Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
Глава 4
ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОКРАТНОГО РАССЕЯНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ БОЛЬШИХ «МЯГКИХ» НЕСФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ ПРИ НАЛИЧИИ СДВИГОВОГО ПОТОКА
В настоящей главе подробно рассмотрен процесс многократного рассеяния лазерного излучения суспензией больших «мягких» несферических частиц, находящихся в сдвиговом потоке. Использовались основные результаты и выводы, полученные во второй главе для случая однократного рассеяния излучения ориентированными частицами. С их помощью получена зависимость асимметрии индикатрисы и степени линейной поляризации многократного рассеяния излучения от угла наклона частиц в потоке и их деформированности. Исследовано также явление обратного многократного когерентного рассеяния для больших «мягких» несферических частиц, находящихся в сдвиговом потоке, и его зависимость от параметров частиц суспензии.
Как было отмечено в гл. 1, находясь в сдвиговом потоке, одиночный эритроцит может испытывать два типа движений. В дальнейшем будем рассматривать только второй тип движения, при котором эритроцит деформируется и движется под определённым установившимся углом наклона относительно направления сдвиговой скорости.
При помощи описанной в гл. 2 экспериментальной установки были проведены эксперименты по изучению индикатрисы многократно рассеянного излучения суспензией эритроцитов, находящихся в сдвиговом потоке. Так, наблюдалась асимметрия индикатрисы рассеяния в правую и левую полуплоскости рассеяния. При этом величина асимметрии существенным образом зависела от угловой скорости П.
Для объяснения этого эффекта (который не наблюдается в покоящейся крови) предлагается следующая модель поведения суспензии эритроцитов в потоке.
4.1. Модель исследуемой среды и методы расчёта характеристик светорассеяния
Ряд экспериментальных работ, отмеченных в [139], посвящён исследованию формы эритроцитов, находящихся в сдвиговом потоке.
Так, было получено, что уже при невысоких сдвиговых скоростях эритроциты принимают сигарообразную форму, т. е. очень похожи по своей форме на вытянутые эллипсоиды вращения. А поскольку при движении одиночного эритроцита в сдвиговом потоке он стремится ориентироваться осью симметрии под некоторым углом к направлению вектора сдвиговой скорости, то будем предполагать, что и при движении высококонцентрированной суспензии частицы также стремятся ориентироваться. Однако угол, под которым они ориентируются, конечно, отличен от случая движения одиночной частицы вследствие взаимодействий частиц суспензии.
Таким образом, будем полагать, что под действием сдвиговых напряжений эритроциты в потоке принимают форму эллипсоидов вращения, ось симметрии которых ориентирована под углом а к направлению зондирующего лазерного пучка (рис. 4.1). При этом увеличение сдвиговых скоростей приводит к большим деформациям эритроцитов и их переориентации (такая модель поведения свойственна одиночному эритроциту в потоке).
Расчёт интенсивности однократно рассеянного излучения от ориентированных таким образом сфероидов был проведён и подробно описан в гл. 2. В дальнейшем будем использовать основные результаты и выводы этой главы.
Ж__
Направление движения ^ ^ ^ ^ ^
_____™.™ка !!:= ^ ^ ^ ^ Ж (
20 мкмТ^ ^ ^ ^ ^ ^
Направление падения излучения
Рис. 4.1. Модель поведения суспензии эритроцитов в сдвиговом потоке. Жирной стрелкой показано направление падающего излучения
Переход к многократному рассеянию будем производить двумя различными методами. Первый метод базируется на применении полученных ранее интенсивностей однократного рассеяния в теории многократного рассеяния Тверского. Второй метод аналогичен использованному в предыдущей главе и заключается в разбиении среды на тонкие слои с однократным рассеянием.
Применение этого метода для случая ориентированных частиц несколько более трудоёмкое. Поэтому опишем основные модификации этого метода по сравнению с описанным в гл. 3.
Так, в описанном в гл. 3 методе индикатриса однократного рассеяния разбивается первым слоем на 360 лучей, направленных под углами 0, 1, 2,..., 359 градусов, с соответствующими интегральными интенсивностями в интервале углов рассеяния 1 градус. Лучи, распространяющиеся от первого слоя назад, выходили из среды на детектор. Лучи, распространяющиеся вперёд, рассеивались во втором слое и входили в первый и третий слои в соответствии с той же индикатрисой монослоя, но сдвинутой на угол Ф (где Ф — угол, под которым луч вошёл во второй слой). Далее рассматривали лучи, рассеянные вперёд и назад, в третьем и первом слоях с той же самой индикатрисой однократного рассеяния, сдвинутой на соответствующий угол, и т. д.
Использование одной и той же индикатрисы однократного рассеяния было продиктовано хаотичной ориентацией частиц в пространстве, и было неважно, под каким углом луч падает на частицу. Когда же имеются ориентированные под некоторым углом частицы, то недостаточно одной индикатрисы рассеяния.
Поскольку в методе, описанном в предыдущей главе, индикатриса однократного рассеяния разбивается первым слоем на 360 лучей, направленных под углами 0, 1,2, ...,359 градусов, то для использования такого же шага по углу рассеяния необходимо иметь 360 индикатрис рассеяния, каждая из которых соответствует рассеянию излучения ориентированной под различными углами частицей в диапазоне от а до а + 359 градусов.
