Основные элементы спектрального прибора

Г.Н. Змиевской, А.В. Кобелев

СПЕКТРАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ТИПА КСВУ-23

В БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Методические указания

к проведению лабораторной работы

по курсу

«Биомедицинская оптика»

Под редакцией А.В. Самородова

Москва                                                2018 г.

Целью настоящей работы является ознакомление с методами спектрального анализа в биомедицинских исследованиях на примере изучения возможностей модифицированного спектрального комплекса КСВУ-23.

Введение. Основные понятия спектрального анализа в оптическом диапазоне.

Оптическим диапазоном электромагнитных волн принято считать область длин волн 10 нм…1000 мкм. Оптический диапазон подразделяется по длинам волн на ультрафиолетовое излучение (10…400 нм), видимое (400-760 нм) и инфракрасное (0,76…1000 мкм). Иногда нижнюю границу видимого диапазона опускают до 380 нм, чтобы на видимый свет приходилась ровно одна октава (изменение длины волны в 2 раза), но многочисленный опыт наблюдений в коротковолновом участке видимого спектра говорит о том, что для восприятия большинства людей излучение с длиной волны короче 400 нм недоступно.

Любой периодический процесс, как известно, можно представить в виде суммы гармонических колебаний. Принято называть спектром распределение интенсивности излучения по длинам волн или частотам.

Для представления спектров используют различные величины, характеризующие волновой процесс. Наиболее общей является частота колебаний, однако в силу ряда причин в практической спектроскопии непосредственное измерение частоты крайне затруднительно (прежде всего потому, что оптическая частота представляет собой большую величину, и для ее регистрации быстродействие традиционных фотоприемных устройств недостаточно). Поэтому обычно используется шкала длин волн.

Часто используется для спектральных измерений величина, обратная длине волны и называемая волновым числом. Если выражать длину волны в микрометрах, то для волнового числа удобно использовать формулу

,                                                     (1)

в результате получается волновое число в обратных сантиметрах.

В зависимости от физической природы изучаемого явления различают эмиссионные спектры (спектры испускания); абсорбционные спектры (спектры поглощения); трансмиссионные спектры (спектры пропускания); люминесцентные спектры, объединяющие анализ поглощенного и испущенного в процессе люминесценции излучения; спектры рассеяния (в том числе комбинационного рассеяния) и т.д. В целом оптический спектральный анализ сегодня представляет собой исключительно продвинутую и всеобъемлющую область исследований.

Особенно важное значение достижения оптического спектрального анализа имеют в биологии и медицине, поскольку характерные частоты возбуждения биомолекул и различных биомолекулярных комплексов находятся как раз в оптическом диапазоне. Следовательно, владея методами неразрушающего контроля состояния биообъектов, можно с помощью спектрального анализа получать уникальную информацию, недоступную для других методов исследования.

Спектр чаще всего изображается графически в виде зависимости от длины волны или частоты (реже ― от пространственной частоты) какой либо оптической характеристики исследуемого объекта (поток излучения, коэффициент поглощения, коэффициент пропускания и т.п.). Распространено также представление спектра в виде таблиц, что менее наглядно, зато более удобно для количественного анализа. Обычно исследователь имеет под рукой и табличное, и графическое представление спектров.

Основные элементы спектрального прибора.