Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
10°
& кг1 Й
I 1<Г2
«
К о К
| 10“3 К
1(Г4 10“%
50 100 150
0, град.
Рис. 3.11. Угловые зависимости интенсивностей многократно рассеянного света толстым 100-микронным слоем крови. Сравнение результатов, полученных на базе различных аппроксимаций и форм модельных частиц, с экспериментальными результатами (Л = 514 нм)
пользована фазовая функция с g = 0.986, величина которого значительно ближе к реальному параметру анизотропии эритроцита. Таким образом, при применении рассчитанных на базе вышеупомянутых аппроксимаций индикатрис однократного рассеяния в методе Монте-Кар-ло можно получать не только индикатрису многократного рассеяния слоем крови, совпадающую с экспериментальной в пределах ошибки, но и решать обратную задачу, т. е. делать выводы о форме исследуемых частиц суспензии, тогда как при моделировании многократного рассеяния слоя крови с фазовой функцией Хени-Гринштайна получаем только параметр анизотропии g, причём далёкий от параметра анизотропии реального эритроцита.
Подобные кривые получены и для длины волны света А = 633 нм, поскольку отмеченная длина волны очень часто используется в экспериментах по светорассеянию (рис. 3.12). Поведение этих кривых для различных форм модельных частиц и аппроксимаций подобно случаю А = 514 нм.
Хорошее совпадение экспериментальной кривой и результатов Мон-те-Карло-моделирования с индикатрисой сфероидальной частицы, рассчитанной в приближении лучевой оптики, подтверждает вывод, по-
• эксперимент [149]
моделирование с фазовой функцией Хени-Гринштайна (g = 0.972)
----хаотично ориентированный сфероид
(гибридная аппроксимация)
е
о
о
к
«
К
о
К
CD
Н
К
К
—хаотично ориентированный сфероид (лучевая оптика)
----эквиобъемная сфера (теория Ми)
....хаотично ориентированный двояко™
вогнутый диск —а— моделирование с фазовой функцией Хени-Гринштайна (g = 0.972)
----хаотично ориентированный сфероид
(гибридная аппроксимация)
Рис. 3.12. Угловые зависимости интенсивностей многократно рассеянного света толстым 100-микронным слоем крови. Сравнение результатов, полученных на базе различных аппроксимаций и форм модельных частиц (Л = 633 нм)
лученный в гл. 2, относительно применимости приближения лучевой оптики уже к одиночным эритроцитам.
3.4. Когерентные эффекты при многократном рассеянии излучения
Изучение, свойств излучения, рассеянного толстым слоем суспензии хаотично ориентированных частиц, было бы не полным, если бы мы не рассмотрели когерентные эффекты. Известно, что при многократном рассеянии излучения суспензиями частиц даже при их хаотичной ориентации в индикатрисе рассеяния в направлении строго назад наблюдается пичок интенсивности, близкий по величине к удвоенной величине фона некогерентного рассеяния, связанный с когерентным эффектом, рассмотренным в гл. 1. Экспериментальному и теоретическому изучению этого вопроса посвящено большое число работ [например, 134-137]. Однако в них либо моделируется процесс многократного когерентного рассеяния излучения малыми по сравнению с длиной волны частицами, когда можно пользоваться простыми формулами диффузионного приближения, или моделирование процесса рассеяния излучения на больших по сравнению с длиной волны падающего излучения частицах ведётся при помощи Монте-Карло-моделирования,
требующего большого времени счёта и обладающего ещё рядом недостатков, отмеченных в гл. 1.
В этом параграфе будут предложены новая модель исследуемой среды, отличная от использованной нами ранее, и метод расчёта интенсивности обратного светорассеянии. С помощью этой модели исследуем, как будет зависеть высота пичка и его форма от степени агрегированности частиц.
3.4.1. Модель многократного когерентного рассеяния излучения суспензией хаотично ориентированных частиц и налагаемые ограничения. Рассмотрим падающий на исследуемую среду свет как поток фотонов. Используя формулы главы 1, легко заметить, что фотоны, испытавшие большое число актов рассеяния и вследствие этого имеющие в своём большинстве большее значение расстояния R от места входа в среду до места выхода, будут давать когерентный вклад в меньшем диапазоне углов рассеяния, чем фотоны, испытавшие малое количество актов рассеяния. Угол рассеяния в этом случае отсчитывается от направления строго назад, т. е. от 180 градусов.
Из изложенного в гл. 1 следует, что высота пичка будет меньше 2-х в тех случаях, когда интенсивность однократного рассеяния велика, то есть для случаев малой концентрации рассеивающих частиц или малости самих частиц относительно длины волны падающего излучения (почти изотропное рассеяние).
Учитывая то, что индикатрисы однократного рассеяния света эритроцитами сильно вытянуты вперёд и то, что интенсивность однократного рассеяния мала по сравнению с суммарной интенсивностью многократного рассеяния света толстым слоем крови, становится очевидным, что величина пичка интенсивности в обратном рассеянии будет близка к 2-м. Профиль пичка при этом будет формироваться фотонами, испытавшими не очень большое количество перерассеяний (в силу сужения диапазона углов рассеяния, в который они будут давать когерентный вклад), хотя их число, конечно, нужно будет оценить.
