Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
3.4. Когерентные эффекты при многократном рассеянии излучения . . . 339
Глава 4. Характеристики многократного рассеяния излучения суспензий больших «мягких» несферических частиц при наличии сдвигового потока .................................... 349
4.1. Модель исследуемой среды и методы расчёта характеристик светорассеяния ....................................... 349
4.2. Зависимость степени линейной поляризации рассеянного излучения
от толщины слоя и параметров частиц суспензии ............ 361
4.3. Когерентные эффекты при многократном рассеянии излучения . . . 369
Список литературы к части III . .......................... 376
Введение
Один из важнейших разделов оптики — исследование взаимодействия электромагнитного излучения с водными дисперсными биологическими средами. В центре этого раздела развитие приближённых методов решения прямой и обратной оптической задачи и исследование на их основе закономерностей однократного и многократного рассеяния электромагнитного излучения водными биологическими дисперсными средами, изучение функциональной структуры природных водных экосистем, обусловленной наличием в ней внутренних активных границ, связанных с дисперсиями. Достижения в этой области часто публикуются в работах по математической физике и методам вычисления, по радио- и астрофизике, физической и коллоидной химии, биофизике, биологии и др. Некоторая часть публикаций размещена в малодоступных изданиях. В связи с этим одной из задач, поставленных авторами настоящей монографии, являлось последовательное изложение и обобщение результатов этих исследований. В монографии используются и развиваются оригинальные результаты авторского коллектива, полученные в лаборатории биологической спектрофотометрии Института вычислительного моделирования СО РАН, в лаборатории лазерной биомедицинской диагностики физического факультета и международного лазерного центра МГУ им. М.В. Ломоносова и НИИ экологии рыбохозяйственных водоёмов и наземных биосистем.
Книга состоит из трёх частей. В первой части приводятся результаты исследований закономерностей взаимодействия электромагнитного излучения с оптически мягкими частицами различной формы и структуры в рамках адекватных аппроксимаций и применения полученных простых связей для совершенствования схемы решения обратной оптической задачи методами интегральной и «пролётной» индикатрис. В частности, в гл. 1 представлены строгие и приближённые методы решения прямой и обратной оптической задачи. Дан обзор современных методов исследования оптически мягких частиц. В гл. 2 приводятся результаты исследований характеристик светорассеяния оптически мягких сферических частиц. В рамках РГД и геометрооптического приближений получены выражения для интегральных характеристик светорассеяния (доля потока, рассеянного в заднюю полусферу, и параметр асимметрии рассеяния) больших оптически мягких шаров. Используя параметры дифференциальной и интегральной индикатрис светорассеяния, предложен метод определения комплексного показателя преломления одиночных оптически мягких частиц и их взвесей. В гл. 3 для случая больших оптически мягких несферических РГД-частиц
различной формы, с использованием модели полидисперсных шаров, проанализировано формирование потоков светорассеяния в заданные углы, показана возможность применения полученных выражений для решения обратной оптической задачи методом интегральной индикатрисы светорассеяния по определению размера и формы таких частиц. На основе подхода оптической эквивалентности в рамках аппроксимаций РГД (Рэлея-Ганса-Дебая) и ГО (геометрической оптики) получены аналитические выражения для параметра асимметрии индикатрисы оптически мягких хаотично ориентированных сфероидов. В четвёртой главе продемонстрированы экспериментальные возможности методов интегральной и «пролётной» индикатрис по определению размера и показателя преломления неоднородных составляющих природных и искусственных дисперсных сред. Развита теоретическая база использования метода интегральной индикатрисы для диагностики частиц, имеющих радиальную структуру, используя модели двухслойных, «просветлённых» и с усреднённым по объёму показателем преломления частиц. Показано, что при переходе к эффективным координатам для определения среднего эффективного размера неоднородных частиц взвеси возможно использование метода интегральной индикатрисы, разработанного для взвесей однородных частиц. При этом идентифицируется эффективный размер, который зависит от соотношения объёмных поляризуемостей ядра и оболочки.
Вторая часть монографии посвящена исследованию функциональной структуры природных водных экосистем, обусловленной наличием в ней внутренних активных границ, связанных с дисперсиями. С использованием методов светорассеяния рассмотрены процессы адсорбции растворённых органических веществ на частицах минеральной взвеси, выведены зависимости структурных параметров органоминерального детрита (ОМД) от формирующих их факторов, оценена зона влияния граничной поверхности частиц на водную среду. Выявлены внутренние связи и механизмы взаимодействия ОМД с бактерио-и фитопланктоном. Предложена схема включения органо-минерального детрита в общий комплекс трофической микробиальной сети. В первой обзорной главе представлена теория адсорбции, на основе литературных данных рассмотрены гидрооптические показатели и физические характеристики органических и взвешенных веществ и оценен сравнительный вклад различных взвесей в оптику водных сред, а также приведены оптические характеристики, состав и численность, характерные особенности фито- и бактериопланктона в природных водоёмах как основных звеньев в трофической цепи планктонного сообщества. Во второй главе дан краткий обзор методов измерения гидрооптических характеристик и аппаратуры, используемых для исследований водных экосистем. Третья глава посвящена изучению процессов адсорбции органических веществ на неорганической взвеси. На основе оптических методов и аппаратуры проведены исследования дисперсной структуры различных водоёмов. В качестве контрастных объектов исследования
