Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред - Лопатин В.Н.
ISBN 5-9221-0547-7
Скачать (прямая ссылка):
В разделе 2.2 в рамках аппроксимации ВКБ для области малых (А < 1) и больших (А > 1) фазовых сдвигов получены простые формулы, позволяющие эффективно решать на их основе обратную задачу (определение показателя преломления и размера исследуемых частиц) при условии, что данные частицы попадают в области А ^ 2 и А > 10.
4.2. Постановка эксперимента
Экспериментальные измерения проводились при концентрации гу-миновых кислот в тестируемых пробах 10 и 20 мг/л. Данный интервал концентраций растворённых органических веществ наиболее характерен для значительной части рек и озёр, не подвергавшихся значительному антропогенному воздействию. Исходя из оценок концентраций адсорбента, сделанных в [151], были выбраны две концентрации исследуемых частиц латекса и глины: 8 • 109 част./л и 16 • 109 част./л. При этом была выбрана фракция глины с узким разбросом среднего размера частиц (время осаждения — от 2 до 6 часов) со средним размером
1.0 мкм (проба готовится методом отмачивания в дистиллированной воде, в основе которого лежит эффект уменьшения мутности во времени за счёт разных скоростей оседания неодинаковых частиц), а также две размерные фракции латекса со средними размерами: d = 1.0 (М 150 — индекс класса по ГСО) и 1.5 мкм (М 200 — индекс класса по ГСО), где d — диаметр частиц с относительной дисперсией размеров 6% (ГСО ОМИКС).
С помощью дифференциального спектрофотометра ДСФГ-2 снимались спектры поглощения (%) света тестируемых суспензий. Описание методик приготовления суспензий и их характеристики, регистрируемые на спектрофотометре ДСФГ-2, подробно описаны в параграфе 3.1 части 2.
С использованием сканирующего проточного цитометра были измерены экспериментальные «пролётные» индикатрисы частиц для различных проб (от 500 до 1000 для каждого сорта частиц), после чего использовался метод FLSI для определения размера и показателя преломления исследуемых частиц. При этом перед измерениями «пролётных» индикатрис неизвестных частиц производится калибровка по
микрочастицам с известным средним показателем преломления и размером, например, по латексным частицам со средним размером d = 2.5 мкм (Polysterene particles, Cat. № ASIII P55).
4.3. Теоретическое исследование влияния структурной неоднородности исследуемых частиц на точность метода интегральной индикатрисы по определению
дисперсности
Как уже упоминалось, в природной среде большинство частиц являются неоднородными. Примерами могут служить биологические клетки и микроорганизмы, саже-ледяные частицы космической пыли, град, обводненные атмосферные ядра конденсации. Даже аэрозольные частицы и кристаллы льда имеют различные включения (сажа, пузырьки воздуха, тонкие плёнки на поверхности) и т.д. Для получения объективных количественных данных о таких частицах необходимо учитывать наличие внутренней структуры.
При решении большого числа практических задач в оптике мутных сред для описания светорассеяния частиц с внутренней неоднородностью часто используются модели радиально-симметричных сфер. Можно выделить три типа радиально структурированных частиц: двухслойные частицы, многослойные частицы и неоднородные сферы с произвольным законом радиального распределения.
Обобщение теории Ми на двухслойные частицы было дано ещё в 1951 г. [317]. Подробные результаты по двухслойным сферическим частицам, включая экспериментальные, можно найти в работах [318-324]. Так, например, в работе [318], используя теорию Ми для двухслойных частиц, исследовали характеристики рассеяния частиц со стеклянным ядром, покрытым глицерином. В работе [319] рассмотрены резонансы энергий и интенсивности рассеяния двухслойных частиц в зависимости от их размера, размера ядра, показателей преломления ядра и внешней оболочки и т. д.
Двухслойный шар как модель биологических частиц рассматривался в [180, 325-333]. Так, в [325, 326] проведено теоретическое исследование больших двухслойных частиц (диаметр ^10 мкм) с показателем преломления, близким к показателю преломления сферических клеток млекопитающих. Показано, что информацию о внутренней структуре несёт интенсивность, рассеянная в средний и задний диапазон углов. Проведены экспериментальные измерения с использованием теоретической модели двухслойного шара. В [327] рассмотрено светорассеяние липидных бислойных пузырьков (влияние показателя преломления на характеристики светорассеяния), которые можно рассматривать как прообраз биологических мембран. В [328] с использованием РГД-при-ближения при усреднении поляризуемости по объёму частицы рассмотрены характеристики светорассеяния двухслойной сферической части-
цы (модель клетки крови с ядром). Полученные данные могут быть использованы в проточной цитометрии, например, для дифференцировки лейкоцитов крови человека в потоке. В [329] с использованием четырёх теоретических моделей: непрозрачного диска, однородного шара, непрозрачного кольца и двухслойного шара, исследованы характеристики рассеяния биологических клеток с ядром. При сравнении этих моделей было установлено, что дифракция на краях ядра и всей клетки является основным механизмом рассеяния в малые углы. Показано, что светорассеяние двухслойного шара имеет тонкую структуру, зависящую от общего размера частицы, и огибающую структуру, зависящую от относительного размера ядра. В [331] с помощью метода ЕВСМ решена задача трёхмерного рассеяния многослойного диэлектрического объекта. При использовании в качестве модели бактерий вытянутого двухслойного сфероида получены угловые характеристики светорассеяния, а также сечения ослабления, рассеяния и рассеяния назад. Показано, в частности, что к изменению внутренней структуры наиболее чувствительно сечение рассеяния назад. Детальное исследование светорассеивающих характеристик трёхслойной модели клеток можно найти в [234].
