Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
Движение одиночных частиц в сдвиговом потоке хорошо изучено. Так, известно, что в сдвиговом потоке при уже относительно небольших величинах сдвиговой скорости одиночные частицы стремятся развернуться под определённым углом к направлению сдвиговой скорости и при наличии гибкой и растяжимой мембраны склонны к удлинению по оси симметрии. Существует большое число экспериментальных работ, в которых наблюдалось изменение формы эритроцитов при увеличении сдвиговой скорости. Так, эритроцит в сдвиговом потоке принимает вытянутую сигарообразную форму и его удлинение прямо пропорционально величине сдвиговой скорости.
Будем моделировать эритроциты в потоке в виде вытянутых сфероидов, повёрнутых осью симметрии на полярный угол а относительно направления падающего излучения (при этом будем считать, что азимутальный угол наклона сфероида (р равен нулю). Расчёт светорассеяния от ориентированных под определённым углом сфероидов будем вести с помощью аппроксимации геометрической оптики и гибридной аппроксимации, использующей соотношения аномальной дифракции, для проверки правильности получаемых результатов и проверки применимости метода лучевой оптики к одиночным ориентированным эритроцитам.
Таким образом, будем исследовать зависимость индикатрисы однократного рассеяния и её асимметрии от двух параметров моделей эритроцитов в потоке, изменяющихся от сдвиговых скоростей: угла ориентации а и степени деформированное™, которая определяется показателем асферичности сфероида.
Рассмотрим сначала результаты, полученные с помощью гибридной аппроксимации, основанной на соотношениях АД и использующей формулы теории Ми.
2.3.1. Влияние угла наклона частицы в потоке на индикатрису однократного рассеяния и показатель её асимметрии (гибридная аппроксимация). Будем называть показателем асимметрии индикатрисы отношение интенсивностей света, рассеянных на углы в и —в. Как видно из рис. 2.14, 2.15, при увеличении угла наклона сфероида а в потоке наблюдается увеличение величины обратного светорассеяния, а также появление асимметрии индикатрисы рассеяния в определённом диапазоне углов рассеяния. При этом, если общая асимметрия (т. е. отношение интегральной интенсивности, рассеянной в правую полуплоскость, к интегральной интенсивности, рассеянной в левую полуплоскость) рассеяния не превышает 2%, то отношение
Рис. 2.14. Индикатрисы однократного рассеяния света ориентированными сфероидами при различных углах их наклона а(е = 0.2, р = 15)
400^
350-
ад н
о 300-
| 250.
| 200-к
150'
100'
50'
о
-50J
о
Угол наклона сфероида:
------40°
— — - 50° ......60°
1 \
11 I! '!
11 ill
II
11
11 f I i ij;!
U;ii
ШШ
60
120
180
0, град.
Рис. 2.15. Отношения интенсивностей рассеяния света на углы 9 и —9 (пока™ затели асимметрии) ориентированными сфероидами при различных углах их наклона (г = 0.2, р = 15)
интегральных интенсивностей обратного светорассеяния (т. е. на углы
— 180° < в < —90° и 90° < в < 180°) может достигать десятков и сотен процентов. Видно уменьшение диапазона углов рассеяния, для которых показатель асимметрии превосходит единицу, в сторону больших углов рассеяния при увеличении угла наклона частицы (рис. 2.15). Можно предположить, что наблюдаемые осцилляции (рис. 2.15) сгладятся, если учесть, что в реальном потоке все частицы ориентированы не под одинаковым углом, а имеют некоторое распределение около направляю™
щих углов наклона о, ip. После учёта данного факта из рис. 2.16 видно, что осцилляции нивелируются не полностью, но амплитуда их значительно уменьшается. Учитывалось равномерное распределение числа частиц около направляющих углов ориентации в диапазоне ±5°. Если принять большие флуктуации углов наклона, то кривые на рис. 2.16 станут ещё более гладкими.
Как следует из рис. 2.14, чем больше угол наклона сфероида (т. е. чем больше линейный размер частицы в направлении, перпендикулярном направлению распространения падающего излучения), тем больше интегральная интенсивность обратного светорассеяния, что полностью согласуется с выводами строгой теории.
Исследование зависимости усреднённых по углу наклона в диапазоне ±5° кривых асимметрии от направляющего угла ориентации при различных показателях асферичности показывает, что при увели-чении угла наклона частицы в потоке область углов рассеяния, при которых показатель асимметрии больше единицы, сужается к 180° (см. рис. 2.16). При этом происходит уменьшение максимального no-
