7.3. Свойства лазерного излучения
Широкое применение лазеров для самых различных нужд человеческой практики, в том числе в фармации и медицине обусловлено замечательными свойствами лазерного излучения:
монохроматичностью – одна длина волны, одна частота;
когерентностью – одинаковые фазы испускаемых лазером электромагнитных волн;
строгой направленностью лазерного луча - узкий пучок;
возможностью получать большие интенсивности.
7.4. Применение лазерного излучения в фармации и медицине
Использование лазеров в фармации и медицине весьма разнообразно.
Вначале предполагалось, что наиболее перспективно применение лазерного излучения большой интенсивности в хирургии для бескровной и сверхтонкой хирургии. Лазерный луч большой интенсивности вызывает коагуляцию белков и заваривает кровеносные сосуды. Узкие лазерные лучи с успехом применяются в офтальмологии для исправления различных дефектов зрения.
Но в настоящее время гораздо более широкое применение нашли лазеры – источник мягкого излучения в терапии, в том числе, в сочетании с фармацевтическими препаратами. Лазер с успехом применяется для лечения самых различных болезней: от дерматитов и трофических язв до ишемической болезни сердца.
Лазер применяется и в медицинской диагностике. Вспомним хотя бы лазерный голографический интрогастроскоп (см. раздел II, главу 6, параграф 6.5).
ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 7
1.В чём отличия спонтанного и вынужденного излучений?
2.Почему для усиления света посредством вынужденного излучения необходимы инверсная заселённость уровней и метастабильные уровни?
3. Каков механизм возникновения «лавины фотонов» в лазере?
4. Для чего служат плоско-параллельные зеркала в гелий-неоновом лазере?
5. Для каких целей применяются лазеры в медицине фармации? Какие свойства лазерного излучения позволяют достичь эти цели?
6 Для лечения глаукомы на больной глаз воздействовали импульсами лазерного излучения длительностью 3 нс на длине волны 532 нм. Средняя энергия импульса 1,5 мДж. Диаметр «пятна» лазерного луча на поверхности глаза 400 мкм. Какова интенсивность импульса лазерного излучения на поверхности глаза?
Глава 8. Оптическая спектроскопия. Ик- спектроскопия. Радиоспектроскопия.
8.1. Спектры испускания и спектры поглощения. Спектрографы. Спектрометры. Спектрофотометры
Спектры испускания (эмиссионные спектры) – это графики зависимости спектральной плотности интенсивности от длины волны Iλ ( ) (см. рис.8.1 а). Спектральная плотность интенсивности – интенсивность в узком интервале длин волн, делённая на ширину этого интервала.
Спектры поглощения (абсорбционные спектры) - это графики зависимости оптической плотности от длины волны D ( )
(см. рис. 8.1 б ).
Рис. 8. 1.Спекры испускания (а) и поглощения (б)
Для возбуждения эмиссионных спектров (рис.8.1 а)требуется произвести на исследуемый образец довольно сильное воздействие, например, нагреть его до достаточно высоких температур или пропустить через него электрический разряд ( это, если образец в газообразном состоянии). Затем электромагнитное излучение образца при помощи дифракционной решётки (см. раздел II ,6.5.) или призмы (см. раздел II,6.11) разделяется на монохроматические составляющие. Измеряя спектральную плотность излучения на разных длинах волн, получают спектр излучения.
Для получения абсорбционных спектров не требуется производить на образец сильных воздействий. На исследуемый образец направляется электромагнитное излучение определённых длин волн, и на каждой из длин волн определяется его оптическая плотность ( рис. 8.1 б)
Согласно закону Кирхгофа равновесные спектры теплового излучения совпадают со спектрами поглощения (А люминесценция, в отличии от теплового излучения, не может быть равновесной). Для спектров люминесцентного излучения выполняется правило Стокса (см. раздел III, 6.3). Излучение равновесное - когда за тоже время тело излучает столько же энергии сколько и поглощает.
Дальше ограничимся рассмотрением спектров теплового излучения, для них информация, полученная при исследовании эмиссионных и абсорбционных спектров, совпадает. Приборы для снятия спектров излучения - спектрометры или спектрографы (см. рис. 8.2 а). Приборы, при помощи которых снимаются спектры поглощения – спектрофотометры (см. рис. 8.2 б). На рисунках даны упрощённые схемы этих приборов.
В простейшем спектрографе ( рис. 8.2 а) электромагнитное излучение от исследуемого образца О направляется в щель Щ монохроматора М и разлагается на монохроматические составляющие при помощи призмы П ( или дифракционной решётки). Для наблюдения полученного спектра – совокупности изображений входной щели на разных длинах волн используется либо окуляр (тогда это спектроскоп) или фотоплёнка Ф ( тогда это спектрограф), либо фотоэлектрические датчики ( в спектрометрах).
В спектрофотометрах (рис. 8.2 б) электромагнитное излучение от источника И ( например, лампы накаливания или люминесцентного источника) через входную щель Щ1 монохроматора М направляется на призму П (или дифракционную решётку), в которой разлагается на монохроматические составляющие. Через выходную щель Щ2 излучение определённой волны направляется на образец О. Поворачивая призму (или дифракционную решётку), можно направлять на образец излучение различных длин волн. Дальше прошедшее через образец излучение преобразуется при помощи фотоэлемента Ф/Э в электрический сигнал, который фиксируется гальванометром Г. Гальванометр градуируется либо по значениям оптической плотности D, либо коэффициента пропускания τ. Определив оптическую плотность D при разных длинах волн λ, получаем спектр поглощения D(λ)
Рис.8.2. Спектрограф – а и спектрофотометр – б.