114. Спектроскопы, спектрографы, монохроматоры, спектро фотометры и их применение в медицине.

Спектральные приборы служат для разложения по частотам (или по длинам волн) электромагнитного излучения оптического диапазона.

Любой спектральный прибор имеет входной коллиматор, диспергирующий элемент и выходной коллиматор (регистрирующую камеру). Узкая входная щель S, освещенная исследуемым излучением, устанавливается в фокусе объектива О₁, который образует параллельный пучок спектрального неразложенного излучения и направляет его на диспергирующий элемент D. Последний преобразует этот пучок в систему параллельных монохроматических пучков, выходящих из элемента под разными углами , зависящими от длины волны излучения .

Камерный объектив О₂ создает на экране Е, расположенном в его фокальной плоскости, совок-ть монохроматических изображений входной щели S. В итоге получается пространств. разложение излучения в спектр.

Спектральные приборы различаются по способу регистрации спектра (визуальные, фотографические, фотоэлектрические), по способу спектрального разложения излучения (призменные, дифракционные, интерференционные), по области спектра, в которой они применяются (для инфракрасной, видимой, ультрафиолетовой областей), по назначению (для эмиссионного анализа, исследования комбинационного рассеяния и др.).

Приборы для визуального наблюдения спектров называются спектроскопами. Они используются в видимой (380-760 нм) области в соответствии со спектральной чувствительностью глаза. Приборы с фотографической регистрацией спектров – спектрографы – применяются в видимой и ультрафиолетовой областях в соответствии с чувствительностью фотоматериалов. Приборы с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками излучения, называемые спектрометрами или спектрофотометрами, позволяют анализировать излучение от ультрафиолетовой до далекой инфракрасной области.

Основные характеристики спектральных приборов – угловая и линейная дисперсии, разрешающая способность (или разрешающая сила) и дисперсионная область.

D_угл = d/d, где d - угол между лучами с длинами волн  и  + d. Дисперсия характеризует степень изменения угла отклонения светового пучка, выходящего из прибора, при изменении длины волны.

R = / d_min, где d_min – наименьшая разность длин волн – предел разрешения – двух спектральных линий, которые могут быть разрешены прибором;  - длина волны, соответствующая центру провала интенсивности в суммарном спектре.

В спектральных приборах в качестве дисперсионных элементов часто используются или дифракционные решетки или призмы. В зависимости от требуемой спектральной области применяют призмы из след. материалов: для ультрафиолетовой области – из кварца, для видимой области – из стекла, для ИК области – из NaCl, LiF, KBr.

115. Люминесценция, ее виды. Характеристики люминесценции (спектр, длительность, квантовый выход). Законы Вавилова и Стокса.

По Вавилову С. И.: Люминесценция есть свечение вещества, являющееся избыточным над тепловым излучением этого вещества при данной температуре и имеющее длительность, значительно превышающую период излучаемых световых волн.

По способу возбуждения молекулы люминесценцию различают:

1. Люминесценция, вызванная заряженными частицами: ионолюминесценция - ионами; катодолюминесценция - электронами; радиолюминесценция - ядерным излучением.

2. Люм-я, вызванная квантами рентгеновского излучения – рентгенолюминесценция; оптического излучения - фотолюминесценция.

3. Люминесценция, вызванная электрическим полем - электролюминесценция.

4. Люминесценция, сопровождающая химическую реакцию, называется хемилюминесценцией. К ней относится биолюминесценция - видимое свечение организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности.

По внутриатомным процессам различают люминесценцию:

а) спонтанную; б) вынужденную; в) рекомбинационную.

При спонтанной люминесценции излучение происходит непосредственно вслед за возбуждением. Некоторые энергетические уровни молекулы или атома могут быть метастабильными, т.е. вероятность переходов электронов с этих уровней на любые уровни с меньшей энергии очень мала. Атом или молекула может достаточно долго находится в таком электронно-возбужденном состоянии. Переход с метастабильного на основной уровень может быть ускорен путем внешнего энергетического воздействия на атом или молекулу. Вызванное при этом излучение называется вынужденным, а само явление вынужденной люминесценцией. Рекомбинационной называется люминесценция, происходящая в результате рекомбинационных процессов.

Фотолюминесценция делится на флуоресценцию (кратковременное послесвечение) и фосфоресценцию (сравнительно длительное послесвечение).

Спектр люминесценции в целом и его максимум всегда оказывается в области более длинных волн по сравнению со спектром поглощенного излучения, способного вызвать эту люминесценцию. Это правило называется правилом Стокса.

Энергия падающего фотона h₀ расходуется на излучение (h₁) и безизлучательные процессы (A) внутри вещества: h₀ = h₁ + A

Энергетический выход В_Э люминесценции - отношение энергии люминесценции W_Л к поглощенной энергии Wп: В_Э ;

Квантовый выход B_К люминесценции - отношение числа квантов N_Л, излученных веществом, к числу N_П поглощенных квантов: .

Свечение, сопровождающее химические реакции, называется хемилюминесценцией.

Биолюминесценция - это свечение живых организмов, видимое простым глазом. Способностью к биолюминесценции обладают организмы, принадлежащие к самым разным систематическим группам: бактериям, грибам, моллюскам, насекомым.