Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
2.1.1. Краткое описание экспериментальной установки. Приведём краткое описание экспериментальной установки, разработанной нашей группой, на которой были проведены эксперименты по изучению асимметрии индикатрисы рассеяния излучения от движущейся суспензии, а также сигнала светорассеяния от спонтанно агрегирующей в покое суспензии эритроцитов.
В проведённых нашей группой экспериментах при помощи пары симметрично расположенных относительно лазерного пучка фотодетекторов, регистрировалась интенсивность обратного рассеяния излучения He-Ne-лазвра движущимся слоем (^1 мм) крови (рис. 2.5, 2.6) [44, 45]. Кровь находилась в промежутке между двумя коаксиальными цилин-
Рис. 2.5. Экспериментальная установка для наблюдения асимметрии интенсивности обратного рассеяния: 1 — электромотор, 2 — редуктор, 3 — ячейка Тейлора-Куэтта, 4 — оптоволокно, 5 — Не-Ые-лазер, 6 — фотодетектор, 7 — RC-фильтр, 8 — усилитель, 9 — АЦП, 10 — компьютер
драми с радиусами а = 20 мм и Ъ = 21 мм, где внутренний цилиндр мог вращаться при помощи электромотора и редуктора с определённой угловой скоростью Q. Полученные с фотодетекторов сигналы, проходя через усилитель и АЦП, обрабатывались компьютером.
Ячейка
Рис. 2.6. Ячейка Тейлора-Куэтта (ФД — фотодетекторы)
Для случая вращающегося внутреннего цилиндра получено, что для любых значений R, фотодетектор, находящийся на расстоянии -\-R от оптоволокна (рис. 2.6) регистрировал большее значение интенсивности рассеянного излучения, чем находящийся на расстоянии —R, т. е. наблюдалась асимметрия рассеяния в правую и левую полуплоскости. При этом величина асимметрии существенным образом зависела от угловой скорости Q. Для случая покоящегося внутреннего цилиндра сигналы с обоих фотодетекторов были равными в пределах ошибки и осуществлялось слежение за уменьшением сигнала в процессе агрегации эритроцитов. Нулевой момент времени соответствовал случаю полностью дезагрегированной суспензии.
2.2. Угловые зависимости интенсивности светорассеяния для хаотично ориентированных сфероидов, частиц других форм и эжвиобъёмных шаров. Сравнение различных аппрожсимаций
В настоящее время существует большое число теоретических работ, посвящённых проблеме расчёта рассеяния излучения хаотично ориентированной одиночной частицей. Наиболее важные из них в рамках решаемой нами задачи упомянуты в гл. 1. Однако до сих пор
не существует единого мнения в выборе модели эритроцита и тем более эритроцитарных агрегатов, а также нет единого мнения в выборе метода расчёта характеристик рассеяния излучения эритроцитами и их агрегатами. Ниже будет производиться моделирование эритроцита в виде шара, эллипсоида вращения, или сфероида, и двояковогнутых дисков с различной степенью вогнутости.
Расчёт светорассеяния от шарообразных частиц будем вести по строгой теории Ми, основные положения которой изложены в гл. 1. Для расчёта характеристик рассеяния сфероидальных частиц используется гибридная аппроксимация, основанная на соотношениях Релея-Ганса-Дебая.
Для расчёта светорассеяния от частиц более сложной формы (двояковогнутых дисков, модифицированных овалов Кассини, а также сфероидов) воспользуемся приближением геометрической оптики (гл. 1) с учётом дифракции Фраунгофера на отверстии, образуемом геометрической тенью этой частицы. В литературе такое приближение обычно называется приближением лучевой оптики [33]. Основной особенностью этого приближения является то, что оно позволяет рассчитывать характеристики рассеяния излучения большими частицами произвольной формы и внутренней структуры такими, как эритроциты и их агрегаты.
Для учёта малоуглового рассеяния света, формируемого дифракционными явлениями, используется приближение дифракции Фраунгофера, описанное в гл. 1. Поскольку мы используем приближение геометрической оптики для расчёта светорассеяния на хаотично ориентированных сфероидах, двояковогнутых дисках и модифицированных овалах Кассини, то необходимо рассчитать дифракцию света на отверстиях различных форм, которые будут определяться геометрической тенью, образованной данными частицами в плоскости источника.
Рассмотрим сначала рассеяние света одиночной ориентированной частицей, моделирующей эритроцит, в приближении геометрической оптики.
На рис. 2.7 приведены индикатрисы ориентированного осью симметрии под нулевым углом к направлению падающего лазерного излучения сфероида (при учёте различного количества производных лучей) и двояковогнутого диска.
Как видно из рис. 2.7, индикатрисы ориентированного под определённым углом к направлению зондирующего излучения (в данном случае нулевым) сфероида и двояковогнутого диска имеют очень изрезанный характер. Появление у индикатрисы острых пиков связано с явлением радуги. Количество радуг тем больше, чем большее количество производных лучей учтено в расчётах. Однако суммарная интенсивность света во всех радугах не превышает 5%. Видно, что при переходе от сфероида к двояковогнутому диску индикатриса изменяется довольно сильно и на некоторых углах рассеяния может отличаться на порядок и более. Однако можно ожидать, что при усреднении по
