Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
Метод малоугловой индикатрисы, основанный на измерении либо текущего значения интенсивности, либо малоуглового потока для разных телесных углов при рассеянии от взвесей частиц, развит в [241]. Характерной особенностью метода является независимость от показателя преломления частиц, поскольку используется формула дифракции Фраунгофера, измерения проводятся в области малых углов (обычно до 15 градусов). При этом практически теряется информация о форме частиц. Распределение по размерам частиц исследуемой взвеси вычисляется методом подгонки индикатрис, рассчитанных по точной теории Ми. Достаточно точно этот метод работает только для частиц с узким распределением по размерам. Анализ обратной задачи с использованием малоуглового потока, рассеянного биологическими частицами, можно найти в многочисленных работах, например, в [246-249].
В методе спектральной прозрачности используется формула АД для поперечника рассеяния кр шара [134]. Для того, чтобы определить функцию распределения частиц взвеси по размерам, измеряется спектральная прозрачность g и по известным формулам определяется функция распределения /(г) исследуемой полидисперсной системы. Основное препятствие для использования метода спектральной прозрачности в задачах оптики дисперсных сред (океан, водные экосистемы) состоит в том, что в таких средах данные о спектральной прозрачности можно получать только в сравнительно узком спектральном интервале, где прозрачна сама вода [250, 251].
2 В. Н. Лопатин и др.
Определение параметров исследуемых взвесей можно проводить, используя методы регуляризации в ансамбле гладких функций, и методом учёта дополнительной оптической информации [241].
Определение размера частиц взвеси можно проводить, используя текущие значения малоугловой индикатрисы, с помощью построения Слоана [252].
Метод спектра мутности позволяет определять средние значения размера и концентрации частиц дисперсной фазы. В основе метода лежит измерение спектральной зависимости интегрального рассеяния (мутности г), которая в узком диапазоне (около 200 нм) аппроксимируется обратной степенной зависимостью от длины волны и волнового экспонента [253, 254]. С другой стороны, т связана с коэффициентом рассеяния, который является функцией размера частиц [255]. Таким образом, можно определять размер и концентрации частиц взвеси. Если же размер или концентрация частиц известны из независимого эксперимента, то данный метод можно использовать для оценки показателя преломления [256].
Близкий по смыслу метод отношения мутностей для двух длин волн с использованием теории Ми развит в [257]. При известной концентрации частиц определение размера возможно, в принципе, по измерению на одной длине волны (метод удельной мутности) [258]. К настоящему моменту в рамках метода спектра мутности исследованы эффекты полидисперсности [259], несферичности [260-262] и неоднородности [263] частиц.
В рамках приближения аномальной дифракции разработан метод определения оптических констант (показатели преломления и поглощения), размеров и концентраций оптически мягких поглощающих частиц в области полосы просветления [264].
Достаточно перспективным для исследования микропараметров дисперсных сред является метод интегральной индикатрисы F(9q) [265], особенно в связи с реализацией нового конструктивного решения: непрерывного изменения апертурного угла приёмника во за счёт движения кюветной платформы [151]. Суть его заключается в использовании связи характеристик энергетических потоков, рассеянных в разные телесные углы, с размером, структурой и типом вещества частиц взвеси (см. п. 2.3.4 части 2).
В работе [266] аналитически в приближении ВКБ и численно на основе теории Ми доказана автомодельность F от рво и А.
Если не учитывать поляризационные эффекты, то знания факторов эффективности ослабления К0СЛ(А), поглощения КП0ГЛ(А) и индикатрисы рассеяния I(9q) достаточно, чтобы описать процесс распространения света в среде с учётом условий освещения и геометрии среды (наличия дисперсных частиц, рассеивающих и поглощающих свет).
К0СЛ(А) и КП0ГЛ(А) зависят от поляризации светового потока, но поскольку в большинстве случаев естественные среды изотропны, то для естественного и поляризованного света эти показатели остаются
неизменными, но вместо индикатрисы рассеяния I{0q) необходимо ввести матрицу рассеяния света (МРС) — характеристику, учитывающую поляризацию света.
Каждый элемент МРС сложным образом зависит от формы, размера, природы вещества, ориентации, типа симметрии частиц изучаемой среды. Знание угловых и спектральных зависимостей элементов МРС дисперсной среды позволяет получить исчерпывающую информацию об оптических характеристиках её рассеивающих центров, о закономерности их изменения и трансформации [235, 265].
Основным методом, позволяющим оценивать параметры рассеивающих одиночных частиц, является метод подгонки. Для сферических частиц величины d и т подбираются так, чтобы обеспечить наилучшую аппроксимацию экспериментальных данных рассчитанным. Для измерения индикатрисы одиночной частицы в настоящее время используется метод измерения рассеяния на зафиксированной в луче лазера частице [267-271]. Данный метод считается достаточно точным, однако он требует длительных вычислений и довольно точного задания начальных параметров подгонки.
