Специальные методы микроскопии: метод темного поля, поляризационный, люминесцентный микроскоп.

Метод исследования в темном поле впервые был предложен австрийскими учеными Р. Зигмонди и Р. Зидентопфом в 1903 году и подходит для рассеивающих свет объектов. В основе метода лежит освещение препарата полым конусом света, внутренняя апертура которого превосходит числовую апертуру применяемого объектива. Поскольку ни один прямой луч от осветителя в объектив попасть не может, при отсутствии объекта поле зрения микроскопа будет темным. Объект, помещенный на предметный столик, будет рассеивать свет во все стороны, в том числе и в сторону объектива, благодаря чему на темном фоне будет видно контрастное изображение объекта. Темнопольная микроскопия хорошо подходит для получения изображений живых и неокрашенных биологических образцов, таких, как отдельные водные одноклеточные организмы.

Поляризационная микроскопия – это метод наблюдения в поляризованном свете для микроскопического исследования препаратов, включающих оптически анизотропные элементы. Таковыми являются многие минералы, зёрна в шлифах сплавов, некоторые животные и растительные ткани и пр. Оптические свойства анизотропных микрообъектов различны в различных направлениях и проявляются по-разному в зависимости от ориентации этих объектов относительно направления наблюдения и плоскости поляризации света, падающего на них. Наблюдение можно проводить как в проходящем, так и в отражённом свете. Свет, излучаемый осветителем, пропускают через поляризатор. Сообщенная ему при этом поляризация меняется при последующем прохождении света через препарат (или отражении от него). Эти изменения изучаются с помощью анализатора и различных оптических компенсаторов. Анализируя такие изменения, можно судить об основных оптических характеристиках анизотропных микрообъектов: силе двойного лучепреломления, количестве оптических осей и их ориентации, вращении плоскости поляризации, дихроизме.

Метод исследования в свете люминесценции (люминесцентная микроскопия, или флуоресцентная микроскопия). Люминесцентная микроскопия — оптическое исследование микрообъектов, окрашенных специальными красителями (флюорохромами), испускающими свечение при воздействии ультрафиолетовыми лучами. Для люминесцентной микроскопии применяются специальные оптические устройства и микроскопы, основной частью которых является источник ультрафиолетовых лучей и система фильтров к нему.

В оптическую схему микроскопа вводятся два светофильтра. Один из них помещают перед конденсором. Он пропускает от источника-осветителя излучение только тех длин волн, которые возбуждают люминесценцию либо самого объекта (собственная люминесценция), либо специальных красителей, введённых в препарат и поглощённых его частицами (вторичная люминесценция).

Второй светофильтр, который установлен после объектива, пропускает к глазу наблюдателя) только свет люминесценции. В люминесцентной микроскопии используют освещение препаратов как сверху (через объектив, который в этом случае служит и конденсором), так и снизу, через обычный конденсор.

Метод нашел широкое применение в микробиологии, вирусологии, гистологии, цитологии, в пищевой промышленности, при исследовании почв, в микрохимическом анализе, в дефектоскопии. Такое многообразие применений объясняется очень высокой цветовой чувствительностью глаза и высокой контрастностью изображения самосветящегося объекта на тёмном нелюминесцирующем фоне. Кроме того, информация о составе и свойствах исследуемых веществ, которую можно получить, зная интенсивность и спектральный состав их люминесцентного излучения, имеет огромную ценность.

25Тепловое излучение. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза Макса Планка. Тепловое излучение— это электромагнитное излучение нагретых тел. Непосредственные излучатели – частицы, образующие тело (атомы, молекулы, ионы). В основном приходится на инфракрасный участок спектра, т.е на длины волн от 0, 74 мкм до 1000 мкм. Отличительной особенностью является то, что оно может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме.

Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.

Абсолютное черное тело— это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение.

Изучение распределения энергии в спектре теплового излучения абсолютно черного тела при различных температурах привело к установлению следующих закономерностей:

1)спектр излучения абсолютно черного тела является сплошным, т. е. в спектре представлен непрерывный ряд длин волн;

2)распределение энергии в спектре излучения зависит от длины волны. С увеличением длины волны спектральная плотность энергетической светимости увеличивается, достигает отчетливо выраженного максимума при некоторой длине волны, затем уменьшается;

3)с повышением температуры максимум излучения смещается в сторону более коротких волн. Уменьшение в сторону более коротких волн выражено более резко, чем в сторону более длинных.

Гипотеза Планка:

Нагретое тело испускает и поглощает свет не непрерывно, а определенными конечными порциями энергии – квантами (квант (от лат. quantum) – количество).

Энергия каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения.

универсальная Планка (h) – постоянная универсальная величина. Формула Макса Планка позволяет определять различные характеристики квантов электромагнитного изучения.

Основные законы теплового излучения:

Закон Стефана — Больцмана

Закон излучения Кирхгофа

Закон смещения Вина

1)В 1879 г. Й. Стефан экспериментально, а в 1884 г. Л. Больцман теоретически определили энергетическую светимость абсолютно черного тела.

Закон Стефана-Больцмана - энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры:

2)Немецкий физик В. Вин (1893) установил формулу для длины волны, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела. Соотношение, которое он получил, было названо его именем.

Закон смещения Вина даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, от температуры чёрного тела λ _max=0, 0028999/T

где T — температура в кельвинах, а λ _max— длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

3)Закон излучения Кирхгофа— физический закон, установленный немецким физиком Кирхгофом в 1859 году.

Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.

Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела a_{ω, T}. С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону r_{ω, T}, именуемым излучательной способностью тела.

Величины a_{ω, T}иr_{ω, T}могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры:

a_{ω, T}/r_{ω, T}=f_{ω, T}

По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него a_{ω, T}=1. Поэтому функция f_{ω, T}совпадает с излучательной способностью абсолютно чёрного тела, описываемой законом Стефана — Больцмана, вследствие чего излучательная способность любого тела может быть найдена исходя лишь из его поглощательной способности.

Физиологические основы термографии. Медицинская термография.

Термография - диагностический метод, основанный на измерении и регистрации теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков.

Физиологической основой термографии является увеличение интенсивности инфракрасного излучения над патологическими очагами.

Термографический метод облегчает дифференциальный диагноз между доброкачественными и злокачественными опухолями. Этот метод является объективным средством контроля за эффективностью терапевтических методов лечения. Так, при термографическом обследовании больных псориазом было установлено, что при наличии выраженной инфильтрации и гиперемии в бляшках отмечается повышение температуры. Снижение температуры до уровня окружающих участков в большинстве случаев свидетельствует о регрессии процесса на коже.

Повышенная температура часто является показателем инфекции. Чтобы определить температуру человека, достаточно взглянуть через инфракрасное устройство на его лицо и шею. Для здоровых людей отношение температуры лба к температуре в области сонной артерии лежит в диапазоне от 0, 98 до 1, 03. Это отношение и можно использовать при экспресс-диагностике во время эпидемий для проведения карантинных мероприятий.

 

Способы преобразования изображений.

Инфракрасное излучение. Тепловидение. Методы получения изображений в тепловидении: фотоматериалы, жидкие кристаллы, электронно-оптические преобразователи.

Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0, 74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).

Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50 % излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры. Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.

Тепловидение— метод регистрации инфракрасного (теплового) излучения. При этом тепловой образ человека отражается на экране специального прибора — тепловизора. Метод используется для выявления локальных изменений температуры тела. Это бывает полезно при диагностике местных заболеваний кожи, а также при диагностике заболеваний некоторых внутренних органов, например, аппендикса, желчного пузыря и др.

Сначала с помощью оптико-механической сканирующей системы отдельные точки объекта попеременно проецировались на приёмник, а полученные с него электрические сигналы подавались на вход электроннолучевой трубки, аналогичной приёмной телевизионной трубке. На люминесцентном экране трубки формировалось видимое изображение объекта.

Позже были созданы новые устройства. В них тепловое изображение объекта непосредственно (без промежуточного преобразования инфракрасного излучения в электрические сигналы) проецируется на экран, покрытый тонким слоем вещества, которое в результате какого-либо физико-химического процесса, происходящего при его нагреве, изменяет свои оптические характеристики (коэффициент отражения или пропускания видимого света, интенсивность или цвет собственного свечения и т. д.). На экранах таких устройств можно наблюдать видимые изображения объектов и фотографировать их. В качестве температурно-чувствительных веществ используют Жидкие кристаллы. Жидкие кристаллы— это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия)

Распределение температуры на небольшом участке поверхности тела можно определить с помощью специальных жидкокристаллических пленок. Такие пленки чувствительны к небольшим изменениям температуры (меняют цвет). Поэтому на пленке возникает цветной тепловой «портрет» участка тела, на который она наложена.

Более совершенный способ состоит в использовании тепловизоров, преобразующих инфракрасное излучение в видимый свет. Излучение тела с помощью специального объектива проецируется на матрицу тепловизора. После преобразования на экране формируется детальный тепловой портрет. Участки с различными температурами отличаются цветом или интенсивностью. Современные методы позволяют фиксировать различие в температурах до 0, 2 градуса.

Тепловые портреты используются в функциональной диагностике. Различные патологии внутренних органов могут образовывать на поверхности кожные зоны с измененной температурой. Обнаружение таких зон указывает на наличие патологии.

Электронно-оптический преобразователь— это вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в инфракрасном, ультрафиолетовом или рентгеновском спектре) в видимое либо для усиления яркости видимого изображения. В ЭОП оптическое или рентгеновское изображение преобразуется с помощью фотокатода в электронное, а электронное — в видимое, получаемое на катодолюминесцентном экране.

26Линейчатый спектр излучения атомов. Его объяснение в теории Нильса Бора. Если пропустить солнечный свет через стеклянную призму или дифракционную решетку, то возникнет непрерывный спектр, т.е. в нем присутствуют все длины волн видимого диапазона – от красной до фиолетовой. Виден непрерывный спектр в виде сплошной полосы. При свечении разреженных газов спектр перестает быть непрерывным. В предельном случае спектр становится линейчатым – состоящим из отдельных тонких линий.

Линейчатый спектр, образованный тонкими изолированными разноцветными линиями, называется спектром испускания. Он уникален для каждого химического элемента.

Атомы излучают свет, переходя из возбужденного состояния в основное. Под действием света атомы переходят в возбужденное состояние.

Если через холодный газ пропустить свет с непрерывным спектром, то будет виден спектр поглощения – на фоне непрерывного спектра появятся темные линии.

Постулаты Бора: Атом может находиться только в особенных стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых отвечает определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн.Электрон в атоме, не теряя энергии, двигается по определённым дискретным круговым орбитам.При переходе электрона с орбиты (энергетический уровень) на орбиту излучается или поглощается квант энергии. При переходе с верхнего уровня на нижний энергия излучается, при переходе с нижнего на верхний — поглощается.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: