Поглощение и рассеяние света. Спектральный анализ и люминисценция и их использование в медицине презентация

Содержание

Раздел 1 Закон поглощения света

Слайд 1Лекция 20
Тема:Поглощение и рассеяние света.Спектральный анализ и люминисценция и их использование

в медицине

Слайд 2Раздел 1
Закон поглощения света

Слайд 3Опыт показывает, что изменение интенсивности света ΔI пропорционально падающей интенсивности I

и толщине этого слоя. Чем больше слой, тем больше интенсивность.

dI=-kIdx



Интенсивность изменяется так:




dx

I0

Iпрош

x

Слайд 4dI = - kIdx = - kdx S = - kSdx ln

I = - k ln C I = C I = I0, x = 0, C= I0






Решим это уравнение

Слайд 5Iпрош = Io – закон поглощения света

(закон Бугера)
Коэффициент k называют показатель поглощения. Измеряется в м –1 и зависит от длины волны (λ) и эта зависимость называется спектр поглощения вещества

Слайд 6К = αс – закон Бера α - удельный показатель поглощения; с –

концентрация; α зависит от λ. Объединяя две формулы, получаем общий закон Бугера-Ламберта-Бера : Iпрош. = I0 е

– αсx

Слайд 7Отношение Iпрош. к I0 Т = =

– коэффициент пропускания D = lg = - lg T = 0,43 αcx = α1cx – оптическая плотность Зависимость D от λ такая же как k и Т и представляет собой спектр поглощения образца D(λ) ~ k(λ) ~ α(λ)







Слайд 8Определив зависимость D от λ, можно узнать тип вещества, то есть

провести качественный анализ. Зная коэффициенты D, α и х, можно найти с, то есть провести количественный анализ.

Слайд 9Схема фотоэлектроколориметра


1
2
3
4
5
6
7
8

Слайд 101-источник света
2-линза
3-светофильтр
4-кювета с растворителем
5-фотометрический клин
6-фотоэлемент
7-микроамперметр
8-кювета с раствором

Слайд 11Передвигая оптический клин , можно изменять силу тока , в частности

, установить ее равной 100 делениям. Это означает, что интенсивность света , прошедшего через растворитель равна 100 условным единицам. Если вместо кюветы с растворителем ввести кювету с раствором , то отсчет на регистраторе уменьшается за счет поглощения света.

Слайд 12Раздел 2
Рассеяние света

Слайд 13Отклонение света на большие углы- рассеяние
Причины:
Оптическая неоднородность среды

- показатель рассеивания
Два вида

рассеивания:
1.в чистых средах(молекулярное) 2.в мутных средах



a

Слайд 14Молекулярное рассеивание наблюдается ,если d


λ -длина волны

(в воздухе ,в воде и других чистых средах)

В вакууме рассеяние не происходит


(

)

Мутная среда:



Если одновременно происходят рассеяние и поглощение света ,то

Слайд 15Раздел 3
Оптические спектры атомов

Слайд 16Впервые происхождение спектров атомов смог объяснить Нильс Бор.

Постулаты Бора 1.Электроны в атоме могут находиться только в определенных энергетических состояниях Е1, Е2, Е3… Еn, в которых они не излучают и не поглощают энергии.

Слайд 172.При переходе атома из одного состояния в другое, он излучает или

поглощает квант электромагнитной энергии. hν = Е1 - Е2 3.Стационарными состояниями являются те, в которых момент импульса электрона принимает значения кратные величине h = h/2π mvr= n ⋅ h/2π n = 1, 2, 3, 4…

Слайд 18
Найдем радиусы стационарных орбит электронов

Потенциальная энергия электрона

Кинетическая энергия

Полная энергия электрона

в атоме всегда отрицательна


Слайд 19Полная энергия электрона в стационарных состояниях

где

Слайд 20Полная энергия электрона равна: Е = - E0/ E0 = 13,6

эВ; n – номер орбиты (состояния); z – номер химического элемента.



Слайд 21У каждого атома свой номер (z), следовательно, набор возможных энергетических состояний

у каждого атома и элемента индивидуален и следовательно, спектры испускания и поглощения у каждого атома и элемента тоже индивидуальны. Зная спектр, можно определить вид вещества.

Слайд 22РАЗДЕЛ 4
Спектр атома водорода.

Слайд 23Еn = - E0/n2-энергия электронов в атоме водорода
Нижний уровень – основной.

Переход вверх требует поглощения света, переход вниз – излучения света.

Серия Лаймана

Серия Бальмера

Серия Пашена











E= - E0/25

E= - E0/16

E= - E0/9

E= - E0/4

E= - E0

Слайд 24Частоты спектральных линий


ν = (Ек – Еn)/h =
где n =

1, 2, 3, 4…;
k = n + 1, n + 2, n + 3 …;
h – постоянная Планка.

Формула Бальмера описывает и поглощение, и излучение (частоты спектральных линий в водороде)

Слайд 25Основные спектральные серии водорода
Спектральная серия – группа линий в спектре веществ,

которым соответствуют переходы электронов со всех верхних на один и тот же нижний уровень.

Серия Лаймана (переход на самый нижний уровень)

n = 1 k = 2, 3, 4…



ν =

лежат в УФ области

Слайд 262.Серия Бальмера
n = 2 k ≥ 3


ν =


лежит в видимой области спектра

Серия Пашена

n = 3 k = 4, 5, 6…



ν =

Слайд 27РАЗДЕЛ 5
Спектры сложных атомов.

Слайд 28Энергия электронов в сложных атомах зависит не только от главного квантового

числа (h), но и от орбитального числа (l), l = 0, 1, 2… Число электронов в состоянии с заданным числом l равно k = 2 (2l + 1).

Слайд 29По принципу Паули в одном квантовом состоянии в атоме может находиться

не более одного электрона. Последовательность заполнения: 1 2 2 3 3 4 3 4 в последнем самом верхнем занятом электронами состоянии находятся валентные электроны атома и это состояние – основное энергосостояние – энергия самая минимальная.









Слайд 30Переходы между уровнями подразделяются: а) излучательные (оптические) – поглощения будут возникать при

переходе электронов из основного состояния в свободные верхние уровни. Возвращение их назад дает испускание. б) безызлучательные (неоптические, тепловые).

Слайд 31Оптические переходы подчиняются правилам отбора: Δl = ± 1 S =

0. Энергоуровни, переходы из которых на нежелательные уровни запрещены правилами отбора называют метастабильными, но такие переходы иногда бывают.

Слайд 32РАЗДЕЛ 6
Спектры молекул.

Слайд 33Е мол. = Еэл. дв. + Екол. дв. + Евращ.,
где Екол.

дв - колебательное движение ядер;
Евращ - вращение молекулы

Еэл.дв. >> Екол. дв >> Евращ

Слайд 34
Спектры поглощения возникают при переходах молекулы из нижних подуровней основных состояний

в верхние состояния. Испускание происходит с самых нижних подуровней верхних состояний на любые подуровни основных (нижних) состояний.

Слайд 35Спектры люминесценции молекул не совпадают по положению со спектрами поглощения, а

смещены относительно их в сторону больших длин волн – закон Стокса.

Слайд 36РАЗДЕЛ 7
Виды спектров.

Слайд 37 =
ν =


Электронно-колебательные-вращательные.
Электронные спектры ΔЕэл ≠ 0 ΔЕкол

≠ 0 ΔЕвращ ≠ 0

2.Колебательно- вращательные

Колебательные ΔЕэл = 0 ΔЕкол ≠ 0 ΔЕвращ ≠ 0

3.Вращательные ΔЕвращ ≠ 0 ΔЕэл = ΔЕкол = 0

Наблюдаются в виде отдельных линий в радиодиапазоне

Слайд 38РАЗДЕЛ 8
Люминесценция

Слайд 39Если атом или молекула совершает оптический переход из возбуждения в основное

состояние, то испускаемое излучение называют люминесценцией. По способу возбуждения атома или молекулы люминесценция бывает:

Слайд 40а) фотолюминесценция – возбуждение поглощения электромагнитной энергией; б) катодолюминесценция -

возбуждение электрическим ударом; в) электролюминесценция - возбуждение электрическим полем;

Слайд 41г) рентгенолюминесценция – возбуждение рентгеновскими лучами. д) химилюминесценция – возбуждение в результате

химической реакции. А + В → АВ → АВ + hν е) биолюминесценция - возбуждение в результате биохимических реакций, происходящих в живом организме.

Слайд 42Механизм спонтанной люминисценции:
Каждому электронному уровню в веществе соответствует ряд колебательных подуровней

энергии

Электронные

Тепловой переход

Излучательный переход

Колебательный

Слайд 43Эти кванты (hv) и представляют собой кванты люминисценции. А различие их

энергии определяет спектр люминисценции. Таким образом механизм люминисценции обусловлен как безизлучательными (тепловыми),так и излучательными процессами

Слайд 44Характеристики и законы люминисценции
Спектр возбуждения - это зависимость возбуждающего люминисценцию света

от длины волны

Спектр люминисценции – это зависимость интенсивности люминисценции от длины волны света



Слайд 45Если изменяется электронная энергия , то спектр называется электронно-колебательно-вращательным
Электронные: полосы которых

расположены в ультрафиолетовой , видимой и инфракрасной -

Колебательные -

наблюдаются только в поглощении.

Вращательные наблюдаются только в радиодиапазоне.

Слайд 46Спектр люминесценции сложных молекул смещен относительно спектра возбуждения в сторону больших

длин волн.

Данный сдвиг обусловлен наличием тепловых переходов в веществе



Закон Стокса:

Слайд 47Закон Вавилова:
Спектр люминисценции сложных молекул является характеристикой вещества и не зависит

от длины волны возбуждающего света.

Слайд 48Квантовый выход люминиценции:
Это отношение числа квантов излучаемых веществом к числу поглощенных

квантов возбуждающего света.


если

то говорят о хорошей люминисценции вещества.

Слайд 49После прекращения возбуждения Iлюм. уменьшается по закону:

Iлюм. = I0
τ - длительность

люминесценции определяет время, за которое интенсивность уменьшается е = 2,7 р

длительность люминесценции (τ) делится на:
флуоресценцию τ < с ;

фосфоресценцию τ > с.




Слайд 50В зависимости от того, что помещают в фокальную плоскость (7), различают

следующие приборы:

если стеклянная пластинка, то получаем спектроскоп – прибор для наблюдения спектра;

если фоточувствительный материал, то получаем спектрограф – прибор для регистрации (фотографирования) спектра;

Слайд 51 -если узкую щель, то получаем монохромат – прибор

для улавливания узкого спектрального диапазона излучения.

-спектрометр(в фокальной плоскости - фотоэлемент)

Слайд 52Схема спектрального прибора



s
Входная щель
призма
Фокальная плоскость
Источник света
линза


L1


L2

Слайд 53Применение в медицине
Например в санитарии проверяют доброкачественность мяса .

Измеряется люминисценция белкового экстракта. Свет люминисценции меняется зеленый- голубой-красный.

Содержание белков в молоке. Светятся ароматические аминокислоты. Кожа и слизистые – голубой цвет; печень – зеленовато-желтый; язык – красный; кариес зубов – отсутствие люминисценции; при подкожных кровоизлияниях люминисценция пропадает. Определяют беременность.

Слайд 54Вторичная люминисценция биологических объектов
Вещества, которыми подкрашиваются биологические объекты, называются люминофорами.
Существуют два

вида люминофоров.

1.Если люминофор связан с веществом нековалентно, то это называется флюоресцирующим зондом.

2.Если вещество связывается с помощью химической связи, то в этом случае говорят о флюоресцирующей метке .

Флюоресцирующую метку используют в диагностике для флюоресцентной амбиографии

Слайд 56Лукьяница Владимир Васильевич
доцент
кафедры физики

Слайд 57ЛАЗЕРЫ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В МЕДИЦИНЕ
И ИХ

Слайд 58Введение. Свойства лазерного излучения
Раздел 1. Устройство, принципы работы и классификация лазеров
Раздел 2.

Преимущества полупроводниковых лазеров

Раздел 3. Применение лазеров в клинике

Раздел 4. Механизмы лазерного воздействия

Раздел 5. Техника безопасности

Заключение. Контрольные вопросы

Раздел 6. Демонстрационные опыты

Слайд 59СВОЙСТВА ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Слайд 601. Высокая направленность или малая расходимость лазерного луча (несколько угловых

минут)

2. Монохроматичность (λ=const, Δλ≈0,01нм)

3. Когерентность (постоянство фазы излучения)

4. Широкий интервал мощности (от 1 мВт до 109 Вт) или интенсивности излучения, которая может достигать весьма больших значений (1011÷1014Вт/см2)

Слайд 61УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАЗЕРОВ

Слайд 62СХЕМА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ

Слайд 63ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АКТИВНОЙ СРЕДЫ — ПЕСОЧНЫЕ ЧАСЫ

Обычная среда
Песок ( электроны)- внизу
Активная

среда

Песок ( электроны)- вверху

Слайд 64Нет, давай сходим в кино
Пойдем в библиотеку

Слайд 65Идем на дискотеку

Слайд 66Посмотри на эту малышку

Слайд 67Она что, читать сюда пришла?
Нет, вместо библиотеки её занесло сюда «вынужденным

излучением»

Слайд 68

ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ




Е1
Е2
Е3











Слайд 69
ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ



Е1
Е2
Е3















Слайд 70
ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ



Е1
Е2
Е3














Слайд 71ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ



Е1
Е2
Е3
















Слайд 72
ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ



Е1
Е2
Е3

















Слайд 73




ПРИНЦИП РАБОТЫ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА НА АТОМНОМ УРОВНЕ

Е1
Е2
Е3


затравочный
квант






















луч лазера















Слайд 74УСИЛЕНИЕ СВЕТА АКТИВНОЙ СРЕДОЙ

Слайд 75ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СХЕМА ЛАЗЕРА
рабочее тело
(рубин)

Слайд 76НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛАЗЕРА
1. Рабочее тело (акивная среда) генерирует

и усиливает лазерное излучение (свет)

2. Лампы накачки излучают ультрaфиолетовое излучение, которое переводит рабочее тело в состояние активной среды

Слайд 77НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛАЗЕРА
3. Резонатор а) посредством отражения света от

зеркал искусственно удлиняет путь L лазерного излучения внутри активной среды, что способствует усилению интенсивности излучения [I ~ exp (L)];
б) за счет строгой параллельности зеркал формирует направленное излучение;
в) монохроматизирует лазерное излучение путем выбора определенной длины резонатора ( - длина волны, n - целое число) и подавления возможных излучений с другими длинами волн за счет интерференции в многослойных зеркалах

Слайд 78ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА
РАБОЧЕЕ ТЕЛО


Слайд 79

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА
РАБОЧЕЕ ТЕЛО
АКТИВНАЯ СРЕДА

Слайд 80АКТИВНАЯ СРЕДА
УСИЛЕНИЕ СВЕТА
АКТИВНАЯ СРЕДА
ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА


Слайд 81АКТИВНАЯ СРЕДА
ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА


УСИЛЕНИЕ СВЕТА
АКТИВНАЯ СРЕДА

Слайд 82АКТИВНАЯ СРЕДА
ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА


луч лазера
I1* 0,01* I2
I3=I2 - I*
УСИЛЕНИЕ СВЕТА
АКТИВНАЯ

СРЕДА

Слайд 83АКТИВНАЯ СРЕДА
АКТИВНАЯ СРЕДА
ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА


луч лазера
I2* 0,01* I5
I2* >I1*
УСИЛЕНИЕ СВЕТА

Слайд 84
И так далее
до истощения активной среды (I*=const).
Затем опять срабатывают лампы

накачки, которые поддерживают активную среду в “рабочем состоянии”

Слайд 85ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА
РАБОЧЕЕ ТЕЛО


Слайд 86

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА
РАБОЧЕЕ ТЕЛО
АКТИВНАЯ СРЕДА

Слайд 87АКТИВНАЯ СРЕДА
УСИЛЕНИЕ СВЕТА
АКТИВНАЯ СРЕДА
ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА


Слайд 88АКТИВНАЯ СРЕДА
ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА


УСИЛЕНИЕ СВЕТА
АКТИВНАЯ СРЕДА

Слайд 89АКТИВНАЯ СРЕДА
ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРА


луч лазера
I1* 0,01* I2
I3=I2-I*
УСИЛЕНИЕ СВЕТА
АКТИВНАЯ СРЕДА

Слайд 90ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОТЫ ЛАЗЕРА

Слайд 91ПРЕИМУЩЕСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА

Слайд 921. Малые габариты (размеры), что обусловлено использованием не ламп, а p-n-переходов

для накачки

3. Высокий КПД (от 30 до 100%)

5. Хорошо сочетаются с волоконной оптикой, а также с эндоскопической, ультразвуковой и магнитной терапевтической аппаратурой

4. Выходная мощность легко изменяется и модулируется

6. Обладают высокой степенью безопасности, т.к. используют низкие напряжения (несколько вольт)

Слайд 93ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В КЛИНИКЕ

Слайд 94а) лазерные приборы иммунологических реакций, нефелометры, спектрофотометры
б) исследования микроциркуляции крови в

различных органах и тканях
в) манипуляции на клетке
г) глазных болезней и ЛОР заболеваний

ДИАГНОСТИКА:

лазерный (световой) скальпель (высокоэнергетические приборы) применяется в нейро-, ангио-, офтальмо-, ларинго- и общей хирургии

ХИРУРГИЯ:

Слайд 97стимуляция обменных процессов и активация механизмов саногенеза (используются низкоэнергетические приборы). Время

зонального воздействия определяется из формулы:
t = (E∙S)/P, где доза облучения Е=(0,5 ÷ 2) Дж/см2,
площадь облучения - [S] = см2
мощность лазера - [P] = Вт

ТЕРАПИЯ:

Слайд 98ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
1. Противовоспалительное
2. Обезболивающее
3. Спазмолитическое
5. Стиммулирующее обменные

и регенеративные процессы

4. Седативное

Слайд 99МЕХАНИЗМЫ ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Слайд 100ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ, ОБЪЯСНЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
1. Теория поглощения
2. Нейрорефлекторная теория
3. Теория

резонансного волнового поля

Слайд 101ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Слайд 102ЛАЗЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
По степени опасности лазеры делятся на 4 класса:
I -

безопасные (излучение не опасно для глаз)

II- малоопасные (опасно для глаз прямое излучение)

III - среднеопасные (опасно для глаз диффузионно отраженное излучение на расстоянии 10 см и для кожи прямое)

IV- высокоопасные ( опасно для кожи диффузионно отраженное излучение на расстоянии 10 см)

Слайд 103СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
1. Коллективные: телевизионные системы; защитные экраны, бленды

и диафрагмы; системы блокировки и сигнализации; ограждения (маркировка) лазерно-опасной зоны

2. Индивидуальные: противолазерные очки, щитки, маски, халаты и перчатки

Знак лазерной опасности

Слайд 104ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ

Слайд 105КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Слайд 106

















электрохимический потенциал (уровень Ферми)
С зона
электроны
V зона
дырки
μn
μp

Слайд 107








электроны
p-n - переход
μn = μp

Слайд 108








p-n - переход








Еб1

Еб2


Слайд 109










луч лазера




















Похожие презентации

Прогнозирование потребности в лекарственных средствах 589
Система превентивних заходів щодо сальмонельозу поросят в умовах АПОП Золотий Колос 353
Гинекологиялық аурулар семиотикасы 507
Болезнь Ауески (morbus Aujezky) 271
Коленный сустав 419
Клинико-лабораторный консилиум 392

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика