Дифракционная решетка. Дифракционный спектр.

Дифракционная решётка — оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света. Представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность.

Формула дифр решетки

Дифракционный спектр -цветовая картина, получаемая при прохождении поступающего света через дифракционую решётку

32.-Измерение размеров микроскопических объектов с помощью микроскопа. Для этого применяют окулярный микроскоп – круглуюстеклянную пластинку, на которой нанесена шкала с делениями.

-Микропроекция и микрофотография. Формирование микроскопического изображения происходит с участием человека и завершается образованием действительного изображения в глазу.

-Метод фазового контраста. Интенсивность световой волны, проходящей через прозрачный объект, почти не изменяется,но фазы претерпевают изменения, зависящие от толщины объекта и его показателя преломления.В этом смысле прозрачные объекты называют дефазирующими.

-Ультрамикроскопия – метод обнаружения частиц, размеры которых лежат за пределами разрешения микроскопаю Этот метод позволяет регистрировать частицы размером до 2 мкм;его используют в частности с санитарно-гигиеническими целями для определения частоты воздуха.
33. Светопроводящий аппарат глаза образован роговицей, жидкостью передней камеры, хрусталиком и стекловидным телом. Первые три элемента подобны собирающим линзам, а последний - рассеивающей.
Световоспринимающим (рецепторным) аппаратом глаза является сетчатка, в которой находятся светочувствительные зрительные клетки. Сетчатка - это часть мозга, отделившаяся от него на ранних стадиях развития, но все еще связанная с ним посредством пучка волокон - зрительного нерва. Она имеет форму пластинки толщиной приблизительно в четверть миллиметра. Светочувствительные клетки (палочки и колбочки), являющиеся фоторецепторами, расположены на задней поверхности сетчатки
Аккомодация - приспособление глаза к четкому видению различно удаленных предметов.
Острота зрения равна отношению минимального углового размера символа, распознаваемого нормальным глазом, к угловому размеру символа, распознаваемого пациентом.
34. Характеристики теплового излучения.
Поток (мощность) излучения (Ф) – энергия, излучаемая за 1 с со всей поверхности нагретого тела по всем направлениям в пространстве и во всем спектральном диапазоне:
Энергетическаясветимость (R) – энергия, излучаемая за 1 сек с 1 м²поверхности тела по всем направлениям и во всем спектральном диапазоне.
Спектральная плотностьэнергетической светимости(r_l) – энергия, излучаемая с 1 м²в единичном спектральном диапазоне
1) абсолютно черные тела: для них коэффициент поглощения α=1 на всех длинах волн – абсолютно черное тело полностью поглощает все падающее на него излучение. Солнце – абсолютно черное тело, Т = 6000 К.
2) серые тела: коэффициент поглощения α < 1 и одинаковый на всех длинах волн. Эти тела не полностью, но одинаково поглощают излучение на всех длинах волн.
3) все остальные тела: для них коэффициент поглощения α <) и эта зависимость представляет собой спектр поглощения тела (кривая 3).l1 и разный на разных длинах волн, т.е. α = f(

35.Энергетическая светимость черного света.

36.Инфракрасное излучение является низкоэнергетическим и для глаза человека невидимо, поэтому для его изучения созданы специальные приборы – тепловизоры (термографы), позволяющие улавливать это излучение, измерять его и превращать его в видимую для глаза картину.
Термография – диагностический метод, основанный на регистрации теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков. Картина распределения температур поверхности тела называется термограммой. Части тела с разной температурой различаются на экране используемого прибора (тепловизора) либо цветом, либо интенсивностью.
37. Основной закон фотобиологии гласит: биологический эффект вызывает свет только такой длины волны, при которой он поглощается молекулами клеток, а наличие фотобиологического эффекта опр:еделенно указывает на присутствие в клетках молекул, поглощающих кванты света данной области спектра.
Поглощение света - уменьшение его интенсивности при прохождении через вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.
Закон Бугера — Ламберта — Бера:
I_l=I₀e^{-χ l c} или I_l=I₀ 10^{-χ́ l c} или I_l=I₀e^{-ε C l},где χи χ́— натуральный (или монохроматический натураль­ный) показатель поглощения и показатель ε поглощения света на единицу концентрации вещества, с — концентрация растворенно­го вещества, е — молярный показатель поглощения, С — моляр­ная концентрация.
38. Спектральный анализ – это физический метод определения состава вещества, основанный на изучении спектров испускания, поглощения, отражения и люминесценции.
Спектр поглощения (абсорбционный) - обусловлен энергетическим переходом из состояния с меньшей энергией в состояние с большей энергией.
Спектрофотометр (от спектр, фото и измерение) — прибор для исследования свойств различных веществ на основе анализа спектрального состава отражённого или прошедшего через вещество излучения в оптическом диапазоне по отражению (поглощению) различных длин волн электромагнитного излучения.
Фотоколори́метр — оптический прибор для измерения концентрации веществ в растворах. Действие колориметра основано на свойстве окрашенных растворов поглощать проходящий через них свет тем сильнее, чем выше в них концентрация окрашивающего вещества. В отличие от спектрофотометра, измерения ведутся в луче не монохроматического, а полихроматического.
39. Фотобиологическими называют процессы, начинающиеся с поглощения света биологическим соединением и заканчивающиеся определенной физиологической реакцией организма. Фотохимические и фотофизические процессы являются ключевыми в жизнедеятельности биосистем. Подавляющее большинство фотобиологических реакций относятся к эндергоническим, то есть фотопродукты обладают большим запасом внутренней энергии, чем исходные вещества. По биологическому аспекту эти процессы могут быть разделены на две группы.
1. Физиологические – образующиеся фотопродукты необходимы для нормального функционирования биосистемы, являются одним из звеньев обмена веществ и энергии. Различают:
– энергетические (фотосинтез) – обеспечивают аккумулирование солнечной энергии;
– информационные (зрение, фототаксисы) – фотопродукты инициируют специализированные механизмы и организм получает информацию о состоянии внешней среды;
– фотобиосинтетические – фотохимические стадии синтеза некоторых органических соединений (витаминD).
2. Деструктивно-модифицирующие – под действием света происходит повреждение биомолекул и поражение клеток или организма (эритема, помутнение хрусталика и т.д.).
Стадии фотобиологических процессов:1. Поглощение кванта света.2. Внутримолекулярные процессы превращения энергии.3. Межмолекулярный перенос энергии возбужденного состояния.4. Первичный фотохимический процесс.5. Темновые превращения первичных фотохимических продуктов и образование стабильных соединений.6. Биохимические реакции с участием фотопродуктов.7. Общефизиологический ответ на действие света.
Хромофорные группы — Функциональные группы, которыеобеспечивают цвет соединений.
В медицине большое значение имеют фотобиологические процессы, возникающие в результате поглощения света экзогенными веществами или эндогенными соединениями, концентрация которых резко возрастает при некоторых патологиях.
Вещества, повышающие чувствительность организма к ультрафиолетовому или видимому свету, в фотобиологии называются фотосенсибилизаторами.
По механизму действия фотосенсибилизаторы делятся на два типа.
Фотосенсибилизаторы I типа под действием света сами химически изменяются, их эффект не зависит от присутствия кислорода. Например, в терапии псориаза широко используют псоралены, которые применяют совместно с УФА-облучением (ПУФА-воздействие).
40. Согласно жидкостно-мозаичноймодели, предложенной в 1972 г. Николсоном и Сингером, плазматическая мембрана — жидкая динамическая система с мозаичным расположением белков и липидов. Согласно этой модели,белковые молекулы плавают в жидком фосфолипидном бислое, образуя в нём своеобразную мозаику, но поскольку бислой обладает определённой текучестью, то и сам мозаичный узор не жестко фиксирован; белки могут менять в нем свое положение. Толщина плазматической мембраны — примерно 7,5.Основу мембраны составляет билипидный слой; оба липидных слоя образованы фосфолипидами. Фосфолипиды — триглицериды, у которых один остаток жирной кислоты замещён на остаток фосфорной кислоты. Участок молекулы, в котором находится остаток фосфорной кислоты, называют гидрофильной головкой; участок, в котором находятся остатки жирных кислот — гидрофобным хвостом. гидрофобные концы молекул обращены друг к другу (от воды), а гидрофилные головки наружу,к воде.
Помимо липидов, в состав мембраны входят белки (в среднем до 60%). Ониопределяют большинство специфических функций мембраны;периферические белки расположены на наружной или внутренней поверхности билипидного слоя;полуинтегральные белки частично погружены в липидный билипидный слой на различную глубину;т рансмембранные, или интегральные белки пронизывают мембрану насквозь.Углеводный компонент мембран (до 10%) представлен олигосахаридными или полисахаридными цепями,форм. поверхностную оболочку толщиной 50 нм — гликокаликс.
41. При достижении критической температуры в липидном бислое происходит фазовый переход. Жидкий кристалл переходит в со стояние геля и обратно.

Липиды могут перемещаться в плоскости мембраны(латеральная диффузия),а также переходить из одного монослоя в другой(флип-флоп переходы)
42. Пассивный транспорт — перенос веществ по градиенту концентрации из области высокой концентрации в область низкой, без затрат энергии (например, диффузия, осмос). Диффузия — пассивное перемещение вещества из участка большей концентрации к участку меньшей концентрации.
При простой диффузии частицы вещества перемещаются сквозь билипидный слой. Направление простой диффузии определяется только разностью концентраций вещества по обеим сторонам мембраны. Путём простой диффузии в клетку проникают гидрофобные вещества (O2,N2,бензол) и полярные маленькие молекулы (CO₂, H₂O, мочевина). Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки).
Облегченная диффузия. Большинство веществ переносится через мембрану с помощью погружённых в неё транспортных белков (белков-переносчиков). Все транспортные белки образуют непрерывный белковый проход через мембрану.
Уравнение Фика(диффузии):

Уравнение Нернста-Планка:
44.Активный транспорт веществ происходит из зоны меньшей конц. В сторону большей конц. За счет АТФ.
первично-активный транспорт использует АТФ и осуществ. Деятельность ионных насосов K/Na,Ca
вторично-активный транспорт использует энергию градиента какого-то иона для транспорта других ионов,глюкозы,аминокислот.
Опыт Уиссинга.
Опыт с переносом ионов натрия через кожу лягушки, которая имеет более сложную структуру, чем одиночная мембрана. Кожу лягушки можно представить как два последовательно расположенных барьера. Наружный барьер 1 (мембрана) отличается тем, что он избирательно проницаем для ионов натрия, но не калия. В то же время внутренняя мембрана 2 более проницаема для калия, чем для натрия.снаружи и изнутри камеры заполнены раствором Рингера, содержащим ионы натрия, калия, кальция и хлора.В результате пассивного транспорта ионы натрия диффундируют из наружного раствора в кожу. При этом цитоплазма заряжа­ется положительно относительно этого раствора. Ионы калия, проходя из цитоплазмы во внутренний раствор, заряжают ее от­рицательно. Таким образом, на коже лягушки между внутренним и внешним барьерами возникает разность потенциалов. С помощью амперметра был зарегистрирован ток в цепи, проходящий через кожу лягушки. Это свидетельствует о том, что через кожу лягушки происходит односторонний перенос заряженных частиц. Методом меченых атомов было показано, что имеет место движение ионов натрия от наружного раствора к внутреннему. Таким образом, результаты опыта Уссинга показа­ли, что перенос ионов натрия через кожу лягушки подчиняется законам активного транспорта.
45.Мембранный потенциал покоя – трансмембранный потенциал, регистрируемый до начала действия раздражителя.
Условия возникновения МПП: наличие ионных градиентов и разная проницаемость мембран для ионов.
Механизмы возникновения:
1)диффузия К+ из клетки по каналам утечки до равновесного потенциала – главный механизм.
2)ассиметричная работа К/Na насоса создает поляризацию мембраны (в клетку 2К – из клетки 3Na)
3)Небольшая диффузия Na по каналам утечки внутрь клетки.
Суммарный вклад всех ионов рассчитывается по уравнению Гольдмана-Ходжкна-Катца:

Р – проницаемость,F – число Фарадея,z – валентность иона с уч.знака
Биологическое значение МПП.
Функциональное значение МПП заключается в готовности клетки принимать информацию, т. е. реагировать на воздействия.
46.Потенциал действия – общее изменение разности потенциалов на мембране, происходящее при возбуждении клеток.
Механизм образования: при возбуждении в мембране открываются каналы для ионов натрия, в результате отриц.заряд с внутренней стороны становится положительным, что сообветсвует пику мембранного потенциала(фаза деполяризации). Затем поступление натрия прекращается. Натриевые каналы закрыв.,но откр. калиевые. Калий выходит из клетки, пока не восстановится первоначальный потенциал(фаза реполяризации). Выход ионов калия продолжается дольше, поэтому образуется небольшой минимум(запаздывающий потенциал).
Свойства ПД:

1)возникает при действии пороговых и сверхпороговых раздражителей. Амплитуда не зависит от силы раздражителя. Всегда максимален по величине, т. е. подчиняется закону «Все или ничего»;

2)распространяется по мембране без изменения амплитуды.

Биологическое значение ПД:
-кодировка информации при помощи изменения частоты образования ПД и изменения временных промежутков между ПД. ПД явл. Основным способом получения и передачи информации.
Изменение возбудимости клеток при ПД.
1)фаза абсолютной рефрактерности
2)фаза относительной рефрактерности
3)фаза супернормальной возбудимости
4)фаза субнормальной возбудимости.
47.Устройство рентгеновской трубки.

В результате торможения электрона электростатическим полем атомного ядра и атомных электронов веществ антикатода возникает тормозное рентгеновское излучение. Механизм его можно пояснить следующим образом. С движущимся электрическим зарядом связано магнитное поле, индукция которого зависит от скорости электрона. При торможении уменьшается магнитная индукция и в соответствии с теорией Максвелла появляется электромагнитная волна. При торможении электронов лишь часть энергии идет на создание фотона рентгеновского излучения, другая часть расходуется на нагревание анода.При торможении большого количества электронов возникает рентгеновское излучение с непрерывным(сплошным) спектром
Увеличивая напряжение на рентгеновской трубке, можно заметить на фоне сплошного спектра появление линейчатого, который соответствует характеристическому рентгеновскому излучению. Оно возникает вследствие того, что ускоренные электроны проникают в глубь атома и из внутренних слоев выбрасывают электроны. На свободные места переходят электроны с верхних уровней, в результате высвечиваются фотоны характеристического излучения.
48. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом.
1)Когерентное рассеяние.
Рассеяние длинноволнового рентгеновского излучения происходит в основном без изменения длины волны, оно возникает, когда энергия фотона меньше энергии ионизации.
2) Некогерентное рассеяние.(эффект Комптона)
Длина волны изменяется, а энергия фотона больше, чем энергия ионизации.
3)Фотоэффект.
-рентгеновское излучение поглощается атомом, в результате чего вылетают электроны из глубоких оболочек атома.
49.Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине.
Рентгендиагностика - просвечивание внутренних органов с диагностической целью.
Используют фотоны с энергией порядка 60-120 кэВ.(кило электрон вольт)
Рентгеноскопия – изображение рассматривают на рентгенлюминесцирующем экране.
Рентгенография - изображение фиксируется на фотопленке.
Томография – послойное рентгеновское изображение части тела.
Рентгенотерапия – уничтожение злокачественных опухолей.
50.Радиактивность – самопроизвольное превращение ядер одних элементов в ядра других с испусканием частиц или квантов э/м излучения.
Альфа-распад — это положительно заряженные ионы гелия, образующиеся при распаде ядер, как правило, тяжелых естественных элементов (радия, тория и др.). Эти лучи не проникают глубоко в твердые или жидкие среды, поэтому для защиты от внешнего воздействия достаточно защититься любым тонким слоем, даже листком бумаги.

Бета-распад представляет собой поток электронов, образующихся при распаде ядер как естественных, так и искусственных радиоактивных элементов. Бета-излучения обладают большей проникающей способностью по сравнению с альфа-лучами, поэтому и для защиты от них требуются более плотные и толстые экраны.
*электронный или β-распад

*позитронный или β+-распад

*электронный захват

Гамма-излучение, или кванты энергии (фотоны), представляют собой жесткие электромагнитные колебания, образующиеся при распаде ядер многих радиоактивных элементов.При испускании гамма-излучения ядро некоторого элемента переходит из возбужденного в невозбужденное состояние. Излучающийся при этом квант называется гамма-квантом. Эти лучи обладают гораздо большей проникающей способностью. Поэтому для экранирования от них необходимы специальные устройства из материалов, способных хорошо задерживать эти лучи (свинец, бетон, вода).
Закон радиоактивного распада.
-зависимость числа неравпавшихся ядер от времени:
N(t) – число неравпавшихся ядер к моменту времени
N 0 – начальное число неравпавшихся ядер.
Период полураспада
-время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер: .
51. Основы действия радиоактивного излучения на организм.
Общие закономерности действия:
-развитие больших нарушений в системе при малой поглощенной энергии
-воздействие на последующие поколения через наследственный аппарат
-наличие скрытого, латентного периода
-неодинаковая чувствительность разных типов клеток
Этапы действия:
-процессы возбуждения и ионизации атомов
-образование радикалов
-хим.реакции радикалов с молекулами
-медленные фазы изменения клеточных структур и функций.
1. Опосредованное действие на биомолекулы (Радиолиз воды)
взаимодействие вводы с радикалами органических молекул приводит к образованию их радикалов и гидропероксидов.
2. Прямое повреждение молекул.
образование ионов, радикалов и перекисей органических молекул при их непосредственном взаимодействии с ионизующим излучением.
В конечном итоге накопление этих продуктов приводит к повреждению генетического аппарата, биомембран и нарушению функционирования организма.
52. Дозиметрия ионизирующих излучений.
Дозиметрия - раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для их измерения.
Поглощенная доза
Поглощенная доза (D) - величина, равная отношению энергии ΔΕ, переданной элементу облучаемого вещества, к массе Δm этого элемента:

В СИ единицей поглощенной дозы является грей (Гр)
1 Гр - это поглощенная доза ионизирующего излучения любого вида, при которой в 1 кг массы вещества поглощается энергия 1 Дж энергии излучения.
В практической дозиметрии обычно пользуются внесистемной единицей поглощенной дозы - рад (1 рад = 10^-2 Гр)
. Эквивалентная доза
Величина поглощенной дозы учитывает только энергию, переданную облучаемому объекту, но не учитывает «качество излучения». Понятие качества излучения характеризует способность данного вида излучения производить различные радиационные эффекты. Для оценки качества излучения вводят параметр - коэффициент качества.
Коэффициент качества (К) показывает, во сколько раз биологическое действие данного вида излучения больше, чем действие фотонного излучения, при одинаковой поглощенной дозе. Коэффициент качества - безразмерная величина.
Эквивалентная доза (Н) равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества для данного вида излучения:

В СИ единица эквивалентной дозы называется Зивертом (Зв). Наряду с Зивертом используется и внесистемная единица эквивалентной дозы - Бэр (биологический эквивалент рентгена): 1 бэр = 10^-2 Зв.
Экспозиционная доза
В качестве характеристики ионизирующего действия излучения используют другую величину, называемую экспозиционной дозой. Экспозиционная доза является мерой ионизации воздуха рентгеновскими и γ-лучами.
Экспозиционная доза (Х) равна заряду всех положительных ионов, образующихся под действием излучения в единице массы воздуха при нормальных условиях.
В СИ единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг). Кулон - это очень большой заряд. Поэтому на практике пользуются внесистемной единицей экспозиционной дозы, которая называется рентгеном (Р), 1 Р = 2,58х10^-4 Кл/кг. При экспозиционной дозе 1 Р в результате ионизации в 1 см³ сухого воздуха при нормальных условиях образуется 2,08х10⁹ пар ионов. Мощность дозы.
-доза излучения за единицу времени
53. Применение радиофармпрепаратов:
1)оценка миграции меченых атомов и активности органов по скорости включения изотопов
2)обнаружение метастаз органа по включению характерных изотопов
3)определение объема внутренних жидкостей
4)исследование анатомической структуры органа
Критерии выбора фармпрепарата:
1)получение максимальной информации при минимальной нагрузке больного
2)короткий период полураспада
3)избирательное поглощение данного элемента исследуемым органом
4)отсутствие токсических примесей,дающих долгоживущие дочерние изотопы
Лечебное применение излучения:
альфа-терапия – для разрушения опухолей
гамма-терапия – для разрушения глубокорасположенных опухолей
радоновая терапия – минеральные воды, содержащие радон используют для воздействия на кожу, органы пищеварения, органы дыхания.