14. Спектр излучения по сравнению со спектром поглощения:

1. отличается только по интенсивности света;

2. сдвинут в более коротковолновую сторону;

3. сдвинут в сторону коротких волн и имеет другой порядок расположения полос;

4. сдвинут в более длинноволновую сторону;

5. оба спектра идентичны друг другу.

15. Полная энергия молекулы это:

1. сумма энергии электронного возбуждения, вращательной и колебательной энергии;

2. разность энергии электронного возбуждения, вращательной и колебательной энергии;

3. сумма кинетической и потенциальной энергии электронов;

4. разность колебательной и вращательной энергия ядра и электронов оболочки;

5. сумма электронной и тепловой энергии.

16. Спектром излучения вещества называется:

1. график зависимости интенсивности испускания от длины волны;

2. график зависимости интенсивности люминесценции от длины волны возбуждающего света;

3. график зависимости оптической плотности вещества от длины волны спектраль- ных линий;

4. график зависимости величины фотобиологического эффекта, вызванного светом, от длины; волны действующего света;

5. график зависимости коэффициента пропускания от длины волны спектральных линий.

17. При переходе атома из одного состояния в другое поглощается фотон, энергия которого определяется разностью энергий атомных состояний

А)

В)

С)

D)

E)

18. Поглощение атомами энергии фотона характеризуется:

А) отдельными линиями в спектре, отражающими чисто электронные переходы;

В) электронной структурой биологический важных молекул;

С) механизмами действия оптического излучения на биологические системы;

D)механизмами хемилюминесценции, обусловленной процессами превращения энергии;

Е) переходом с одного энергетического уровня в другой.

Лабораторная работа № 5 применение спектрофотометрических методов для исследования биологических жидкостей

Цель занятия: Ознакомиться с устройством, принципом работы и методикой обращения с фотоэлектроколориметром ФЭК, изучить методику работы по исследованию жидкостей.

Краткая теория

Любое медико - биологическое исследование связано с получением и регистрацией соответствующей информации. Это может быть регистрация биологических потенциалов, регистрация неэлектрических величин: температура, давление, скорость движения крови в кровеносной системе. Начальным элементом любой технической системы, воспринимающей информацию, является датчик.

Существуют датчики генераторные и параметрические. Генераторные датчики - это такие преобразователи, которые под действием измеряемого сигнала непосредственно генерируют напряжение или ток К таким датчикам относятся пъезоэлектрические датчики и т. д. Параметрические датчики - это датчики, в которых под действием измеряемого сигнала изменяется какой-нибудь параметр в электрической цепи. К таковым относятся: ёмкостные, реостатные, индуктивные датчики. Итак, датчики -- это устройство съёма информации, реагирующее своим чувствительным элементом на воздействие измеряемой величины, а так же осуществляющей преобразование этого воздействия в форму удобную для последующего усиления, регистрации, обработок и Т.д.

Тип и конструкция датчика зависит от вида необходимого преобразователя, т. е. определяется конкретными физическими представлениями входного неэлектрического сигнала и выходного электрического сигнала, а так же зависит от условий работы датчика.

Входными неэлектрическими величинами датчиков могут быть механические величины (линейные и угловые перемещения, скорость, ускорение, давление, частота колебаний и т.д.), физические (температура, освещенность, влажность), химические (концентрация, состав вещества), непосредственно физиологические (наполнение тканей кровью, сокращение мышц).

Выходными электрическими величинами обычно служат: ток, напряжение, сопротивление, полное сопротивление (импеданс), частота или фаза переменного тока или импульсивных сигналов.

Датчики медико-биологической информации можно разделить на две группы: биоуправляемые и энергетические. К биоуправляемым можно отнести генераторные и параметрические датчики, о которых говорилось выше. Энергетические датчики в отличие от биоуправляемых, воздействуя на органы и ткани нуждаются в дополнительном источнике энергии для воздействия на объект. Из датчиков такого типа можно указать к примеру фотоэлектрические и ультразвуковые датчики. Каждый датчик характеризуется определёнными метрологическими показателями.

Важнейшими из них являются:

1. Чувствительность - минимальное изменение снимаемого параметра, которое можно устойчиво обнаружить с помощью данного преобразования.

2. Динамический диапазон - диапазон входных величин, измерение которых производится без заметных искажений от максимальной предельной величины до минимальной ограниченной порогом чувствительности или уровнем помех.

3. Погрешность - максимальная разность между получаемой и номинальной выходными величинами.

4. Время реакции - минимальный промежуток времени, в течение

которого происходит установка выходной величины на уровень, соответствующей изменённому уровню входной величины.

Рассмотрим устройство и принцип действия датчиков некоторых систем.

Регистрация биоэлектрических сигналов

Биоэлектрические сигналы, характеризующие функциональную активность различных схем и органов человека, являются слаботочными и занимают область низких и инфранизких частот. Например: ЭКГ - 0,5-400 Гц, ЭЭГ - 1-1000 Гц. Амплитуды колебаний довольно малы: ЭКГ -0,1-5 мВ, ЭЭГ -0,01-0,5мВ. В связи с этим обстоятельством важнейшим требованием, предъявляемым к различным электродам является требование минимума потерь полезного сигнала, особенно на переходном сопротивлении электрод - кожа, которое следует уменьшать до минимума. Величина сопротивления при этом зависит от типа металла, из которого изготовлен электрод, свойств кожи, площади её сопротивления с электродом и проходящей среды в металле между ними. Переходное сопротивление между чистой и сухой кожей и электродом измеряется сотнями кОм. В последнее время применяют специальные проводящие электронные пасты, которые дают лучший результат, чем прокладка от марли. Переходное сопротивление уменьшается также с увеличением количества информации, которую несёт снимаемый сигнал. С увеличением площади электрода, падает помехозащитность электродов. При прохождении тока в цепи этот потенциал изменяется вследствие гальванической поляризации электродов. Она может быть уменьшена подбором материалов электродов и подбором соответствующих пластин. В качестве электродов, подвергающихся малой поляризации применяются электроды, изготовленные из золота, серебра, платины, палладия, нержавеющей стали, сплава с иридием, других металлов.

Биоуправляемые датчики

Биоуправляемые датчики изменяют свои характеристики непосредственно под влиянием медико- биологической информации, поступающей от объекта измерения. Этот вид датчиков подразделяется на активные (генераторные) и пассивные (параметрические).

В активных датчиках измеряемый параметр непосредственно преобразуется в электрический сигнал, т. е. под воздействием измеряемой величины активные датчики сами генерируют сигнал, соответствующей амплитуды и частоты. К таким датчикам относятся пьезоэлектрические, индуктивные преобразователи, термоэлементы.

В отличии от активных датчиков параметрические или пассивные датчики для получения соответствующего значения выходного напряжения или тока включаются в электрическую цепь с внешним источником питания.

К таким датчикам относятся: ёмкостные, резистивные, контактные.

Датчики температуры тела

Для измерения температуры человеческого тела в качестве датчиков используются проволочные и полупроводниковые терморезисторы и термоэлементы. В основу работы проволочных и полупроводниковых резисторных датчиков положено их свойство изменять сопротивление при изменении температуры.

Основным требованием к материалам, используемым при конструировании термодатчиков, является необходимость обеспечения наибольшего постоянного температурного коэффициента при возможном большем удельном сопротивлении. Сопротивление полупроводникового резистора от температуры определяется зависимостью

где, А и В коэффициенты, зависящие от размеров и материала сопротивления, вернее . термосопртивления; Т-температура термосопртивления по Кельвину.

Значение температурного коэффициента полупроводников сильно зависит от температуры Z= - B/T²

Допускаемая погрешность при измерении температуры человеческого тела + - О, 1 С.

Среди характеристик, определяющих качество датчиков температуры необходимо выделить:

а) линейность зависимости сопротивления от температуры. Датчик считается линейным, если любое изменение температуры на величину Т дает всегда строго пропорциональное изменение параметра датчика (для терморезистора - сопротивления).

б) время реакции. Время реакции характеризует свойства датчиков, оно равно промежутку времени необходимому для измерения сопротивления одного установившегося значения, соответствующего иной температуре если изменение температуры от Т^О₁ и до Т^О₂ происходило скачкообразно. Время реакции зависит от типа датчика, от его конструктивного выполнения, теплопроводимости его оболочек, массы, температурной разницы и т.д.

Минимальное время реакции имеют термисторы, на основе которых выполнены большинство датчиков для одномоментного измерения температуры.

в) стабильность параметров во времени, т.е. стабильность сопротивления датчика при термостатировании ( при постойной температуре датчика).

Электротермометр

Электротермометр состоит из указателя, по шкале которого производится расчет измеряемой температуры и набор датчиков, формы и размеры которых соответствуют определенному функциональному назначению. Оправы всех датчиков, входящих в комплект прибора, сконструированы с учетом наилучшей теплоотдачи от контактирующей среды к терморезистору, применительно к каждому виду измерений. Датчики, входящие в комплект прибора, имеют следующие назначения:

- датчик кожный, для измерения температуры в различных точках кожного покрова;

- датчик подмышечный, для измерения температуры в подмышечной впадине;

- датчик желудочный, для измерения температуры в полости желудка;

- датчик стержневой, для кратковременного замера температуры в различных точках кожного покрова, и совместно с иглой внутримышечной для измерения температуры внутри тканей тела;

- датчик сердечный, для измерения температуры в венах, артериях и полостях сердца.

Зарядное устройство, входящее в комплект прибора, служит для зарядки аккумулятора батареи. Все датчики и зарядное устройство присоединяются к указателю с помощью штепсельного разъёма.

Фотодатчики, применяемые в медицине.

Фотодатчики относятся к биоуправляемым параметрическим датчикам и биоуправляемым генераторным датчикам. К биоуправляемым генераторным датчикам относятся такие датчики, в которых под действием измеряемого сигнала в фотоэлементе генерируется электродвижущая сила.

В основе устройства параметрических фотодатчиков лежат законы фотоэффекта.

В основе устройства параметрических фотодатчиков лежат законы изменения проводимости фотосопротивления ( фотоэлемент с внутренним фотоэффектом) от величины падающего светового потока. Такие фотоэлементы часто называют фоторезисторами. В последнее время получают всё большее распространение фотодиоды и фототранзисторы. Все фотоэлектрические датчики реагируют на изменение светового потока. Но косвенно они могут применяться для преобразования в электрические сигналы самых разнообразных неэлектрических величин: перемещений, изменения скорости,. температуры, эффективности дыхательного процесса. Контроль за эффективностью дыхательного процесса осуществляется путем фотометрического измерения процентного содержания оксигемоглобина в периферической артериальной крови. Метод основан на отличии спектральных характеристик поглощения света восстановленным гемоглобином и оксигемоглобином. При длине световой волны 620 - 680 мкм коэффициент поглощения для гемоглобина в несколько раз выше, чем для оксигемоглобина. Датчики для такого измерения выполнены в виде клипсы и надеваются на мочку уха таким образом, что с одной стороны её располагается лампочка- осветитель, со светофильтром, а с другой стороны её располагается фотосопротивление. При изменении светового потока падающего на фотосопротивление будет изменятся величина этого сопротивления, а следовательно и ток протекающий через него. Изменение светового потока с длиной 650 мкм может быть вызвано изменением степени поглощения света за счет изменения толщины ткани, вариаций её кровенаполнения и содержания оксигемоглобина в крови. Так как кровенаполнение изменяется в такт с сокращениями сердца, то по величине пропускаемого светового потока, изменяющего в такт сердцебиению, можно судить о частоте и интенсивного пульса. Фотодатчики пульса обычно крепятся на мочке уха или на ногтевой фаланге пальца рук

Фотоэлектроколориметр

Фотоэлектроколориметр служит для измерения в отдельных участках диапазона длин волн 315-980 нм, выделяемых светофильтрами, коэффициента пропускания Т и оптической плотности D жидкостных растворов и твердых тел, а также определения концентрации веществ в растворах методом построения градировочных графиков. Колориметр применяется на предприятиях водоснабжения, в металлургической, химической, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве, в медицине и других областях народного хозяйства.

Рис.1 Принципиальная схема спектрофотометра

Спектрофотометр состоит из следующих блоков:

Источника света (И), Монохроматора (М), Измерительной кюветы (К1),

Кюветы сравнения (К2), Фотоприемника (Ф), Регистратора (Р).

Рис.2 Конструкция спектрофотометра.

Обозначения:

МХ – монохроматор с указателеи длин волн(УДВ) и измерительным прибором (ИП);соо

Осв –осветитель с источником излучения;

К – кюветное отделение;

ФЭ – камера с фотоэлементами и электронной схемой.

1. рукоятка установки длин волн,

2. рукоятка раскрытия щели;

3. рукоятка перемещения каретки с образцами;

4. рукоятка «нуль» установки нулевого значения на ИП при закрытой шторке.

При прохождении через вещество свет поглощается.Согласно закона Бугера-Ламберта – Бера интенсивность светового потока Ф, прошедшего через слой вещества толщиной d и интенсивность Ф_о, падающего на него, связаны соотношением: где έ –молярный коэффициент поглощения при длине волны λ,

С – концентрация раствора,

d – толщина слоя вещества.

Принцип измерения коэффициента пропускания состоит в том, что на фотоприёмник направляются поочерёдно световые потоки полный Ф_о и прошедший через исследуемую среду Ф и определяется отношение этих потоков.

Коэффицент пропускания Т –это отношение потоков прошедшего и падающего света.

Оптическая плотность определяется по формуле

Ход работы

1. Изучить устройство прибора по инструкции.

2. В соответствии с инструкцией прибора подготовить ФЭК к работе и включить его.

3. Освоить методику измерения коэффициента пропускания Т и оптической

плотности D.

4. Градировка ФЭКа :

Измерить коэффициент пропускания и оптическую плотность растворов с известной концентрацией и растворов с неизвестной концентрацией. Данные занести в таблицу 1.

Таблица1 Запись результатов измерений при определении концентрации раствора с помощью ФЭК

С,%	1%	2%	3%	4%	5%	6%	Х %
Т%
D