Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
Монте-Карло-моделирование использовалось, поскольку в модели среды, состоящей из слоев с однократным рассеянием, не учитываются граничные условия на разделе сред, которые могут сильно сказаться на виде индикатрисы для такого не очень толстого слоя суспензии (при объёмной концентрации частиц, равной 30%, толщина слоя приблизительно равна 10 длинам свободного пробега фотона).
Поскольку экспериментальные данные относятся к длине волны падающего лазерного излучения А = 514 нм, а все результаты главы 2 связаны с А = 633 нм, то приведём здесь индикатрисы однократного рассеяния света, рассчитанные для длины волны А = 514 нм для
всех исследуемых форм модельных частиц на базе соответствующих точных и аппроксимационных теорий. Для того, чтобы проиллюстрировать зависимость всех кривых от длины волны падающего излучения, на рис. 3.9 изображены индикатрисы для А = 633 нм, которые были рассчитаны в гл. 2. Полученные вновь индикатрисы изображены на рис. ЗЛО.
Здесь приведены индикатрисы хаотично ориентированных сфероидов и двояковогнутых дисков, рассчитанные с помощью приближения лучевой оптики для А = 633 нм. Индикатрисы для хаотично ориентированного сфероида, рассчитанные в приближениях лучевой оптики и на базе гибридной аппроксимации, отличаются в некоторых областях углов рассеяния (рис. 3.9). Были использованы обе эти кривые для последующего Монте-Карло-моделирования. На рисунке также приведена кривая для эквиобъёмного по отношению к эритроциту шара (р = 25.25 для А = 633 нм), рассчитанная по строгой теории Ми.
Параметр анизотропии g является очень важным параметром для Монте-Карло-моделирования. Поэтому он рассчитан для исследуемых индикатрис. Так, получено, что g = 0.991 для эквиобъёмного шара, g = 0.981 (лучевая оптика), 0.986 (гибридная аппроксимация) для сфероида и 0.975 для двояковогнутого диска.
Все кривые для длины волны А = 514 нм имеют похожие угловые зависимости, однако факторы анизотропии для них выше. Так, g = = 0.993 для эквиобъёмного шара, g = 0.986 (лучевая оптика), 0.988 (гибридная аппроксимация) для сфероида и 0.980 для двояковогнутого диска.
Монте-Карло-моделирование для слоя крови толщиной 0.1 мм с полученными выше индикатрисами для одиночного эритроцита дало результаты, показанные на рис. 3.11, 3.12. Как видно из рис. 3.11, наилучшее совпадение расчётной и экспериментальной кривых наблюдается для суспензии эритроцитов, частицы которой моделируются хаотично ориентированными сфероидами и индикатриса которых рассчитана с помощью аппроксимации лучевой оптики. Монте-Карло-моделирование с индикатрисами эквиобъёмной сферы и сфероида, рассчитанных по теории Ми и гибридной аппроксимации соответственно, дают меньшие значения интенсивности рассеяния. В то же время расчёт с индикатрисой двояковогнутого диска даёт большие значения интенсивности рассеяния. Таким образом, можем заключить, что средняя форма эритроцита в суспензии, исследуемой в эксперименте, ближе всего к сфероиду с отношением полуосей, равным 4. Не совсем точное совпадение экспериментальной и расчётной кривой может быть объяснено изменением относительного показателя преломления и размеров реальных эритроцитов, а также условиями, не учтёнными в предложенной модели из-за недостаточно точного описания авторами экспериментальной установки.
В работе [149] также проведено Монте-Карло-моделирование процесса распространения излучения в суспензии. Получена наиболее
1000000 100000 10000 1000 100 10 1
0.1 0.01 0.001 0.0001
рассеяние эквиобъемной сферой (теория Ми) дифракция Фраунгофера + ГО для хаотично ориентированно сфероида дифракция Фраунгофера + ГО для хаотично ориентированного двояковогнутого диска рассеяние хаотично ориентированным сфероидом (гибридная аппроксимация)
Рис. 3.9. Индикатрисы рассеяния для различных форм модельных частиц, рассчитанные в приближениях геометрической оптики, дифракции Фраунгофера, гибридной аппроксимации, основанной на соотношениях РГД и точной теории
Ми (Л = 633 нм)
1000000 100000 : 10000 1000 100
н
к
К
а рассеяние эквиобъемной сферой (теория Ми) о фазовая функция Хени-Гринштайна (g = 0.972) —о— дифракция Фраунгофера + ГО для хаотично ориентированного сфероида
----дифракция Фраунгофера + ГО для хаотично
ориентированного двояковогнутого диска рассеяние на хаотично ориентированном сфероиде (гибридная аппроксимация)
180
Рис. 3.10. Индикатрисы рассеяния для различных форм модельных частиц, рассчитанные в приближениях геометрической оптики, дифракции Фраунгофера, гибридной аппроксимации, основанной на соотношениях РГД и точной теории Ми, в сравнении с фазовой функцией Хени-Гринштайна (Л = 514 нм)
близкая к экспериментальной кривая с использованием фазовой функции Хени-Гринштайна с параметром анизотропии g = 0.972 (приведена на рис. 3.10), в то время как величина параметра анизотропии для реального эритроцита больше. Для получения нашей кривой, которая наилучшим образом аппроксимирует экспериментальную кривую, ис-
