Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Тёрнер Э. -> "Биосенсоры: основы и приложения" -> 304

Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.

Тёрнер Э., Карубе И., Уилсон Дж. Биосенсоры: основы и приложения — М.: Мир, 1992. — 614 c.
Скачать (прямая ссылка): biosensoriosnoviiprilojeniya1992.djvu
Предыдущая << 1 .. 298 299 300 301 302 303 < 304 > 305 306 307 308 309 310 .. 355 >> Следующая

мы рассмотрим механизмы рассеяния лазерного света частицами (размером от
макромолекул до микроорганизмов и более крупными), использование этого
явления для изучения размеров частиц, их формы и скорости движения,
других потенциально полезных для биотехнолога параметров и затем обсудим,
как эти методы могут быть воплощены в биосенсорах.
34.2. Основы теории рассеяния света
Лазерный пучок обладает рядом параметров, которые могут быть весьма
постоянны во времени, а при взаимодействии с различными типами метериалов
легко и специфично меняются, причем такая модификация поддается весьма
точному анализу. Некоторые из этих параметров упоминались во введении. К
ним относятся интенсивность, монохроматичность, фаза, поляризация и т.д.
Достоинства лазера связаны с тем, что эти параметры воспроизводятся с
погрешностью нередко менее 1%, а сам лазерный контроль является
неразрушающим (т. е. без возмущения и загрязнения исследуемой системы).
Рассеяние света малыми частицами является предметом интенсивного
исследования уже более 100 лет, по этому вопросу имеются хорошие обзоры и
обширная литература (см., например, [37, 55, 60, 101]). При разработке
биосенсоров приходится иметь дело прежде всего с тремя взаимосвязанными
типами рассеяния света частицами определенных размеров: рэлеевское
рассеяние, рассеяние Рэлея-Ганса-Дебая (РГД) и рассеяние Ми.
34.2.1. Рэлеевское рассеяние
Рассмотрим частицу диэлектрического (не поглощающего) материала,
освещенную коллимированным плоскополяризованным светом с длиной волны
много большей, чем максимальный размер частицы.
Падающий свез индуцирует в частице флуктуирующий дипольный момент, при
этом частица выступает как точечный источник, одинаково излучающий по
всем направлениям, перпендикулярным оси диполя. Интенсивность (/) света,
рассеянного частицей в этой плоскости, обратно пропорциональна четвертой
степени длины волны X и прямо пропорциональна объему частицы V:
V2
1ос -
540
Глава 34
Падающий едет /"
Интенсивность рассеянного света /"
Частица
О Угол измерения в
fSO
Рис. 34.1. Рассеяние света частицами по теории Рэлея (а), Рэлея-Ганса-
Дебая (б) и Ми (в). Для всех типов рассеивающих частиц рассеяние света в
плоскости, перпендикулярной плоскости поляризации падающего света (10),
описывается графиком зависимости интенсивности рассеянного света от угла
измерения в и соответствующими диаграммами рассеяния в полярных
координатах (изменение интенсивности рассеянного света в круге +180° для
симметричной частицы).
В плоскости, параллельной индуцированному диполю (т. е. параллельной
плоскости поляризации падающего света), интенсивность рассеянного света
падает до нуля при угле, равном 90° (продольные волны в электромагнитном
излучении отсутствуют). Диаграмма рассеяния в полярных координатах
схематически показана на рис. 34.1, а.
34.2.2. Рассеяние Рэлея-Ганса-Дебая
Частицы, размер которых соизмерим с длиной волны падающего света, а
показатель преломления почти такой же, как у окружающей среды (Ап ^
0,05), слабо рассеивают свет. В этом случае полярная диаграмма
показывает, что в направлении, обратном направлению исходного лазерного
пучка, свет рассеивается меньше. Таким образом,
V2
1к^Р{К).
Рассеяние лазерного света
541
Здесь Р(К) характеризует помехи, связанные с тем, что размер частиц
приближается к длине волны падающего света, а угловая зависимость
рассеяния выражается через модуль вектора рассеяния:
где "^показатель преломления окружающей частицу среды; А,-длина волны
падающего света и 0-угол между направлением пучка и направлением, по
которому он измеряется. При определенных значениях 0 свет не рассеивается
вообще. Таким образом, получается характерная картина рассеяния в виде
двух окружающих частицу лепестков. Рассеяние по механизму РГД характерно
для многих биологических макромолекул и микроорганизмов и происходит в
основном в направлении распространения пучка [62].
34.2.3. Рассеяние Ми
При размере частиц, большем или равном длине волны света, и произвольном
показателе преломления необходимо использовать теорию рассеяния, развитую
Ми. Здесь также преобладает рассеяние в прямом направлении (рис. 34.1,
в), однако на полярной диаграмме появляется еще несколько лепестков.
Число минимумов на полярной диаграмме больше, но они менее выражены, чем
в случае РГД-рассеяния, вследствие фазового распределения световой
энергии вокруг поверхности частицы.
Формула Ми для интенсивности рассеяния включает ряды суммирования сложных
функций и, таким образом, предполагает довольно большой объем
вычислительной работы. Существуют, однако, два простых аналитических
приближения, которые часто применимы. В приближении Фраунгофера [97]
предполагается, что частицы непрозрачны и размер их больше длины волны
света; оно достаточно хорошо описывается известным графиком Эйри. В
приближении аномальной дифракции [101] принимается, что размер частиц тот
же, но их показатель преломления близок к показателю преломления среды.
Предыдущая << 1 .. 298 299 300 301 302 303 < 304 > 305 306 307 308 309 310 .. 355 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed