1-Билет

1. Медициналық диагностикалық аппараттар

Лазерлер бірдей жиіліктегі фотон сәулесінің әсерінен молекуласының немесе қозған атомдар фотонын мәжбүрлеп жіберу базасында жұмыс істейтін сәуле көзіне ие. Бұл үрдістің ерекшелігі болып мәжбүрлеп жіберу кезінде пайда болатын фотон, жиілік фазасы, бағыты және поляризациясы бойынша оны шақырған ішкі фотондардың пайда болуымен бірдей. Бұл квантты генераторлардың мінсіз қасиетін анықтайды: кеңістік жіне уақыт бойынша жоғары когоренттілігі, жоғары монохроматтылығы сәулелену түйінінің жіңішке бағытталуы, қуат легінің улкен концентрациясының және өте аз көлемдерге фокусталу қабілеттілігі. Лазер әртүрлі белсенді орталар негізінде пайда болады газ текті, сұйық жіне қатты. Олар толқын ұзындығы 100 нМ-ден 1,2 мкм –ге дейінгі өте кең диапазонда сәулеленуді бере алады және үздіксіз, сонымен қатар импульсты режимде жұмыс істей алады. Лазер үш қағидалы маңызды түйіндерден тұрады: сәулелендіргіш, толтыру жүйесі және қорек көзінен, арнайы қосымша құрылғылар көмегімен жұмысы қамтамасыз етіледі.

Сәулелендіргіш лазерлі сәулеленуге толтыру энергиясын түрлендіру үшін арналған және ішкі кеңістігінде қозатын және белгілі бір оптикалық диапазонның электромагниттік тербелісіннің белгілі бір типіне ие жалпы жағдайды бейнелейтін, қақ бөлуші, фокустейтін элементтерге ие оптикалық резонаторы бар. Оптикалық резонатор спектордың жұмысшы бөлігінде минемалды шығынға, түйіндердің дайындалу және олардың орнатылудың жоғарғы дәлдігіне ие болуы қажет.

Қозған молекулалар (атомдар) люминесценцияның фотондарын сәулелендіруге қабілетті. Мұндай сәулелену күтпеген үрдіс болып табылады. Ол уақыт, жиілік, таралу бағыты және поляризациясы бойынша кездейсоқ және хаосты. Мәжбүрленген немесе индуцирленген басқа сәулелену – фотонның қозған молекуламен әрекеттесуі негізінде пайда болады, егер фотон энергиясы сәйкес энергияның әртүрлілігіне тең болса. Мәжбүрленген сәулелену кезінде бір секундта орындалатын өткелдер саны - фотондардың сол уақытта затқа түсетін санына, яғни жарық интенсивтілігінен, сонымен қатар қозған молекулалар санына тәуелді. Басқаша айтқанда, сәйкесінше қозған энергетикалық күйдің орналасу саны қаншалықты көп болса, мәжбүрленген өткелдердің саны соншалықты жоғары болады.

Индуцирленген сәулелену барлық жағынан құлаушыға тең, сонымен қатар фаза бойынша, сондықтан электромагнитті толқындарды күшейту жайлы айтуға болады, ол лазерлі генерация қағидасында бірінші негізін қалаушы қасиеті болып табылады. Лазерлерді жасау кезінде жүзеге асырылатын екінші идея ретінде Больцман заңына қарамастан төменгіге қарғанда, жоғарғы деңгейде көп бөлік орналасқан әртүрлі термодинамикалық жүйелерді құруға негізделген.

Лазерлік генерацияның қағидаларында қолданылатын үшінші идея радиофизикада пайда болған және дұрыс кері байланысты қолдануға негізделген. Оны жүзеге асыру кезінде генерацияланатын мәжбүрленген сәулелену бөлігі жұмысшы заттың ішінде қалады және тың қозған атомдармен мәжбүрленген сәулелену шақырады. Мұндай үрдісті жүзеге асыру үшін белсенді ортаны әдетте екі айнадан тұратын оптикалық резонаторға орналастырылады, оны когорентті мәжбүрлі сәулеленудің генераторына айналдыра отырып, онда сәуле бірнеше рет белсенді орта арқылы өтетіндей етіп таңдалынады.

Мұндай жоғарғы жиілікті диапазондағы генератор 1955 жылы кеңестік тәуелсіз Н.Г.Басои және А.М.Прохоров және американдық Ч.Таунсон және т.б ғалымдармен құрастырылған. Бұл аспаптың жұмыс жасауы аммиактың молекуласын мәжбүрлі сәулелендіруге негізделгендіктен, генератор молекулярлы деп аталған. 1960 жылы сәулелену диапазоны көрінетін, жұмысшы орта ретінде рубин криссталды лазер қолданылатын - бірінші квантты генератор пайда болған. Сол жылы газды гелий-неонды лазер пайда болған. Жарықтық сипатына байланысты лазерлер импульсты және үздіксіз болып бөлінеді.

Қазіргі медико- биологиялық бағыт бойынша лазерлерді қолданудың 2 негізгі әдісі бар. Бірінші группа- құралдарды зерттеу ретінде лазерлік сәулелерді қолдану. Бұл жердегі лазердің басты рөлі жарық көзі, мұнда спектральді зерттеу, лазердік микроскоп, голография және т.б. Екінші группа- лазерлік сәулелерді қолданудың негізгі бағыты құралдарды биологиялық объекттердің әрекеті ретінде қолдану. Мұндай әрекеттердің 3 негізгі типін қарастыруға болады.

Қазіргі уақытта лазерлерді медициналық бөлімдерде, хирургияда, онкологияда, офтальмологияда, терапияда, гинекологияда, урологияда, нейрохирургияда жәнеде диогностикада қолданылады.

Хроматограф- (грек. Chroma-түс, бояу және grapho- графия) бұл аспап хроматографиялық бөлінулерді және зат алмасуының анализдеуін, физико- химиялық әдіс бөлінулерін және алмасудың анализдеуін жүзеге асырады. Екі фаза арасындағы компоненттердің негізін анықтайды- қозғалысты(элюент) және қозғалыссыз.

Хроматографтың негізгі бөліміне кіреді:

1. сұлбаға кіретін зат алмасуларды зерттеу

2. хроматографиялық колонка

3. детектрлеуші құрылғы (детектр)

4. тіркеуші және термостаторлық сұлба

5. әртүрлі компоненттер үшін таңдау қабілеті және қабылдау

Қозғалмалы фазада хроматографтар газды және сұйықтықты болып бөлінеді. Хроматографта ең кең қолданылатын әдіс шығаратын хроматография.

Газдық хроматографтың жұмыс істеу сұлбасы: Газ тасушыға балоннан реттегіш шығын арқылы және үздіксіз қысым тұрақты және айнымалы жылдамдықта хроматографиялық колонка- трубкаға(диаметрі 2-5 мм және ұзындығы 1-10 м ) беріледі. Хроматографтың колонкасы сорбентпен және термостат қоспасымен толтырылған. Мүмкiндiк беретiн температураны қолдану (500˚С ға дейін).

Элюенттiң агрегаттық күйiмен сәйкестiк газды және сұйықты Х ажыратады. Жылжымайтын фазаның агрегаттық күйiне байланысты газдысы Х, газды-адсорбциялық (жылжымайтын фаза-қатты адсорбент) және газ және сұйықты (жылжымайтын фаза-сұйықтық), сұйықтықты Х болса. – сұйықтықты-адсорбциялық (немесе қатты-сұйықтықты) және сұйықтықты-сұйықтық болады. Соңғысы, сонымен қатар газ және сұйықты таратушы болып табылады Х. Қатты сұйықтық жұқа қабатты және қағазды жатады.

Хроматографтар - зат қоспаларының препаратының (соның iшiнде өнеркәсiптiк) бөлiнуi және талдауы үшiн қолданылады. Айырық элюентпен бiрге заттар хроматографтың бағандарында талдауында олардың шоғырландыруы уақытында есепке алатын детекторлайтын құрылымның хроматографиялық бағанынан уақыттың әр түрлi аралықтары арқылы шығуға орнатылған. Бұл алынған нәтижеде шығу қисығын хроматограмма деп атайды. Талдау және заттардың бөлiнулерi үшiн, бу сияқты күйлерде ауыспалы жiктеулерсiз, қолдану ең үлкен газды алды Х., гели, азот, аргон, тағы басқа газдарды элюент ретiнде қолданады. Газды - адсорбциондық вариант үшiн Х. сорбент ретiнде (диаметрдiң бөлшектерi 0,1-0,5 мм ) алюмогелдердi, силикагелдер, молекулалық елеуiштер, кеуектi полимерлерді және тағы басқаларды пайдаланады, меншiктi бетпен сорбент 5-500 м/г. Гады-сұйықтық үшін Х. Сорбент (әбден қайнаған көмiрсутектер, күрделi эфирлер, силоксандар және тағы басқалар) 0, 5-5 м/г-шi және көп меншiктi бетi бар қатты сақтаушыға бiрнеше мкм жуандықтың қабыршақтың түрiндегi сұйықтың ұруларымен әзiрлейдi. адсорбциондық вариант үшiн температураның жұмыс шектерi Х. 70˚С ден 600˚С ге дейін, газды-сұйықтық үшін 20˚С ден 400˚С ге дейін. Газды Х. Заттарды бiрнеше см газға немесе мг (қатты) сұйыққа бөлуге болады; анализ уақыты бірнеше секундтан бірнеше сағатқа дейін.

Сұйық колоночкасына Х. ұшпа ерiткiштердi элюент ретiнде қолданады (мысалы, углеводород, эфир, спирт), жылжымайтын фаза ретiнде – силикагелдер (силикагелдер химиялық жолмен ұластырылған әр түрлi функционалдық топтардың беттерiнде соның iшiнде - спирттен жасалған эфир және тағы басқа), бiрнеше мкм дiң мына барлық сорбенттердiң бөлшектерiнiң алюмогелдер, кеуектi шынылар, өлшемi.

Газды Х. Газдардың бөлiнуі үшiн қолданылады, зиянды заттардың қоспаларын анықтаулар ауада, суға, топыраққа, өнеркәсiптiк өнiмдерге; негізгі органикалық және мұнай-химиялық синтездің, газ шығаратын тотықтың, дәрілік препараттардың, сонымен бірге криминалистикадағы өнімдердің құрамын анықтайды. Марс атмосферасының анализін, күн жыныстарның органикалық заттарының теңестірілуі және космостың кемелердегі газ анализінің әдісі мен құрылғылары жасалған.

Сұйықтықты Х. Биологиялық маңызды қосылыстарды, гормондардың, ақуызды, детергенттерді, дәрілік препараттардың, синтетикалық полимерлерді тазалау және бөлу анализдері үшін қолданылады. Жоғарғы сезімталды детекторларды қолдану өте кіші көлемді заттармен (10 11) соның ішінде ерекше маңызды биологиялық зерттеуде жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Газды хроматографтардың көптеп таралған детекторлы – термокондуктометрлік және ионизациялық. Бірішнің типтік мысалы ретінде жылу өткізу бойынша детектор (катарометр) онда көпірлік шынжырда жылу өткізуді өлшеу үшін екі ұяшық қосылған, олар арқылы газ-сақтаушының таза ағыны мен бинарлы қоспа ағып өтеді. Таза газ сақтаушы жылу өткізгіштен соңғы жылу өткізуден айырмашылығы: детектордың сезімтал элементі арқылы бинарлы қоспа өткенде – қыздырылған спираль10-80 Ом тосқауылмен – температура өзгереді және спираль тосқауылы компонент концентрациясына тәуелді. Бұндай детектор заттардың концентрациясын 10^-1 -10^-2 % шегінде анықтауға мүмкіндік береді.

Ионизациялы детектордың басты бөлігі болып ионизациялық камера болып табылады, онда хроматографиялық бағанадан газ сақтаушы ағынымен түсетін молекулалардың ионизациясы жүреді. Зерттелетін затың ионизациясын сутегі жалынымен, гелий және аргон атомдарының метатұрақталарымен, баяу электрондармен және т.б. жүзеге асырады. Иондар қосымша тіркелген кернеу арқылы ионизациялық камераға ауысады, ол электрлік тоқтың пайда болуына алып келеді. Ионизациялық детектор заттардың концентрациясын 10^-4-10^-7 % шегінде анықтауға мүмкіндік береді.

Термокондуктометрлік және ионизациялық детекторлар сезімталдығымен (зат концентрациясының минемалды анықталуы), таңдамалылығы (қоспадағы жеке компоненттерді таңдамалы анықтау мүмкіндігі), сигналдың концентрацияға тура тәуелділігі.

Хроматографиялық сұйықтықта деференциялды схемада және ультракүлгін аймақта сіңіретін детектор арқылы қосылған детекторлы құрылғы ретінде ағынды рефрактометр қолданылады. Еріткіштің қозғалмалы фаза тартқышы безпульсационный жүйемен (қысымы 50Мн/м² дейін немесе 500кгс/см²), ал сынақты енгізу – микрощприц және ауыстырып қосу краны арқылы жүзеге асады. Хроматографиялық бағананың сұйықтықты хроматографтағы ұзындығы 1 м. Газды хроматографиялық детекторға қарағанда, сұйықтықты хроматографиялық детектор кіші сезімталдыққа ие(шамамен 2 қатарға). Зат концентрациясының нақты өлшенуі үшін детекторлар белгілі құрамды қоспа бойынша калибрлейді.

1 5.1. сурет. Газды хроматографияның принципиалды сұлбасы: 1 —инертті газды баллон; 2 — хромотографиялық колонкаға сынақ енгiзу үшiн құрылым; 3 — хромотографикалық колонка; 4 — термостат; 5 — детектор; 6 — түрлендіргіш сигнал; 7 — регистратор.

Медициналық техниканың, сонымен қатар биомедициналық өлшегіш техниканың дамуы, ғылымның жаңа жетістіктерін қолдануға негізделген. . Бұл дамулар интенсивті түрде болады, бұның айғағы яғни медициналық техника облысында жыл сайын тіркелетін патенттердің саны өсіп келеді тез дамитын аналогты көрсеткіштер компьютрлік техника мен радиотелевидение.

Аталған бағыттардағы зерттеулер мен өңдеулерді өткiзу биомедициналық өлшеу техниканы жаңа деңгейге көтеруге мүмкiндiк бередi.