещества смещен в область более длинных волн относительно его спектра поглощения. 2. Закон Вавилова Квантовый выходи спектр люминесценции сложных молекул не зависят от длины волны возбуждения. Люминесцентные метки – относительно небольшие, хорошо люминесцирующие молекулы, специфически связывающиеся с опр структурными элементами биополимерной молекулы. Свечение метки показывает, в каких именно отделах клетки присутствуют данные биополимерные молекулы и что сними происходит в процессе жизнедеятельности клетки. В качестве меток могут использоваться особые люминесцирующие белки, синтезируемые методами генной инженерии, или натурального происхождения - медуз, светляков, грибов и др. Зонды – вещества, интенсивность люминесценции которых сильно изменяется при специфическом связывании с определенными молекулами или субклеточными структурами. Люминесцентный анализ используется при исследовании структуры люминесцирующего вещества, имеющего свой индивидуальный спектр люминесценции. По спектру люминесценции можно определить как вид, таки концентрацию люминесцирующего вещества в смеси даже при ничтожно малых концентрациях. Спектры люминесценции используются в биохимических исследованиях. Люминесценция позволяет изучать изменения конформации макромолекула при использовании люминесцентного микроскопа изучается локализация люминесцирующих молекул внутри клетки. 2. Простейшим видом колебательного движения являются гармонические колебания, когда колеблющаяся величина изменяется со временем по закону синуса или косинусах Ах мгновенное смещение тела от положения равновесия, А – амплитуда колебания, те. максимальное смещение, ( t + 0) – мгновенная фаза колебания, – циклическая частота колебания, t – текущее время, 0 – начальная фаза колебания. Результат сложения гармонических колебаний зависит от направления смещений складываемых колебаний, атак же от соотношения между их частотами, фазами и амплитудами. Здесь мы будем рассматривать только колебания, происходящие вдоль одной прямой ОХ, и рассмотрим на качественном уровне два важных случая. Сложение колебаний с одинаковыми частотами. В этом случае складываемые колебания различаются лишь амплитудами Аи Аи начальными фазами 1 их Аи х А sin ( t + 2 ); Результатом сложения этих колебаний является гармоническое колебание, происходящее стой же частотой х х1+х2= А sin ( t + 1 ) + А sin ( t + 2 )= А sin ( t + ) 2. Сложение колебаний с разными частотами Складываемые колебания гармонические и происходят с разными частотами х Аи х А sin (2 t + 2 Видно, что при сложении гармонических колебаний с разными частотами 1 и 2 (периодами Т и Т) результирующее колебание не будет гармоническим, а будет представлять более сложное, но периодическое движение. Если складываются гармонические колебания с кратными частотами ( 2=41), то период результирующего колебания Т совпадает с наибольшим периодом Т складывамых колебаний Т = Та частота результирующего колебания – с наименьшей частотой = 1) Теорема Фурье любое сложное периодическое движение x(t) = x(t+T) c периодом Т (частотой Т) можно представить в виде суммы гармонических колебаний (гармоник, частоты которых кратны частоте v рассматриваемого периодического процесса vк=к·v. Это утверждение можно записать в виде формулы, представляющей ряд Фурье x(t) = A + A sin( t + ) . 0 1 к к к к (6.27) Здесь Ак – амплитуды складываемых гармоника к – их начальные фазы. Первая гармоника имеет циклическую частоту 1, равную циклической частоте сложного колебания 1==2v Т, вторая – 2, третья – 3 и т.д. 3. Проблемы УЗ-диагностики микромассажа тканей и микровибраций на клеточном уровне. При этом возникает и нагрев тканей за счет превращения поглощенной УЗ энергии в тепловую – проявляются тепловые эффекты. При высоких интенсивностях ультразвуковых волн может происходить разрушение биомакромолекул и повреждение клеточных мембран. Резкие перепады давлений могут приводить к возникновению в среде кратковременно существующих разрывов (кавитаций). Возможна также ионизация и диссоциация молекул и целый ряд других первичных физикохимических эффектов. 4. Показатель преломле́ния — безразмерная физическая величина, характеризующая различие фазовых скоростей света в двух средах. Для прозрачн изотропных сред, таких как газы, большинства жидкостей, аморфных веществ (например, стекло, употребляют термин абсолютный показатель преломления, который обозначают лат буквой n и определяют как отнош скорости света в вакууме c к фазовой скорости света v в данной среде В случае двух прозрачных изотропных сред говорят об относительном показателе преломл одной среды по отнош к другой. При переходе света из одной среды в другую на границе раздела сред происходит преломление светов лучей (рефракция, кот подчиняется следующему закону преломления 1. Луч, падающий на преломляющую пов-сть, нормаль к пов-ти в точке падения и преломл луч лежат водной пл-ти, которую называют пл-тью падения света 2. Отнош синуса угла пад α к синусу угла преломл β есть величина пост для двух данных сред sinα/sin β = n2/n1 Закон отражения угол отражения равен углу падения(между лучи перпендикуляром луч падающий, луч отраж и перпендикуляр к отраж пов-ти, лежат водной плоскости. Рефрактометрия - это раздел прикладной оптики, физико-химический метод исследования, в котором рассматриваются методы измерения показателя преломления света при переходе из одной фазы в другую. 5. Правильные соотношения в состоянии покоя - р : р : р = 1 : 0,04 : 0,45 ив фазе нарастания потенциала действия р : р : р = 1 : 20 : 0,45. 6. D=E/m=10 9 *5*10 6 *1,6*10 -19 /20*10 -3 =0,04 [Дж/кг=Гр]; H=kD=20*0,04=0,8 [Зв] Билет 4 1 Физические характеристики звуковых волн имеют объективный характер и могут быть измерены соответствующими приборами в стандартных единицах – это интенсивность, частота и спектр звука. Интенсивность звука - энергетическая характеристика звуковой волны, представляет собой энергию звуковой волны, попадающей на поверхность единичной площади за единицу времени, и измеряется в Вт/м2. Интенсивность звука определяет физиологическую характеристику слухового ощущении – громкость. Частота звуковых колебаний (Гц)-определяет физиологическую характеристику звукового ощущения, которую называют высотой звука. Возможность оценки высоты тона слуховым аппаратом человека связана с продолжительностью звучания. Ухо неспособно оценить высоту тона, если время звукового воздействия меньше 1/20 секунды. Спектральный состав звуковых колебаний (акустический спектр - число гармонических составляющих звука и соотношение их амплитуд, определяет тембр звука, физиологическую характеристику слухового ощущения. Диаграмма слышимости. Чтобы сформировалось слуховое ощущение, интенсивность звуковых волн должна превысить некоторое минимальное значение, называемое порогом слышимости. Оно имеет различные значения для различных частот звукового диапазона. Это означает, что слуховой аппарат обладает неодинаковой чувствительностью к звуковым воздействиям на разных частотах. Максимальной чувствительностью ухо человека обладает в области частот 1000-3000 Гц. Здесь пороговое значение интенсивности звука минимально и составляет 10–12 Вт/м2. С увеличением интенсивности звука возрастает и ощущение громкости. Однако, звуковые волны с интенсивностью порядка 1-10 Вт/м2 вызывают уже ощущение боли. Максимальное значение интенсивности, при превышении которого возникает боль, называется порогом болевого ощущения. Он также зависит от частоты звука (верхняя кривая на рисунке 1), нов меньшей степени, чем порог слышимости. Уже отмечалось, что объективная физическая характеристика звуковой волны - интенсивность определяет субъективную физиологическую характеристику - громкость. Уровень интенсивности звука (L) - величину, пропорциональную десятичному логарифму отношения интенсивности звука I к интенсивности на пороге слышимости I0 = 10–12 Вт/м2 Формула L= n* lg *I/I0 Обычно принимают n=10, тогда величина L измеряется в децибелах (дБ. На пороге слышимости (I = I0) уровень интенсивности звука L=0, а на пороге болевого ощущения (I = 10 Вт/м2 ) L = 130 дБ. Если, например, интенсивность звука составляет 10-7 Вт/м2 Уровень громкости звука (часто его называют просто громкостью) Е связан с уровнем интенсивности L соотношением Е = kL, где k - некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности звука. На частоте 1000 Гц принимают k = 1, те. что уровень интенсивности в децибелах и уровень громкости в фонах совпадают. Закон Вебера-Фехнера:ощущение растет в арифметической прогрессии, если интенсивность раздражителя увеличивается в геометрической прогрессии. график логарифмической функции y=k·lgI 2. Активный транспорт-перенос молекул и ионов через мембрану за счет энергии метаболизма. Акт транспорт всегда ведет к увелич разности (электрохимических потенциалов) по обе стороны мембраны(из области его меньшей концентрации в область большей концентрации. Энергия на совершение работы по акт транспорту получается при расщеплении молекул АТФ на АДФ и фосфатную группу (Ф) под действием специальных белков-ферментов― транспортных АТФ-аз. АТФАДФ+Ф+Е Е 45кДж/моль). Активный транспорт веществ принято делить на два вида 1. Активный транспорт ионов. 2. Активный транспорт орг. в-в (аминокислоты и сахара) Известны 4 системы акт транспорта ионов в живой клетке. Три из них обеспеч перенос ионов Na+, K+, Ca2+, H+ через биологические мембраны - это соответственно Na+-K+-АТФ-аза; Са2+-АТФ-аза; Н+- АТФ-аза, а четвертый механизм - это активный перенос протонов при работе дыхательной цепи митохондрий. Механизмы активного транспорта часто называют насосами или помпами. Наиболее сложно устроена протонная помпа, те. Н+-АТФ аза дыхательной цепи митохондрий, а наиболее просто Са2+-АТФ-аза. Механизм активного транспорта Nа+-К+-насоса. Под действием ионов а, находящихся на внутренней стороне мембраны, белок переносчик (транспортная АТФ-аза) активируется и расщепляет молекулу АТФ на АДФ и Ф с выделением энергии Е=45кДж/моль. Происходит присоединение к транспортному белку 3 ионов Na+, которые перемещаются белком переносчиком на внешнюю сторону мембраны и там освобождаются. Вместо них белок-переносчик захватывает на наружной стороне мембраны 2 иона К и транспортирует их в обратном направлении(внутрь клетки. Na+ и K+ переносятся из области их меньшей концентрации в область их большей концентрации, те. в направлении, противоположном их пассивному транспорту. Поскольку за один цикл действия Nа+-К+-насоса из клетки переносится наружу 3 иона а, а внутрь – только 2 иона Кто клетка теряет один положительный заряд, ее внутренняя часть заряжается отрицательно, а внешняя - положительно, что приводит к возникновению разности потенциалов на клеточной мембране. Насосы, в результате своей работы создающие разность потенциалов на мембране, называют электрогенными. Энергия, освобождаемая при фосфорилировании АТФ составляет 45 кДж/моль, практически вся энергия гидролиза АТФ тратится на активный переноса+ и К+ (КПД до 92%). Неравномерное распределение концентраций ионов Ка, С , а также в ряде случаев Са, по обе стороны мембраны обеспечивается каких различной проницаемостью, таки сильным электрическим полем мембраны, которое определяется ее потенциалом покоя. Из уравнения Нернста-Планка следует, что RT/C∙dC/dx=-ZF∙dφ/dx те. в покое градиенты концентрации и электрического потенциала направлены противоположно друг другу. В свою очередь, возникающий на мембране потенциал покоя препятствует выходу ионов К+ из клетки и чрезмерному входу Cl– в нее, поддерживая тем самым их концентрационные градиенты на мембране. Полное выражение для мембранного потенциала, учитывающее потоки диффузии эти трех видов ионов, было получено Гольдманом, Ходжкиным и Катцем: м = -RT/F ln(𝑃𝐾𝐶𝑖(𝐾+) +𝑃𝑁𝑎𝐶𝑖 (𝑁𝑎+) +𝑃𝐶𝑙𝐶𝑒(𝐶𝑙- )/ 𝑃𝐾𝐶𝑒(𝐾+) + 𝑃𝑁𝑎𝐶𝑒(𝑁𝑎+) +𝑃𝐶𝑙𝐶𝑖(𝐶𝑙-)). Здесь Р , Р и PCl – прониц мембр для соответств ионов, а Си их конц внутри и вне клетки. 3 1. Закон Стокса Спектр люминесценции вещества смещен в область более длинных волн относительно его спектра поглощения. 2. Закон Вавилова Квантовый выходи спектр люминесценции сложных молекул не зависят от длины волны возбуждения. Оба эти закона объясняются наличием внутренней конверсии в сложных молекулах, в результате которой испускание всегда происходит с самых нижних подуровней возбужденных электронных состояний на все подуровни основного , независимо оттого, на какие колебательно- вращательные подуровни. 4. Фотонное излучение и частицы при распростр в в-ве взаимодействуют с атомами и мол-лами в-ва, изменяя его структуру и состояние воздействующих частиц. Кинетич энергия частиц расходуется на ионизацию атомов среды и др структурные перестройки. Степень ионизации зав от св-в излучения, структуры объекта и расстояния l, которое квант излуч/част проходит в в-ве. Линейная плотность ионизации (i=dn/dl (пар ионов/см)) — количественная характеристика ионизирующего эффекта, равная отношению числа ионов одного знака (или числа пар ионов) dn, образованных на пути dl, к величине этого пути. Зависит от пути, пройденного частицей в в-ве: i=f(l). Линейная передача энергии (ЛПЭ=dE/dl) — чем больше энергия dE, переданная излучением слою в-ва толщиной dl, тем сильнее разрушительное действие ионизирующего излучения (Дж/м; кэВ/мкм воды. Средний линейный пробег — опред средним знач расстояния, которе проходит частица в в-ве до тех пор, пока её кинетическая энергия не сравняется со средней кинетич энергией атомов и мол-л в-ва. НО Для ЭМИ не имеет смысла, там применяют понятие слой половинного ослабления d1/2, те после прохожд которого кол-во квантов, идущих в прежнем направлении, уменьш в 2 р. 5. R= σT^4 σ= const 𝑅1 𝑅2 = ( 𝑇1 𝑇2 ) 4 = ( 36+273 32+273 ) 4 = ( 309 305 ) 4 =1,0535 6. 𝜌 𝑣 2 2 + 𝑝 + 𝜌𝑔ℎ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ; 𝜌 𝑣 2 2 + 𝑅 = 𝜌𝑣 2 2 + 𝑝2 𝜌 𝑣1 2 −𝜌𝑣2 2 2 = 𝑝2 − 𝑝1 = 1320; 𝜌(𝑣1 2 + 𝑣2 2 )^2 = 2640 𝑣1 2 − 𝑣2 2 = 2,64; v1=1,7 мс Билет 5 Поглощение света-явление уменьш энергии световой волны при ее распростр в в-ве из-за преобразов энергии волны в др виды энергии. Пучок лучей 𝐼 0 проходит через слой поглощающего в-ва толщиной l - интесив прошедшего пучка уменьш по закону Бугера: 𝐼 = 𝐼 0 ∙ Для растворов при небольших концентрациях справедлив закон Бера: показатель поглощения раствора прямо пропорционален концентрации С поглощающего вещества k = С, где α – удельный (в расчете на единицу концентрации) показатель поглощения вещества, зависящий, как и k, от длины волны. Подставляя, получим закон поглощения света для растворов, известный как закон Бугера – Ламберта – Бера: 𝐼 = 𝐼 0 ∙ 𝑒 −𝑎𝐶𝑥 . Введем теперь две общепринятые безразмерные величины, характеризующие поглощение света образцом. Коэффициент пропускания Т - это отношение интенсивности света, прошедшего образец, к интенсивности падающего на него света 𝑇 = 𝐼 𝐼 0 = 𝐼 0 ∙𝑒 −𝑎𝐶𝑥 𝐼 0 = 𝑒 −𝑎𝐶𝑥 . И оптическая плотность D образца, равная десятичному логарифму коэффициента пропускания, взятому со знаком «– »: D = – lgT = k1x =α1Cx, где k1 = k ·lge = 0,43k, α1 = α ·lg e = 0,43α; Из приведенных формул видно, что зависимость коэффициента пропускания Тот толщины x образца и от концентрации C растворенного поглощающего вещества экспоненциальная, тогда как оптическая плотность D образца линейно зависит от этих параметров, что очень удобно при измерениях концентрации веществ. Закон Бугера-Ламберта-Бера лежит в основе концентрационной колориметрии – фотометрического метода определения концентрации поглощающего вещества в окрашенных растворах. Для этой цели используются однолучевые или двулучевые фотоэлектроколориметры 2. Процесс переноса вещества описывается уравнением Теорелла: Ф = −𝐶𝑈 ∙ 𝑑/𝑑𝑥 (1) которое показывает, что плотность потока диффузии Ф (те. количество вещества, переносимое засек. через единицу площади мембраны) через поверхность мембраны прямо пропорциональна молярной концентрации этого вещества Сего подвижности U и градиенту электрохимического потенциала d/dx на мембране. Перенос вещества возможен только в термодинамически неравновесной системе и градиент электрохимического потенциала является той силой, которая выполняет работу по пассивному транспорту вещества. Знак "–" в формуле указывает, что транспорт вещества происходит всегда в противоположном градиенту электрохимического потенциала направлении, то есть в направлении меньших значений , а значит и меньших значений С. По мере выравнивания электрохимических потенциалов по обе стороны мембраны (по мере уменьшения градиента d/dx) уменьшается и поток вещества через мембрану, а при достижении состояния равновесия (e = i и следовательно d/dx = 0) преимущественный поток вещества полностью прекращается (Ф = 0). Дифференцируя выражение формулу Теорелла по координате Хи учитывая, что 0e=0i (по обе стороны мембран растворитель всегда один и тот же–вода), найдем градиент электрохимического потенциала 𝑑 𝑑𝑥 = 𝑅𝑇 1 𝐶 𝑑𝐶 𝑑𝑥 + 𝑍𝐹 𝑑ф 𝑑𝑥 Подставляя (2) в (1) получим уравнение Нернста-Планка, описывающее диффузию ионов через мембрану Ф = −𝑈𝑅𝑇 𝑑𝐶 𝑑𝑥 − 𝐶𝑈𝑍𝐹 𝑑𝜑 𝑑𝑥 . Первое слагаемое в этом уравнении описывает обычную диффузию, идущую за счет градиента концентрации сна мембране, а второе слагаемое - электродиффузию, которая обусловлена действием на ионы электрического поля Е, создаваемого на мембране градиентом электрического потенциала. При диффузии незаряженных частиц (Z=0), второе слагаемое обращается в нуль, и пассивный транспорт таких веществ описывается обычным законом диффузии― |