Физические процессы, происходящие в тканях организма под воздействием постоянного тока. 
Гальванизация и электрофорез. 
Блок-схема аппарата

Гальванизация — применение постоянного непрерывного электрического тока низкого напряжения (30−80В) и небольшой силы (до 50 мА), подводимого к телу больного через контактно наложенные электроды, с лечебной целью. Под действием постоянного тока в тканях протекают следующие процессы:

перемещаются заряженные частицы, в основном ионы тканевых электролитов: положительно заряженные ионы движутся к катоду, отрицательно заряженные — к аноду. В результате обычная концентрация ионов меняется. В клетках изменяется протекание биофизических, электрохимических и биохимических процессов. Вследствие изменяющегося состава и концентрации катионов уменьшается возбудимость тканей под анодом и возрастает их возбудимость под катодом. При пропускании через живые ткани сразу же после наложения разности потенциалов сила тока начинает непрерывно падать и устанавливается на низком уровне. Это обусловлено поляризацией. Т. е. различного рода полупроницаемые мембраны, содержащиеся в тканях, имеют большое удельное сопротивление, и при прохождении постоянного тока по обе стороны этих мембран накапливаются противоположно заряженные ионы. Между такими скоплениями ионов возникает внутритканевый поляризационный ток обратного направления, создающий дополнительное сопротивление действующему току. Кроме того, на такие участки внутри тканей ток действует наиболее активно.

Лекарственный электрофорез — сложный лечебный комплекс сочетанного влияния на организм постоянного тока и частиц лекарственных веществ, введенных через неповрежденную кожу или слизистые оболочки. Лечебное действие электрофореза основано на взаимодействии тока с тканями и на специальных реакциях организма, сочетанного с фармакологическим действием лекарственного вещества. Наряду с увеличением ионной концентрации и повышенной активности ионов в проводящих тканях увеличивается количество несвязанных форм биологически активных веществ: ферментов, гормонов. витаминов, медиаторов. Изменения, возникающие в организме под влиянием постоянного тока, создают фон, благодаря которому действие вводимых лекарственных средств имеет преимущества:

• — в ионной форме лекарства проявляют максимальную активность
• — возможно создание кожного депо ионов, с их последующим медленным поступлением в организм
• — возможно создание макс. концентрации лекарственного вещества непосредственно в пат. очаге.

Для проведения процедур гальванизации и лечебного электрофореза необходим источник постоянного напряжения (40 — 60 В), снабженный потенциометром для регулировки силы тока при различных процедурах и измерительным прибором. В качестве такого источника, как правило, используется электронно-ламповый или полупроводниковый выпрямитель переменного тока осветительной сети. Например, аппарат АГН-2 содержит трансформатор 3, выпрямитель 4 на двух диодах, сглаживающий фильтр из двух резисторов 6 и трех конденсаторов 5, регулировочный потенциометр 7 и миллиамперметр 8 с шунтом 9 и переключателем 10 для измерения тока в цепи больного. К выходным клеммам 11 присоединяются провода от электродов, накладываемых на больного. Переключатель 2 позволяет подключить аппарат к напряжению 127 или 220 В. Лампочка 12 сигнализирует включенное состояние аппарата.

Трансформатор в аппарате для гальванизации дает напряжение, необходимое для работы выпрямителя, кроме того, его наличие обязательно для безопасности больного. Индуктивная связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора исключает возможность непосредственного соединения между цепью, содержащей электроды, наложенные на тело больного, и сетью переменного напряжения, к которой подключен аппарат.

Эволюция представлений о строении атомов.

Открытие сложного строения атома — важнейший этап становления современной физики. В процессе создания количественной теории строения атома, позволившей объяснить атомные системы, были сформированы новые представления о свойствах микрочастиц, которые описываются квантовой механикой.

Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах веществ, как уже отмечалось выше, возникло еще в античные времена (Демокрит, Эпикур, Лукреций). В средние века учение об атомах, будучи материалистическим, не получило признания. К началу XVIII в. атомистическая теория приобретает все большую популярность. К этому времени работами французского химика А. Лавуазье (1743−1794), великого русского ученого М. В. Ломоносова и английского химика и физика Д. Дальтона (1766−1844) была доказана реальность существования атомов. Однако в это время вопрос о внутреннем строении атомов даже не возникал, так как атомы считались неделимыми.

Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Д. И. Менделеев, разработавший в 1869 г. периодическую систему элементов, в которой впервые на научной основе был поставлен вопрос о единой природе атомов. Во второй половине XIX в. было экспериментально доказано, что электрон является одной из основных частей любого вещества. Эти выводы, а также многочисленные экспериментальные данные привели к тому, что в начале XX в. серьезно встал вопрос о строении атома.

Существование закономерной связи между всеми химическими элементами, ярко выраженное в периодической системе Менделеева, наталкивает на мысль о том, что в основе строения всех атомов лежит общее свойство: все они находятся в близком родстве друг с другом.

Однако до конца XIX в. в химии господствовало метафизическое убеждение, что атом есть наименьшая частица простого вещества, последний предел делимости материи. При всех химических превращениях разрушаются и вновь создаются только молекулы, атомы же остаются неизменными и не могут дробиться на более мелкие части.

Различные предположения о строении атома долгое время не подтверждались какими-либо экспериментальными данными. Лишь в конце XIX в. были сделаны открытия, показавшие сложность строения атома и возможность превращения при определенных условиях одних атомов в другие. На основе этих открытий начало быстро развиваться учение о строении атома.

Первые косвенные подтверждения о сложной структуре атомов были получены при изучении катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно разреженных газах. Изучение свойств этих лучей привело к заключению, что они представляют собой поток мельчайших частиц, несущих отрицательный электрический заряд и летящих со скоростью, близкой к скорости света. Особыми приемами удалось определить массу катодных частиц и величину их заряда, выяснить, что они не зависят ни от природы газа, остающегося в трубке, ни от вещества, из которого сделаны электроды, ни от прочих условий опыта. Кроме того, катодные частицы известны только в заряженном состоянии и не могут быть лишены своих зарядов и превращены в электронейтральные частицы: электрический заряд составляет сущность их природы. Эти частицы, получившие название электронов, были открыты в 1897 г. английским физиком Дж. Томсоном.

Изучение строения атома практически началось в 1897—1898 гг., после того как была окончательно установлена природа катодных лучей как потока электронов и были определены величина заряда и масса электрона. Томсон предложил первую модель атома, представив атом как сгусток материи, обладающий положительным электрическим зарядом, в который вкраплено столько электронов, что превращает его в электрически нейтральное образование. В этой модели предполагалось, что под влиянием внешних воздействий электроны могли совершать колебания, т. е. двигаться ускоренно. Казалось бы, это позволяло ответить на вопросы об излучении света атомами вещества и гамма-лучей атомами радиоактивных веществ.

Положительно заряженных частиц внутри атома модель атома Томсона не предполагала. Но как же тогда объяснить испускание положительно заряженных альфа-частиц радиоактивными веществами? Модель атома Томсона не давала ответа и на некоторые другие вопросы.

В 1911 г. английским физиком Э. Резерфордом при исследовании движения альфа-частиц в газах и других веществах была обнаружена положительно заряженная часть атома. Дальнейшие более тщательные исследования показали, что при прохождении пучка параллельных лучей сквозь слои газа или тонкую металлическую пластинку выходят уже не параллельные лучи, а несколько расходящиеся: происходит рассеяние альфа-частиц, т. е. отклонение их от первоначального пути. Углы отклонения невелики, но всегда имеется небольшое число частиц (примерно одна из нескольких тысяч), которые отклоняются очень сильно. Некоторые частицы отбрасываются назад, как если бы на пути встретилась непроницаемая преграда. Это не электроны — их масса гораздо меньше массы альфа-частиц. Отклонение может происходить при столкновении с положительными частицами, масса которых того же порядка, что и масса альфа-частиц. Исходя из этих соображений, Резерфорд предложил следующую схему строения атома.

В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по разным орбитам вращаются электроны. Возникающая при их вращении центробежная сила уравновешивается притяжением между ядром и электронами, вследствие чего они остаются на определенных расстояниях от ядра. Поскольку масса электрона ничтожна мала, то почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. На долю ядра и электронов, число которых сравнительно невелико, приходится лишь ничтожная часть всего пространства, занятого атомной системой.

Предложенная Резерфордом схема строения атома или, как обыкновенно говорят, планетарная модель атома, легко объясняет явления отклонения альфа-частиц. Действительно, размеры ядра и электронов чрезвычайно малы по сравнению с размерами всего атома, которые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра электронов, поэтому большинство альфа-частиц пролетает через атомы без заметного отклонения. Только в тех случаях, когда альфа-частица очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути. Таким образом, изучение рассеяния альфа-частиц положило начало ядерной теории атома.

Модель Бора Представьте, что электроны в атоме движутся по определенным электронным орбитам — по аналогии с движениями планет Солнечной системы. Каждая планета движется по своей орбите, так и электроны вращаются вокруг ядра атома. Каждая такая орбита для электрона получила название «уровень энергии». Энергия электронов в атоме может изменяться только скачкообразно. Т. е. электрон может перескакивать с одной орбиты на другую и обратно (но не может занимать положение между орбитами). Говорят, что энергетические состояния электронов в атоме квантованы.

Энергия электрона зависит от радиуса его орбиты. Минимальная энергия у электрона, который находится на ближайшей к ядру орбите. При поглощении кванта энергии электрон переходит на орбиту с более высокой энергией (возбужденное состояние). И наоборот, при переходе с высокого энергетического уровня на более низкий — электрон отдает (излучает) квант энергии.

Кроме того, Бор указал, что разные энергетические уровни содержат разное количество электронов: первый уровень — до 2 электронов; второй уровень — до 8 электронов…

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн.

Этот постулат находится в противоречии с классической теорией. В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь дискретные квантовые значения момента импульса.

Второй постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией

h = En — Em.

равной разности энергий соответствующих стационарных состояний (Еn и Еm — соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения/поглощения).

Переходу электрона со стационарной орбиты под номером m на стационарную орбиту под номером n соответствует переход атома из состояния с энергией Еm в состояние с энергией Еn.

При Еn > Еm происходит излучение фотона (переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, т. е. переход электрона с более удаленной от ядра орбиты на более близлежащую), при Еn < Еm — его поглощение (переход атома в состояние с большей энергией, т. е, переход электрона на более удаленную от ядра орбиту). Набор возможных дискретных частот.

квантовых переходов и определяет линейчатый спектр атома.

Квантовые числа электронов

Главное квантовое число n определяет общую энергию электрона на данной орбитали. Оно может принимать любые целые значения, начиная с единицы (n = 1,2,3, …). Под главным квантовым числом, равным ?, подразумевают, что электрону сообщена энергия, достаточная для его полного отделения от ядра (ионизация атома).

Существование различий в энергетическом состоянии электронов, принадлежащих к различным подуровням данного энергетического уровня, отражается побочным (иногда его называют орбитальным) квантовым числом l. Это квантовое число может принимать целочисленные значения от 0 до n — 1 (l = 0,1, …, n — 1). Обычно численные значения l принято обозначать следующими буквенными символами:

Значение l 0 1 2 3 4.

Буквенное обозначение s p d f g.

Орбиталь — совокупность положений электрона в атоме, т. е. область пространства, в которой наиболее вероятно нахождение электрона.

Побочное (орбитальное) квантовое число l характеризует различное энергетическое состояние электронов на данном уровне, определяет форму электронного облака, а также орбитальный момент р — момент импульса электрона при его вращении вокруг ядра (отсюда и второе название этого квантового числа — орбитальное).

Движение электрона по замкнутой орбите вызывает появление магнитного поля. Состояние электрона, обусловленное орбитальным магнитным моментом электрона (в результате его движения по орбите), характеризуется третьим квантовым числом — магнитным m₁. Это квантовое число характеризует ориентацию орбитали в пространстве, выражая проекцию орбитального момента импульса на направление магнитного поля.

Соответственно ориентации орбитали относительно направления вектора напряженности внешнего магнитного поля, магнитное квантовое число m₁ может принимать значения любых целых чисел, как положительных, так и отрицательных, отl до +l, включая 0, т. е. всего (2l + 1) значений.

Таким образом, m₁ характеризует величину проекции вектора орбитального момента количества движения на выделенное направление. Например, р-орбиталь («гантель») в магнитном поле может ориентироваться в пространстве в трех различных положениях, так как в случае l = 1 магнитное квантовое число может иметь три значения: -1, 0, +1. Поэтому электронные облака вытянуты по осям х, y и z, причем ось каждого из них перпендикулярна двум другим .

Для объяснения всех свойств атома в 1925 г. была выдвинута гипотеза о наличии у электрона так называемого спина (сначала — для наглядности — считалось, что это явление аналогично вращению Земли вокруг своей оси при движении ее по орбите вокруг Солнца). На самом деле, спин — это чисто квантовое свойство электрона, не имеющее классических аналогов. Строго говоря, спин — это собственный момент импульса электрона, не связанный с движением в пространстве. Для всех электронов абсолютное значение спина всегда равно s = ½. Проекция спина на ось = (магнитное спиновое число m_s) может иметь лишь два значения: m_s = ½ или m_s = -½ .

Поскольку спин электрона s является величиной постоянной, его обычно не включают в набор квантовых чисел, характеризующих движение электрона в атоме, и говорят о четырех квантовых числах.

Примнцип Памули

в пределах одной квантовой системы в данном квантовом состоянии может находиться только одна частица, состояние другой должно отличаться хотя бы одним квантовым числом.

Лазер — устройство, генерирующее когерентные электромагнитные волны за счет вынужденного излучения микрочастиц среды, в котором создана высокая степень возбуждения одного из энергетических уровней.

Л.А.З.Е.Р. — с англ. усиление света с помощью вынужденного излучения.

Оптический квантовый генератор, превращает энергию накачки в энергию когерентного монохроматического поляризованного узкого направления. Эйнштейн ввел понятие вынужденного излучения. В1939 г. к выводу о возможности усиления света при прохождении через вещество пришел русский ученый Фабрикант.

Условия для работы. Принцип.

— вынужденное излучение. При взаимодействии фотона с возбужденной молекулой происходит усиление света. Число вынужденных переходов зависит от числа падающих в секунду фотонов и числа возбужденных электронов.

— инверсная населенность энергетических уровней — состояние, когда на более высоком энергетическом уровне находится больше частиц, чем на более низком. Активная среда — среда, приведенная в состояние инверсной населенности. Создать ИН можно только выведя из состояния ТД равновесия (методы накачки).

• 1) оптическая накачка прозрачных активных сред использует импульсы света от внешнего источника.
• 2) электроразрядная накачка газовых активных сред использует электрический заряд.
• 3) инжекционная накачка полупроводниковых активных сред использует эл. ток.
• 4) химическая накачка активной среды из смеси газов использует энергию хим. реакций между компонентами смеси.

Устройство лазера:

рабочее тело — среда, которая внешним воздействием приводится в активное состояние система накачки — устройство для приведения рабочего тела в активное состояние оптический резонатор — два плоских зеркала, обращенных друг к другу. За счет многократного отражения происходит лавинообразное излучение фотонов. Когда интенсивность достигает определенной величины, начинается генерация лазерного излучения.

Особенности лазерного излучения:

высокая монохроматичность.

когерентность — постоянство разности фаз фотонов высокая интенсивность до 1014−1016 Вт/кВ.см.

коллимированность поляризованность — ЛИ только в одной плоскости.

высокая мощность до 10 (в 5 ст) Вт.

Рубиновый лазер.

Рабочее тело — окись Al + 0,05% окись хрома, система накачки — оптическая, длина волны = 694,3 нм. Al имеет 2 энергетических уровня (основной и возбужденный). Т = 10 (в -8 ст) с. Хром имеет 3 энерг. уровня (основной, возбужденный, промежуточный), Т = 10 (в -3ст) с. Al передает свою энергию атомам хрома, помогает возбуждаться. Хром — активная среда.

Гелий-неоновый лазер.

Рабочее тело — смесь газов гелия и неона в соотношении 10: 1. Давление 150 Па. Атомы неона — излучающие, гелия — вспомогательные. Система накачки — эл. разряд. Длина волны = 632,8 нм.

Использование лазерного излучения в медицине Воздействие низкоинтенсивного лазерного излучения на биологические ткани зависит от активизации биохимических реакций, индуцированной ла-зерным светом, а также от физических параметров излучения. Под влияни-ем НИЛИ атомы и молекулы биологических тканей переходят в возбужденное состояние, активнее участвуют в физических и физико-химических взаимо-действиях. Поглощение энергии приводит к резкому увеличению внутриклеточной кон-центрации Са²⁺ и стимуляции кальцийзависимых процессов: ускорение течения внутриклеточных биохимических реакций свободнорадикального типа, увеличе-ние содержания свободных, не связанных с белками и кристаллизационной водой форм биологически активных молекул, активация накопления и высвобождения АТФ.

Процессы, характеризующие взаимодействие лазерного излучения (ЛИ) с биообъектами, можно разделить на 3 группы:

• * невозмущающее воздействие (не оказывающее заметного действия на биообъект);
• * фотохимическое действие (возбужденная лазером частица либо сама принимает участие в соответствующих химических реакциях, либо передает свое возбуждение другой частице, участвующей в химической реакции);
• * фоторазрушение (за счет выделения тепла или ударных волн).

Лазерная диагностика Лазерная диагностика представляет собой невозмущающее воздействие на биообъект, использующее когерентность лазерного излучения. Перечислим основные методы диагностики.

Голография. С помощью лазерного излучения получают 3-мерное изображение объекта. В медицине этот метод позволяет получать объемные изображения внутренних полостей желудка, глаза и т. д.

Эффект Доплера. Этот метод основан на измерении доплеровского сдвига частоты ЛИ, который возникает при отражении света даже от медленно движущихся частиц (метод аненометрии). Таким способом измеряется скорость кровотока в сосудах, подвижность бактерий и т. д.

Лазерный анализ крови. Лазерный луч, пропускаемый через узкий кварцевый капилляр, по которому прокачивается специально обработанная кровь, вызывает флуоресценцию ее клеток. Флуоресцентное свечение затем улавливается чувствительным датчиком. Это свечение специфично для каждого типа клеток, проходящих поодиночке через сечение лазерного луча. Подсчитывается общее число клеток в заданном объеме крови. Определяются точные количественные показатели по каждому типу клеток.

Использование лазерного излучения в терапии В терапии используются низкоинтенсивные лазеры (интенсивность 0,1−10 Вт/см²). Низкоинтенсивное излучение не вызывает заметного деструктивного действия на ткани непосредственно во время облучения. В видимой и ультрафиолетовой областях спектра эффекты облучения обусловлены фотохимическими реакциями и не отличаются от эффектов, вызываемых монохроматическим светом, полученным от обычных некогерентных источников. В этих случаях лазеры являются просто удобными монохроматическими источниками света, обеспечивающими точную локализацию и дозировку воздействия. В качестве примера на рис. 31.8 приведена схема использования источника лазерного излучения для внутрисосудистого облучения крови у больных с сердечной недостаточностью.

Ниже указаны наиболее распространенные методы лазеротерапии.

Терапия с помощью красного света. Излучение Не-Ne лазера с длиной волны 632,8 нм используется с противовоспалительной целью для лечения ран, язв, ишемической болезни сердца. Лечебный эффект связан с влиянием света этой длины волны на пролиферативную активность клетки. Свет выступает в роли регулятора клеточного метаболизма.

Терапия с помощью синего света. Лазерное излучение с длиной волны в синей области видимого света используется, например, для лечения желтухи новорожденных. Это заболевание — следствие резкого возрастания в организме концентрации билирубина, который имеет максимум поглощения в синей области. Если облучать детей лазерным излучением такого диапазона, то билирубин распадается, образуя водорастворимые продукты.

Лазерофизиотерапия — использование лазерного излучения при сочетании с различными методами электрофизиотерапии. Некоторые лазеры имеют магнитные насадки для сочетанного действия лазерного излучения и магнитного поля — магнитолазеротерапии. К ним относится магнито-инфракрасный лазерный терапевтический аппарат «Мильта».

Эффективность лазеротерапии увеличивается при сочетанном воздействии с лекарственными веществами, предварительно нанесенными на облучаемую зону (лазерофорез).

Фотодинамическая терапия опухолей. Фотодинамическая терапия (ФДТ) используется для удаления опухолей, доступных для облучения светом. ФДТ основана на применении локализующихся в опухолях фотосенсибилизаторов, повышающих чувствительность тканей при их последующем облучении видимым светом. Разрушение опухолей при ФДТ основано на трех эффектах: 1) прямое фотохимическое уничтожение клеток опухоли; 2) повреждение кровеносных сосудов опухоли, приводящее к ишемии и гибели опухоли; 3) возникновение воспалительной реакции, мобилизирующей противоопухолевую иммунную защиту тканей организма.

Для облучения опухолей, содержащих фотосенсибилизаторы, используется лазерное излучение с длиной волны 600−850 нм. В этой области спектра глубина проникновения света в биологические ткани максимальна.

Фотодинамическая терапия применяется при лечении опухолей кожи, внутренних органов: легких, пищевода (при этом к внутренним органам лазерное излучение доставляется с помощью световодов).

Использование лазерного излучения в хирургии В хирургии высокоинтенсивные лазеры используются для рассечения тканей, удаления патологических участков, остановки кровотечения, сваривания биотканей. Выбирая должным образом длину волны излучения, его интенсивность и длительность воздействия, можно получать различные хирургические эффекты. Так, для разрезания биологических тканей используется сфокусированный луч непрерывного СО₂-лазера, имеющего длину волны л = 10,6 мкм, мощность 2×10³ Вт/см².

Применение лазерного луча в хирургии обеспечивает избирательное и контролируемое воздействие. Лазерная хирургия имеет ряд преимуществ:

• * бесконтактность, дающую абсолютную стерильность;
• * селективность, позволяющую выбором длины волны излучения дозированно разрушать патологические ткани, не затрагивая окружающие здоровые ткани;
• * бескровность (за счет коагуляции белков);
• * возможность микрохирургических воздействий, благодаря высокой степени фокусировки луча.

Укажем некоторые области хирургического применения лазеров.

Лазерная сварка тканей. Соединение рассеченных тканей представляет собой необходимый этап многих операций. На рисунке 31.9 показано, как сваривание одного из стволов крупного нерва осуществляется в контактном режиме с использованием припоя, который каплями из пипетки подается по месту лазирования.

Разрушение пигментированных участков. Лазеры, работающие в импульсном режиме, используются для разрушения пигментированных участков. Данный метод (фототермолиз) используется для лечения ангиом, татуировок, склеротических бляшек в кровеносных сосудах и т. п.

Лазерная эндоскопия. Внедрение эндоскопии произвело коренной переворот в оперативной медицине. Чтобы избежать больших открытых операций, лазерное излучение доставляется к месту воздействия с помощью волоконно-оптических световодов, которые позволяют подводить лазерное излучение к биотканям внутренних полых органов. При этом значительно снижается риск инфицирования и возникновения послеоперационных осложнений.

Лазерный пробой. Короткоимпульсные лазеры в сочетании со световодами применяют для удаления бляшек в сосудах, камней в желчном пузыре и почках.

Лазеры в офтальмологии. Использование лазеров в офтальмологии позволяет выполнять бескровные оперативные вмешательства без нарушения целостности глазного яблока. Это операции на стекловидном теле; приваривание отслоившейся сетчатки; лечение глаукомы путем «прокалывания» лазерным лучом отверстий (диаметром 50ч100 мкм) для оттока внутриглазной жидкости. Послойная абляция тканей роговицы применяется при коррекции зрения.

Магнитные свойства тел обусловлены в основном орбитальным движением, а также спином электронов, которые можно рассматривать как некоторые микротоки, образующие собственные микрополя атомов и молекул. Эти микрополя характеризуются соответствующими магнитными моментами. Для электрона с зарядом е на круговой орбите радиуса r при частоте обращения v сила микротока i = е*v, а скорость V = 2 пи rv, тогда орбитальный магнитный момент электрона Pм. о = iS = ev пи r (в кВ). Подставляя v = V/2пи r, получим Рм. о = evr/2.

Магнитный момент электрона, обусловленный спином принимается численно равным Рs = eh/2m, где h — постоянная Планка, а m — масса электрона.

Величину eh/2m = 0,93*10 (в -23ст) Дж/Т, называют магнитоном Бора и принимают за единицу измерения магнитных моментов атомов или молекулы.

Полный магнитный момент электрона = сумме орбитального и собственного моментов. Рм. э = Рм. о +Рs. В атомах или молекулах магнитные моменты отдельных электронов, складываясь геометрически образуют общий магнитный момент атома.

Ямдерный магнимтный резонамнс (ЯМР) — резонансное поглощение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер.

Одни и те же ядра атомов в различных окружениях в молекуле показывают различные сигналы ЯМР. Отличие такого сигнала ЯМР от сигнала стандартного вещества позволяет определить так называемый химический сдвиг, который обусловлен химическим строением изучаемого вещества. В методиках ЯМР есть много возможностей определять химическое строение веществ, конформации молекул, эффекты взаимного влияния, внутримолекулярные превращения.

Прецессия — явление, при котором момент импульса тела меняет своё направление в пространстве под действием момента внешней силы.

Ларморова частота — угловая частота прецессии магнитного момента, помещенного в магнитное поле. Ларморова частота зависит от силы магнитного поля B и гиромагнитного соотношенияг:

или.

При этом в формуле учитывается то магнитное поле, которое действует на месте нахождения частицы. Это магнитное поле состоит из внешнего магнитного поля B_ext и других магнитных полей, которые возникают из-за электронной оболочки или химического окружения.

Ларморова частота протона в магнитном поле силой в 1 Тесла составляет 42 МГц, то есть Ларморова частота находится в диапазоне радиоволн.

Линза — деталь из оптически прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями. Линзы бывают собирающие (+) и рассеивающие (-). Фокус линзы — точка на главной оптической оси, в которой пересекаются после преломления лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси. Оптическая сила линзы — величина, характеризующая степень отклонения линзой проходящих через нее лучей. Чем сильнее отклоняются лучи от первоначального направления, тем большей считается оптическая сила.

Дефекты зрения.

Близорукость (миопия). Если хрусталик излишне выпукл, то оптическая сила глаза превышает норму. В этом случае положение заднего фокуса при ненапряженной кольцевой мышце оказывается перед сетчаткой. Такой глаз не может четко видеть удаленные предметы. Даже при небольшой степени миопии дальний предел аккомодации уменьшается до нескольких десятков см. Ближний предел аккомодации также уменьшается. Для компенсации пользуются рассеивающими линзами.

Дальнозоркость (гиперметропия). Если выпуклость хрусталика недостаточна, то оптическая сила глаза меньше нормы. В этом случае положение заднего фокуса при ненапряженной кольцевой мышце оказывается за сетчаткой. Такой глаз может четко видеть удаленные предметы только при ненапряженной кольцевой мышце. Ближний предел аккомодации при гиперметропии намного больше 25 см. Соответственно возрастает линейный предел разрешения. Для компенсации используют собирающие линзы.

Астигматизм — недостаток светопроводящего аппарата глаза, обусловленный его симметрией. Для компенсации используют цилиндрические линзы, ассиметрия которых противоположна ассиметрии глаза.

Пресбиопия — возрастное ослабление глаза к аккомодации.

Глаз человека является оптическим прибором. Глазное яблоко имеет приблизительно шаровидную форму с длиной в осевом направлении в среднем 24−25 мм и содержит светопреломляющий и световоспринимающий аппарат глаза.

Глазное яблоко покрыто снаружи плотной белочной оболочкой, или склерой. В передней части склера переходит в твердую прозрачную, несколько более выпуклую роговую оболочку, или роговицу.

Преломляющие среды глаза: роговица, влага передней камеры, хрусталик и стекловидное тело — представляют собой центрированную оптическую систему, для которой может быть указано 6 кардинальных точек. Главная ось ОО-системы проходит через геометрические центры роговицы зрачка и хрусталика. В глазе различается еще и зрительная ось О’О', проходящая через центр хрусталика и желтого пятна и определяющая направление, по которому глаз имеет наивысшую чувствительность. Основное преломление света происходит на внешней поверхности роговицы на границе с воздухом, поэтому роговица имеет наибольшую из всех сред глаза оптическую силу (43 дптр), хрусталик — 18−20 дптр, влага передней камеры и стекловидное тело вместе — 3−5 дптр. Общая оптическая сила глазного яблока (в покое аккомодации) — 63−65 дптр.

Просвет зрачка регулируется ВНС: парасимпатическая суживает, симпатическая расширяет. Аккомодационные рефлексы осуществляются с вегетативного ядра (Якубовича, Эддингера, Вестфаля). Задняя камера глаза — хрусталик. Это линза с переменным диаметром, погруженная в прозрачную капсулу, к ней крепятся мышцы и связки. Когда мышцы расслаблены, связки натянуты, хрусталик плоский, оптическая сила D = 19 дптр. Аккомодационный рефлекс не работает; если ближе чем 1 м, тогда хрусталик становится выпуклым, для этого мышцы укорачиваются, натяжение связок уменьшается, D=33 дптр.

Для оценки преломляющей способности любой оптической системы используют условную единицу — диоптрию, за 1 дптр принята сила линзы с главным фокусным расстоянием в 1 м. Дптр — величина, обратная фокусному расстоянию F.

Для построения изображения предметов на сетчатке и анализа явлений, связанных со зрением, пользуются редуцированным глазом, который рассматривается как однородная сферическая линза. В редуцированном глазу приняты единый усредненный показатель преломления, одна усредненная преломляющая поверхность и одна главная плоскость. Наиболее совершенной моделью является модель Вербитцкого. Имеет радиус передней преломляющей поверхности r 6,8 мм, радиус сферы R = 10,2 мм, и длину по оси 23,4 мм. Показатель преломления n = 1,4. D линзы = 63 дптр. Оптический центр О линзы находится на расстоянии 6,8 мм от вершины передней преломляющей поверхности и главный фокус F на расстоянии 16 мм от оптического центра.

Угол зрения — это угол между лучами, идущими от крайних точек предмета через узловую (оптический центр глаза). Величина изображения на сетчатке прямо пропорциональна углу зрения.

tg (бета) = B/L.

Угловой предел разрешения — это наименьший угол зрения, при котором человеческий глаз еще может различать 2 точки по отдельности (25 см).

В офтальмологии способность глаза к дальней аккомодации характеризуют остротой зрения. Остроту зрения для нормального глаза принимают за единицу. Острота зрения равна отношению минимального углового размера символа, распознаваемого нормальным глазом к угловому размеру символа, распознаваемого пациентом.

65.Сетчатка — это светочувствительный слой, воспринимающий свет и преобразующий его в нервные импульсы. Представляет собой разветвление зрительного нерва с нервными окончаниями в виде палочек и колбочек.

Микроскопически в сетчатке различают слои:

• — пигментный эпителий поглощает и трансформирует лучи света, устраняя их дифференциальное рассеивание внутри глаза.
• — слой палочек и колбочек — 1 нейрон сетчатки. Палочки — правильные цилиндрические образования (120 млн), не воспринимают различия в цвете и мелкие детали, но высокочувствительны к слабому свету в сумерках и ночью. Содержат родопсин. Колбочки имеют форму бутылки (10 млн), содержат йодопсин. Служат для восприятия мелких деталей и различения света. Палочки и колбочки неравномерно распределены. В центральной части сетчатки преобладают колбочки, по краям — палочки.
• — слой биполярных клеток — 2 нейрон сетчатки
• — слой ганглиозных клеток — 3 нейрон сетчатки
• — слой нервных волокон состоит из осевых цилиндрических ганглиозных клеток, которые образуют зрительный нерв.
• — внутренняя пограничная мембрана покрывает все глазное дно и отделяет сетчатку от стекловидного тела.

Физиологическое значение сетчатки определяется ее световоспринимающей и светопроводящей функцией. Трансформация световой энергии осуществляется благодаря сложному фотохимическому процессу, сопровождающемуся распадом фотореагентов с последующем восстановлением при участии витамина, А и др. веществ.

Фоторецепторы самого глубокого слоя сетчатки воспринимают свет и передают импульсы на ганглиозные клетки. Их аксоны проходят по поверхности сетчатки и собираются в пучок у слепого пятна, образуя волокна зрительного нерва. Позади рецепторов находится слой клеток, содержащих черный пигмент меланин, который поглощает свет, прошедший через сетчатку, не давая ему отражаться назад и рассеиваться внутри.

Зрительное ощущение глаза зависит не только от мощности излучения, но и от спектральной чувствительности глаза (коэффициент видности), поэтому вводится величина — световой поток Ф.

Ф = W*V,.

где W — мощность световой энергии, V — коэф. видности.

[Ф] = 1 люмен (Лм).

Люмен — это световой поток, излучаемый точечным источником в телесном угле 1 ср при силе света 1 кд.

Ф = I*?.

Понятие силы света вводится с помощью представления о точечном источнике света. Точечный источник — если его размер мал по сравнению с расстоянием до места наблюдения и если он испускает свет равномерно по всем направлениям.

Телесный угол — это часть пространства, ограниченная конической поверхностью. Величина телесного угла измеряется отношением площади вырезанной этим углом на поверхность сферы (с центром О в вершине этого угла) к квадрату радиуса сферы.

? = S/R (в кВ).

[?] = стерадиан (ср).

Сила света измеряется световым потоком, создаваемым точечным источником света в единичном телесном угле.

I = Ф/ ?

[I] = кандела (кд) Для количественной оценки освещения поверхности вводится понятие освещенности.

Освещенность Е поверхности S — это отношение светового потока, падающего на данную поверхность к величине этой поверхности Е = Ф/S.

[Е] = люкс (лк) Люкс — это освещенность поверхности площадью 1 кв.м. световым потоком в 1 лм, падающим перпендикулярно поверхности.

Люксметр-Ю116 предназначен для измерения освещенности, создаваемой лампами накаливания и естественным светом, источники которого расположены произвольно относительно светоприемника люксметра. Люксметр состоит из измерительного устройства (чувствительный гальванометр) и фотоэлемента с насадками.

Принцип действия основан на явлении фотоэлектрического эффекта (превращение световой энергии в электрическую), который имеет место при попадании света на поверхность фотоэлемента, включенного в замкнутую сеть с электроизмерительным прибором. Величина, возникающая в цепи тока, от которой зависит величина отклонения стрелки прибора, пропорциональна освещенности на рабочей поверхности фотоэлемента. Шкала прибора градуирована в единицах освещенности — люксов.

Освещенность — отношение светового потока, падающего на данную поверхность к величине этой поверхности.

Е = Ф/S.

Для определения необходимого количества светильников по таблице находят удельную мощность (Вт/кВ.м). Умножают ее на площадь помещения и делят на мощность одной лампочки (40 Вт).

• 23. Природа света является двойственной
• — корпускулярная теория света, берущая начало от Ньютона, рассматривает его как поток частиц — квантов света или фотонов. В соответствии с идеей Планка любое излучение происходит дискретно, при чем минимальная порция энергии имеет величину Е=hню, где ню — это частота, соответствующая частоте излучаемого света, а h — это постоянная Планка. Использование представлений о свете как о потоке частиц объясняет явление фотоэффекта и закономерности теории излучения.
• — волновая теория света, берущая начала от Гюйгенса, рассматривает свет как совокупность поперечных монохроматических электромагнитных волн, а наблюдаемые оптические эффекты, как результат сложения (интерференции этих волн). При этом считается, что в отсутствии перехода энергии излучения в другие виды энергии эти волны не влияют друг на друга в том смысле, что вызвавшая в некоторой области пространства интерференционное явление, волна продолжает распространяться дальше без изменения своих характеристик. Использование представлений о свете как о волне, позволяет объяснить явление, связанное с интерференцией и дифракцией.

Поглощение света- это уменьшение интенсивности оптического излучения при прохождении через какую-либо среду за счет взаимодействия с ней, в результате которой световая энергия переходит в другие виды энергии или в оптическое излучение другого спектрального состава. Основным законом поглощения света, связывающим интенсивность света I, прошедшего слой поглощающей среды толщиной L с интенсивностью падающего пучка I0, является закон Бугера.

I=Io*e (в ст. xl), где х (лямб) — показатель поглощения.

В каждом последующем слое среды одинаковой толщины поглощается одинаковая часть потока энергии, падающей на него световой волны, независимо от его величины.

Закон Бугера-Бера — это закон поглощения света, согласно которому светопоглощение пропорционально толщине поглощающей среды и концентрации поглощающего вещества.

Х (лямб) = Хс*С,.

ггде Хс — монохроматический показатель поглощения отн. к концентрации вещества.

Отсюда:

I = Io * e (в ст. Хс*С).

Фотоэлектроколориметрия: принцип метода, применение. Коэффициент пропускания, оптическая плотность вещества. Методика определения концентрации вещества с помощью фотоэлектроколориместра.

Фотоэлектроколориметрический метод определения концентрации веществ в растворе очень широко применяется в клинической лабораторной диагностике. Например, количественное определение белка в моче, определение концентрации гемоглобина в крови и т. д. В основе фотоэлектроколориместра лежит закон поглощения света веществом. КФК-2 колориметр фотоэлектрический концентрационный предназначен для измерения коэффициентов пропускания и оптической плотности жидких растворов и твердых тел, а также определения концентрации веществ в растворах методом построения градировочных графиков, в отдельных участках диапазона длин волн (315 — 980 нм), выделяемых светофильтрами. Колориметр позволяет также производить измерения коэффициентов пропускания рассеивающих взвесей, эмульсий и коллоидных растворов в проходящем свете.

Коэффициент пропускания — отношение интенсивности света, прошедшего слой вещества толщиной L к интенсивности входящего в среду света.

t = IL/I0.

Оптическая плотность вещества равна D = ln1/t = lnI0/t = xcL. где х — монохроматический натуральный показатель поглощения, с — концентрация раствора.

Принцип работы КФК-2:

Световой поток от источника света (1), конденсатором (2) через светофильтр (3) направляется на кювету с исследуемым раствором (4).

Световой поток, прошедший через кювету с раствором, преобразуется в эл. сигнал с помощью фотоприемников (5).

В качестве фотоприемников используют:

• 1) Фотодиод ФД-24 К для работы в спектральном диапазоне от 590 до 980 нм.
• 2) Фотоэлемент Ф-26 для работы в спектральном диапазоне от 315 до 540 нм.

Полученный электрический сигнал подается на усилитель постоянного тока и затем на измерительный прибор, показания которого пропорциональны световому, проходящему через исследуемый раствор.

Определение концентрации вещества в растворе:

Для определения концентрации вещества в растворе следует соблюдать следующую последовательность в работе.

Выбор светофильтра

Наличие в колориметре узла светофильтров и набора кювет позволяет подобрать такое их сочетание, при котором погрешность в определении концентрации будет наименьшей. Для выбора светофильтра необходимо налить раствор в кювету и определить оптическую плотность всех светофильтров. По полученным данным построить кривую, откладывая по горизонтальной оси длины волн, соответствующие максимальному коэффициенту пропускания светофильтров, а по вертикальной оси — соответствующие значения оптической плотности раствора. Отметить тот участок кривой, для которого выполняются следующие условия:

• 1. Оптическая плотность имеет максимальную величину.
• 2. 2. Ход кривой примерно параллелен горизонтальной оси, т. е. оптическая плотность мало зависит от длины волны.
• 3. Если эти условия выполняются для нескольких светофильтров, то выбрать из них тот, для которого чувствительность колориметра выше.
• 1) Выбор кювет

Предварительный выбор кювет проводится визуально, соответственно интенсивности окраски раствора. Если раствор интенсивно окрашен, следует пользоваться кюветами с малой рабочей шириной. В случае окрашенных растворов рекомендуется работать с кюветами большей рабочей ширины.

Построение градировочной кривой для данного вещества.

• а) Измерить оптические плотности всех растворов, концентрации которых вам известны, на выбранной длине волны
• б) Построить градировочную кривую, откладывая по горизонтальной оси известные концентрации, а по вертикальной — соответствующие им значения оптической плотности.

Определение концентрации вещества в растворе.

• а) Налить раствор неизвестной концентрации в ту же кювету, для которой построена градировочная кривая и, включив тот же светофильтр, определить оптическую плотность раствора.
• б) По градировочной кривой найти концентрацию, соответствующую измеренному значению оптической плотности.