|
|
Світлорозсіювання в біологічних структурах. 4. Світлорозсіюванняв біологічних структурах
4.Світлорозсіюванняв біологічних структурах.
Розсіювання світла - розсіювання електромагнітних хвиль видимого діапазону при їх взаємодії з речовиною. При цьому відбувається зміна просторового розподілу, частоти, поляризації оптичного випромінювання, перетворення кутового розподілу світлового потоку.
Види розсіювання, властиві для світла:
Розсіювання Релея - пружне розсіяння на малих частинках, розміром набагато менше довжини хвилі.
Розсіювання Мі - пружне розсіяння на великих частинках.
Розсіювання Мандельштама - Бріллюена - непружне розсіювання на коливаннях решітки.
Комбінаційне (раманівське) розсіювання - непружне розсіювання на атомних коливаннях в молекулі.
Розсіювання Тиндаля - пружне розсіювання світла неоднорідними середовищами.
Біологіним стуктурам найбільш характерні такі види розсіювання
Позначимо розмір частинки на якій відбувається розсіювання - a, частота випромінювання - , довжина хвилі -
1) Релеївське: a<<, I4
2) Тиналівське: a<, I4…1
3) Мі розсіювання: a>
4) Рефракційні структури a>>
 Коефіцієнт розсіювання –площа поперечного перерізу розсіювання на одиницю об*єму середовища : =s , де s-поперечний переріз розсіювання
-числова концентрація розсіювачів.
Середня довжина вільного пробігу розсіювання –середня відстань прольоту фотонами між послідовними актами розсіювання 
Внаслідок розсіювання світла зменшується інтенсивність світла, яке проходить через розчин біомакромолекул. Зменшення потоку світла визначається законом Бугера-Ламберта-Бера : 
Де D– оптична густина, τ– мутність середовища, l– довжина оптичного шляху.
Індикатриса розсіювання – крива, графічне зображення залежності інтенсивності розсіювання від кута розсіювання.
неполяризаційне світло:1+cos2, поляризаційне світло: sin2,
1) Пружне(Релєєвське) розсіювання.Релєй показав залежність інтенсивності світла IΘ, яке розсіюється, від інтенсивності падаючого світла та від кута Θ, з якого спостерігають потік світла.
RΘ= RΘ– число Релєя; IΘ– інтенсивність розсіяного світла; I0 – інтенсивність світла, яке падає; N– кількість часток; Θ– величина кута, з якого спостерігають розсіяне світло; r– відстань від об'єкта; α– поляризовність макромолекул; λ– довжина хвилі у середовищі, в якому розташовані молекули.
 2) Ефект Тіндаля— світіння оптично неоднорідного середовища внаслідок розсіяння світла, яке через нього проходить. Може спостерігатись у вигляді світлого конуса на темному фоні (конус Тіндаля) при розгляданні дисперсної системи під певним кутом (зазвичай 90°) до напрямку проходження через неї сфокусованого пучка світла. Характерний для розчинів колоїдних систем (наприклад, золів металів, розбавлених латексів, тютюнового диму), в яких частинки і їх навколишнє середовище розрізняються за показником заломлення. На ефекті Тиндаля заснований ряд оптичних методів визначення розмірів, форми і концентрації колоїдних частинок і макромолекул.Також на основі цього ефекту заснована біомікроскопія очей.
3) Розсіювання Мі - пружне розсіяння на оптичних неоднорідностях, розміри яких порівнянні з довжиною хвилі видимого світла (λ 0,5 мкм). Таке розсіювання можна розглядати як дифракцию плоскої хвилі на однакових однорідних сферах, хаотично розподілених в однорідному середовищі і знаходяться один від одного на відстанях, великих довжини хвилі,особливості:
- Розсіювання вперед - більше;
- Із зростанням розміру часток виникає порізаність індикатриси
5.Поглинання неіонізуючого випромінювання в тканинах тіла людини.
Поглинання - це процес зменшення інтенсивності оптичного випромінювання
при проходженні через яке-небудь середовище за рахунок взаємодії з молекулами речовини, в результаті якого світлова енергія переходить в інші види енергії або в оптичне випромінювання іншого спектрального складу.
-Перехід молекули або атома з нижчого на більш високий енергетичний рівень називається збудженням і супроводжується поглинанням кількості енергії фотона, рівного різниці енергій між двома рівнями: h=E
-Перехід з більш високого рівня на більш низький супроводжується звільненням енергії, рівної різниці енергій між двома рівнями, є
безвипромінювальний (нагрівання) та / або випромінювальний (люмінесценція).
З квантової точки зору фотони поглинаються атомами і молекулами за спеціальними переходами, і енергія фотонів використовується для збільшення їх внутрішніх енергетичних станів
• Області спектра, де це явище виникає, називаються смугами поглинання
Три основних типи процесів поглинання:
• Електронний (атоми, молекули)
• Коливальний (молекули)
• Обертальний (молекули)
Поглинання обумовлене :
Електронні переходи(УФ)
Дисоціація(УФ)
Переходи між коливальними і обертальними рухами(ІЧ)
Рухи макромолекул(радіо)
Електропровідність(радіо)
Обертання диполів(радіо)
Поглинання починається при менше 1см. При > 1см поглинання дуже слабке.
Закон Бургера-Ламберта-Бера I = I0 exp[-µx],
де µ-коефіцієнт екстинції (затухання) µ=к(поглинання)+(розсіювання)
Принципи теорії мішені. Ефективний об'єм мішені. (ст. 74 усіх лекцій разом)
Принцип влучення і мішені: в організмах можна виділити частини з надзвичайною (порівняно з іншими частинами) чутливістю до іонізуючого випромінювання, влучення в які призводить до враження всього об'єкта.
Мішень — чутлива частина об'єкта (наприклад, ДНК клітини), влучення в яку іонізуючого випромінювання призводить до враження усього об'єкта.
Одноударна мішень: влучення в певну чутливу область (мішень), під час якого відбувається одиничний перенос деякої мінімальної кількості енергії, достатньо для досягнення і реєстрації ефекту пошкодження.
Нехай ми опромінюємо систему, яка складається з N0 об’єктів, кожен з яких має мішень (з площею перерізу s і об’ємом v).
Нехай для інактивації системи достатньо, щоб трек ІВ пройшов через переріз мішені (ця подія - потрапляння)
Такі передбачення експериментально підтверджуються для ІВ з високою щільністю іонізації (α-випромінювань)
Кількісні закономірності теорії мішені:
Коли траєкторії частинок розподіляються в межах мішені випадковим чином, то ймовірність n-потраплянь в мішень:
а –найімовірніша (і середня) кількість потраплянь в мішень
Коли D – середня кількість частинок, які пролітають через одиничний переріз s (і s – переріз мішені), тоді
Коли N0 – загальна кількість об’єктів (клітин тощо) в опромінюваній системі, а N – кількість клітин, в які не влучило ІВ (“вижили”), то ймовірність непотрапляння (N/N0) (при n=0):
При sD=1 виживають 37% об’єктів. Відповідна доза – D37 – доза ІВ, яку називають: 37%-ова, інактивуюча, середня летальна.
За цих умов теоретично на 1 мішень припадає 1 частинка ІВ
Ефективний об’єм мішені
Коли розглянути електромагнітні ІВ, які характеризуються значно меншою густиною іонізації, можна визначити також ефективний об’єм одноударної мішені.
Нехай в системі є N0 об’єктів з мішенню об’ємом v, причому для її інактивації достатньо одної іонізації. Ймовірність потрапляння в мішень n-разів описується законом:
Знову, при n=0:
Аналогічно: при vD=1 маємо дозу D37 і можемо визначити ефективний об’єм мішені:
 |
|
|
Скачать 0.78 Mb.