Світлова мікроскопія
Світлова мікроскопія забезпечує збільшення до 2-3 тисяч разів, кольорове та рухоме зображення живого об'єкта, можливість мікрокінозйомки та тривалого спостереження того самого об'єкта, оцінку його динаміки та хімізму.
Основними характеристиками будь-якого мікроскопа є здатність і контраст. Роздільна здатність - це мінімальна відстань, на якій знаходяться дві точки, що демонструються мікроскопом окремо. Роздільна здатність людського ока в режимі найкращого бачення дорівнює 0.2 мм.
Контраст зображення – це відмінність яскравостей зображення та фону. Якщо ця відмінність становить менше 3 - 4%, то його неможливо вловити ні оком, ні фотопластинкою; тоді зображення залишиться невидимим, навіть якщо мікроскоп дозволяє його деталі. На контраст впливають як властивості об'єкта, які змінюють світловий потік порівняно з фоном, так і здатності оптики вловити відмінності у властивостях променя.
Можливості світлового мікроскопа обмежені хвильовою природою світла. Фізичні властивості світла - колір (довжина хвилі), яскравість (амплітуда хвилі), фаза, щільність та напрямок поширення хвилі змінюються залежно від властивостей об'єкта. Ці відмінності використовуються у сучасних мікроскопах до створення контрасту.
Збільшення мікроскопа окреслюється добуток збільшення об'єктиву збільшення окуляра. У типових дослідницьких мікроскопів збільшення окуляра дорівнює 10, а збільшення об'єктивів – 10, 45 і 100. Відповідно, збільшення такого мікроскопа становить від 100 до 1000. Деякі з мікроскопів мають збільшення до 2000. Ще більш високе збільшення немає сенсу, оскільки у своїй роздільна здатність не покращується. Навпаки, якість зображення погіршується.
Числова апертура використовується для вираження роздільної здатності оптичної системиабо світлосили об'єктива. Світлосила об'єктива -інтенсивність світла, що припадає на одиницю площі зображення, приблизно дорівнює квадрату NA. Розмір NA становить приблизно 0,95 для хорошого об'єктиву. Мікроскопи зазвичай розраховують таким чином, щоб його повне збільшення становило близько 1000 NA. Якщо між об'єктивом і зразком ввести рідину (масло або, що буває рідше, дистильовану воду), то вийде «імерсійний» об'єктив з величиною NA, що досягає 1,4, та з відповідним поліпшенням роздільної здатності.
Методи світлової мікроскопії
Методи світлової мікроскопії (освітлення та спостереження). Методи мікроскопії вибираються (і забезпечуються конструктивно) залежно від характеру та властивостей об'єктів, що вивчаються, оскільки останні, як зазначалося вище, впливають на контрастність зображення.
Метод світлого поля та його різновиди
Метод світлого поля в світлі, що проходить, застосовується при вивченні прозорих препаратів з включеними в них абсорбуючими (поглинаючими світло) частинками і деталями. Це можуть бути, наприклад, тонкі пофарбовані зрізи тварин і рослинних тканин, тонкі шліфи мінералів і т. д. Без препарату пучок світла з конденсора, проходячи через об'єктив, дає поблизу фокальної площини окуляра рівномірно освітлене поле. За наявності в препараті абсорбуючого елемента відбувається часткове поглинання і часткове розсіювання світла, що падає на нього, що і обумовлює появу зображення. Можливе застосування методу і при спостереженні неабсорбуючих об'єктів, але тільки в тому випадку, якщо вони розсіюють пучок, що висвітлює, настільки сильно, що значна частина його не потрапляє в об'єктив.
Метод косого освітлення – різновид попереднього методу. Відмінність з-поміж них у тому, що світло на об'єкт направляють під великим кутом до напряму спостереження. Іноді це допомагає виявити «рельєфність» об'єкта рахунок утворення тіней.
Метод світлого поля в відбитому світлі застосовується при дослідженні непрозорих об'єктів, що відбивають світло, наприклад шліфів металів або руд. Висвітлення препарату (від освітлювача та напівпрозорого дзеркала) проводиться зверху, через об'єктив, який водночас відіграє роль конденсора. У зображенні, створюваному в площині об'єктивом разом з тубусною лінзою, структура препарату видно з-за відмінності в її здатності елементів; на світлому полі виділяються також неоднорідності, що розсіюють падаючий на них світло.
Метод темного поля та його різновиди
Метод темного поля в світлі, що проходить (Dark-field microscopy) використовується для отримання зображень прозорих неабсорбуючих об'єктів, які не можуть бути видно, якщо застосувати метод світлого поля. Найчастіше це біологічні об'єкти. Світло від освітлювача та дзеркала направляється на препарат конденсором спеціальної конструкції – т.з. конденсор темного поля. Після виходу з конденсора основна частина променів світла, що не змінила свого напрямку при проходженні через прозорий препарат, утворює пучок у вигляді порожнистого конуса і не потрапляє в об'єктив (що знаходиться всередині цього конуса). Зображення в мікроскопі формується за допомогою лише невеликої частини променів, розсіяних мікрочастинками препарату, що знаходиться на предметному склі, всередину конуса і пройшли через об'єктив. Темнопольна мікроскопія заснована на ефекті Тиндаля (Tyndall effect), відомим прикладом якого є виявлення порошин у повітрі при освітленні їх вузьким променем сонячного світла. У полі зору темному тлі видно світлі зображення елементів структури препарату, що від довкілля показником заломлення. У великих частинок видно лише світлі краї, що розсіюють промені світла. Використовуючи цей метод, не можна визначити вид зображення, прозорі частинки чи непрозорі, більший чи менший показник заломлення вони мають проти навколишнім середовищем.
Проведення темнопільного дослідження
Предметне скло повинно бути не товще 1,1-1,2 мм, покривне 0,17 мм, без подряпин і забруднень. При приготуванні препарату слід уникати наявності бульбашок і великих частинок (ці дефекти будуть видно яскравими і не дозволять спостерігати препарат). Для темнопольної застосовують потужніші освітлювачі та максимальне напруження лампи.
Налаштування темнопольного освітлення в основному полягає в наступному:
Встановлюють світло Келером;
Замінюють світлопольний конденсор темнопольним;
На верхню лінзу конденсора наносять імерсійну олію або дистильовану воду;
Піднімають конденсор до зіткнення з нижньою поверхнею предметного скла;
Об'єктив малого збільшення фокусують препарат;
За допомогою центрувальних гвинтів переводять у центр поля зору світлу пляму (іноді має затемнену центральну ділянку);
Піднімаючи та опускаючи конденсор, домагаються зникнення затемненої центральної ділянки та отримання рівномірно освітленої світлої плями.
Якщо цього зробити не вдається, то треба перевірити товщину предметного скла (зазвичай таке явище спостерігається при використанні занадто товстого предметного скла - конус світла фокусується в товщі скла).
Після правильного налаштування світла встановлюють об'єктив потрібного збільшення та досліджують препарат.
В основі методу ультрамікроскопії лежить той же принцип – препарати в ультрамікроскопах висвітлюються перпендикулярно до напрямку спостереження. При цьому методі можна виявити (але не «спостерігати» в буквальному значенні слова) надзвичайно дрібні частинки, розміри яких лежать далеко за межами роздільної здатності найбільш сильних мікроскопів. За допомогою іммерсійних ультрамікроскопів вдається зареєструвати присутність у препараті частинок з частинок розміром до 2×10 -9 ступеня м. Але форму і точні розміри таких допомогою цього методу визначити неможливо. Їх зображення представляються спостерігачеві як дифракційних плям, розміри яких залежить немає від розмірів і форми самих частинок, як від апертури об'єктива і збільшення мікроскопа. Так як подібні частинки розсіюють дуже мало світла, то для їхнього освітлення потрібні надзвичайно сильні джерела світла, наприклад, вугільна електрична дуга. Ультрамікроскопи застосовуються в основному в колоїдній хімії.
Метод фазового розмаїття
Метод фазового розмаїття його різновид - т.з. Метод «аноптрального» розмаїття призначені для отримання зображень прозорих та безбарвних об'єктів, невидимих під час спостереження за методом світлого поля. До таких відносяться, наприклад, живі незабарвлені тваринні тканини. Суть методу в тому, що навіть при дуже малих відмінностях у показниках заломлення різних елементів препарату світлова хвиля, що проходить через них, зазнає різних змін по фазі (набуває фазовий рельєф). Ці фазові зміни за допомогою спеціального оптичного пристрою, що не сприймаються безпосередньо ні оком, ні фотопластинкою, перетворюються на зміни амплітуди світлової хвилі, тобто на зміни яскравості («амплітудний рельєф»), які вже помітні оком або фіксуються на фоточутливому шарі. Інакше кажучи, в видимому зображенні розподіл яскравостей (амплітуд) відтворює фазовий рельєф. Отримане таким чином зображення називається фазово-контрастним.
Фазово-контрастний пристрій може бути встановлений на будь-якому світловому мікроскопі і складається з:
Набір об'єктивів із спеціальними фазовими пластинками;
Конденсора з диском, що повертається. У ньому встановлені кільцеві діафрагми, що відповідають фазовим платівкам у кожному з об'єктивів;
Допоміжний телескоп для налаштування фазового контрасту.
Налаштування фазового розмаїття полягає в наступному:
Замінюють об'єктиви та конденсор мікроскопа на фазові (позначені літерами Ph);
Встановлюють об'єктив малого збільшення. Отвір у диску конденсора повинен бути без кільцевої діафрагми (позначеною цифрою "0");
Налаштовують світло Келером;
Вибирають фазовий об'єктив відповідного збільшення та фокусують його на препарат;
Повертають диск конденсора та встановлюють відповідну об'єктиву кільцеву діафрагму;
Технічно можливо створити оптичні мікроскопи, об'єктиви та окуляри яких дадуть загальне збільшення 1500-2000 і більше. Однак це недоцільно, оскільки можливість розрізнити дрібні деталі предмета обмежується дифракційними явищами. Внаслідок цього зображення найдрібніших деталей предмета втрачає різкість, може виникнути порушення геометричної подоби зображення та предмета, сусідні точки зливатимуться в одну, можливо повне зникнення зображення. Тому в оптиці існують такі поняття, що характеризують якість мікроскопа:
Роздільна здатність мікроскопа- властивість мікроскопа давати окремо зображення дрібних деталей предмета, що розглядається.
Межа дозволу- це найменша відстань між двома точками, які помітні в мікроскопі окремо.
Чим менше межа роздільної здатності, тим вище роздільна здатність мікроскопа!
Межа роздільної здатності обумовлює найменший розмір деталей, які можуть бути різними в препараті за допомогою мікроскопа.
Теорію роздільної здатності мікроскопа розробив директор заводу К.Цейса в Єні професор-оптик Е.Аббе (1840-1905). Як найпростіший мікропрепарат він взяв дифракційну решітку (рис. 2), вивчив механізм формування зображення в мікроскопі та показав наступне.
Введемо поняття апертурного кута- це кут між крайніми променями конічного світлового пучка, що йде від середини об'єкта в об'єктив (рис. 3, а). Для створення зображення, тобто для дозволу об'єкта, достатньо, щоб до об'єктиву потрапили промені, що утворюють максимуми тільки нульового і першого порядку хоча б з одного боку (мал. 2 і 3, б). Участь освіти зображення променів від більшої кількості максимумів підвищує якість зображення, його контраст. Тому промені, що утворюють ці максимуми, мають бути в межах апертурного кута об'єктива.
 |
а Б В Г)
1 - фронтальна лінза об'єктива, 2 - об'єктив
Таким чином, якщо об'єктом є дифракційна решітка з періодом dі світло падає на неї нормально (рис.2 та 3, б), то у формуванні зображення обов'язково повинні брати участь промені, що утворюють максимуми нульового та першого порядків з обох сторін, а кут j 1 - кут відхилення променів, що утворюють максимум першого порядку, відповідно повинен бути, у крайньому випадку, дорівнює куту U/2.
Якщо ж взяти ґрати з меншим періодом d', то кут j' 1 буде більшим за кут U/2 та зображення не виникне. Значить період решітки dможна прийняти за межу дозволу мікроскопа Z. Тоді, використовуючи формулу дифракційної решітки, запишемо для k=1:
Замінюючи dна Z, а j 1 на U/2, отримаємо
. (6)
Під час мікроскопії світлові промені падають на об'єкт під різними кутами. При похилому падінні променів (рис.3, г) межа дозволу зменшується, так як у формуванні зображення братимуть участь тільки промені, що утворюють максимуми нульового порядку і першого порядку з одного боку, а кут j 1 дорівнюватиме апертурному куту U. Розрахунки показують, що формула межі дозволу у разі приймає наступний вигляд:
. (7)
Якщо простір між об'єктом та об'єктивом заповнити імерсійним середовищем з показником заломлення n, який більший за показник заломлення повітря, то довжина хвилі світла l n= l ¤ n. Підставляючи цей вираз у формулу для межі дозволу (7), отримаємо
, або 
. (8)
Таким чином, формула (7) визначає межу дозволу для мікроскопа із сухим об'єктивом, а формула (8) -для мікроскопа з імерсійним об'єктивом. Величини sin 0,5 Uі n× sin0,5 Uу цих формулах називають числовою апертурою об'єктива і позначають буквою А. Враховуючи це, формулу межі дозволу мікроскопа в загальному виглядізаписують так:
Як видно з формул (8) і (9), роздільна здатність мікроскопа залежить від довжини хвилі світла, величини апертурного кута, показника заломлення середовища між об'єктивом і об'єктом, кута падіння світлових променів на об'єкт, але вона не залежить від параметрів окуляра. Окуляр ніякої додаткової інформації про структуру об'єкта не дає, якість зображення не підвищує, він лише збільшує проміжне зображення.
Роздільна здатність мікроскопа може бути підвищена за рахунок використання імерсії та зменшення довжини хвилі світла. Підвищення роздільної здатності під час використання імерсії можна пояснити так. Якщо між об'єктивом і об'єктом знаходиться повітря (сухий об'єктив), то світловий промінь при переході з покривного скла в повітря середовище з меншим показником заломлення значно змінює свій напрямок в результаті заломлення, тому менше променів потрапляє в об'єктив. При використанні імерсійного середовища, показник заломлення якого приблизно дорівнює показнику заломлення скла, зміна ходу променів у середовищі не спостерігається і більше променів потрапляє в об'єктив.
Як імерсійну рідину беруть воду ( n=1,33), кедрова олія ( n=1,515) та ін. Якщо максимальний апертурний кут у сучасних об'єктивів досягає 140 0 то для сухого об'єктиву А=0,94, а об'єктиву з масляною імерсією А=1,43. Якщо при розрахунку використовувати довжину хвилі світла l = 555 нм, до якої найбільш чутливе око, то межа роздільної здатності сухого об'єктива становитиме 0,30 мкм, а з масляною імерсією - 0,19 мкм. Значення числової апертури вказується на оправі об'єктива: 0,20; 0,40; 0,65 та ін.
Підвищення роздільної здатності оптичного мікроскопа за рахунок зменшення довжини хвилі світла досягається при використанні ультрафіолетового випромінювання. Для цього є спеціальні ультрафіолетові мікроскопи з кварцовою оптикою та пристроями для спостереження та фотографування об'єктів. Так як у цих мікроскопах використовується світло з довжиною хвилі приблизно вдвічі менше, ніж у видимого світла, то вони здатні дозволяти структури препарату розмірами близько 0,1 мкм. Ультрафіолетова мікроскопія має ще одну перевагу – з її допомогою можна досліджувати незабарвлені препарати. Більшість біологічних об'єктів прозорі у видимому світлі, оскільки не поглинають його. Однак вони мають вибіркове поглинання в ультрафіолетовій області і, отже, легко помітні в ультрафіолетових променях.
Найбільша роздільна здатність у електронного мікроскопа, так як довжина хвилі при русі електрона в 1000 разів менша за довжину світлової хвилі.
Корисне збільшення мікроскопа обмежено його роздільною здатністю і роздільною здатністю ока.
Роздільна здатність ока характеризується найменшим кутом зору, у якому людське око ще розрізняє окремо дві точки предмета. Вона лімітується дифракцією на зіниці та відстанню між світлочутливими клітинами сітківки. Для нормального ока найменший кут зору дорівнює 1 хвилині. Якщо предмет знаходиться на відстані найкращого зору - 25 см, цей кут відповідає предмету розміром 70 мкм. Цю величину вважають межею дозволу неозброєного ока Z rна відстані найкращого зору. Однак показано, що оптимальна величина Z rдорівнює 140-280 мкм. При цьому очі відчуває найменшу напругу.
Корисним збільшенням мікроскопаназивають його максимальне збільшення, у якому око ще може розрізняти деталі, рівні за величиною межі дозволу мікроскопа.
Лінійне збільшення мікроскопа дорівнює відношенню величини зображення предмета, розташованого з відривом найкращого зору, до величини самого предмета (див. формулу 1). Якщо розмір предмета приймемо межу дозволу мікроскопа Z, а розмір зображення - межа дозволу неозброєного ока з відривом найкращого зору Z r, то отримаємо формулу корисного збільшення мікроскопа:
Підставляючи у цю формулу Zз виразу (9), отримаємо
. (11)
Підставивши у формулу (11) довжину хвилі світла 555 нм (555×10 -9 м), оптимальні величини меж роздільної здатності ока 140-280 мкм (140-280×10 -6 м), знайдемо інтервал значень корисного збільшення мікроскопа
500 А < Доп< 1000 А .
Наприклад, при використанні кращих імерсійних об'єктивів з числовою апертурою 1,43, корисне збільшення становитиме 700-1400, звідси видно, що конструювати оптичні мікроскопи з великим збільшенням недоцільно. Однак на даний час це питання втратило свою гостроту у зв'язку з широким використанняму біології та медицині електронного мікроскопа, що забезпечує збільшення до 600 000, а межа дозволу - до 0,1 нм.
Якість зображеннявизначається роздільна здатність мікроскопа, тобто. мінімальною відстанню, на якій оптика мікроскопа може розрізнити окремо дві близько розташовані точки. роздільна здатність залежить від числової апертури об'єктива, конденсора та довжини хвилі світла, яким висвітлюється препарат. Числова апертура (розкриття) залежить від кутової апертури та показника заломлення середовища, що знаходиться між фронтальною лінзою об'єктива та конденсора та препаратом.
Кутова апертура об'єктива- це максимальний кут (AOB), під яким можуть потрапляти в об'єктив промені через препарат. Числова апертура об'єктивадорівнює добутку синуса половини кутової апертури на показник заломлення середовища, що знаходиться між предметним склом та фронтальною лінзою об'єктива. N.A. = n sinα де, N.A. - Чисельна апертура; n - показник заломлення середовища між препаратом та об'єктивом; sinα - синус кута α рівного половині кута АОВ на схемі.
Таким чином, апертура сухих систем (між фронтальною лінзою об'єктива та препаратом-повітря) не може бути більшою за 1 (зазвичай не більше 0,95). Середовище, що міститься між препаратом та об'єктивом, називається імерсійною рідиною або імерсією, а об'єктив, розрахований для роботи з імерсійною рідиною, називають імерсійним. Завдяки імерсії з більш високим показником заломлення ніж у повітря, можна підвищити числову апертуру об'єктива і, отже, здатність, що дозволяє.
Числова апертура об'єктивів завжди гравірується з їхньої оправах.
Роздільна здатність мікроскопа залежить також від апертури конденсора. Якщо вважати апертуру конденсора рівної апертурі об'єктива, то формула роздільної здатності має вигляд R=λ/2NA, де R - межа дозволу; λ - довжина хвилі; N.A – числова апертура. З цієї формули видно, що при спостереженні у видимому світлі (зелена ділянка спектра - λ=550нм), роздільна здатність (межа роздільної здатності) не може бути > 0,2мкм
Вплив числової апертури об'єктива мікроскопа на якість зображення
Шляхи підвищення оптичної роздільної здатності
Вибір великого кута світлового конуса, як з боку об'єктива, так і джерела освітлення. Завдяки цьому можливо зібрати в об'єктиві більш заломлені промені світла від дуже тонких структур. Таким чином, перший шлях підвищення роздільної здатності - це використання конденсора, числова апертура якого відповідає числової апертури об'єктива.
Другий спосіб - використання імерсійної рідини між фронтальною лінзою об'єктива та покривним склом. Так ми впливаємо показник заломлення середовища n, описаний у першій формулі. Його оптимальне значення, рекомендоване для імерсійних рідин становить 1.51.
Іммерсійні рідини
Іммерсійні рідининеобхідні збільшення числової апертури і відповідно підвищення роздільної здатності іммерсійних об'єктивів, спеціально розрахованих до роботи з цими рідинами і, відповідно, маркированными. Іммерсійні рідини, поміщені між об'єктивом та препаратом, мають більш високий показник заломлення, ніж повітря. Тому, відхилені дрібними деталями об'єкта промені світла, не розсіюються, виходячи з препарату, і потрапляють в об'єктив, що призводить до підвищення роздільної здатності.
Існують об'єктиви водної імерсії (марковані білим кільцем), масляної імерсії (чорне кільце), гліцеринової імерсії (жовте кільце), монобромнафталінової імерсії (червоне кільце). У світловій мікроскопії біологічних препаратів застосовуються об'єктиви водної та олійної імерсії. Спеціальні кварцові об'єктиви гліцеринової імерсії пропускають короткохвильове ультрафіолетове випромінювання та призначені для ультрафіолетової (не плутати з люмінесцентною) мікроскопії (тобто для вивчення біологічних об'єктів, що вибірково поглинають ультрафіолетові промені). Об'єктиви монобромнафталінової імерсії у мікроскопії біологічних об'єктів не використовуються.
Як імерсійна рідина для об'єктиву водної імерсії використовується дистильована вода, масляної імерсії - природне (кедрове) або синтетичне масло з певним показником заломлення.
На відміну від інших іммерсійних рідин олійна іммерсіяє гомогенною, тому що має показник заломлення рівний або дуже близький до показника заломлення скла. Зазвичай цей показник заломлення (n) розрахований для певної спектральної лінії та певної температури та вказується на флаконі з олією. Так, наприклад, показник заломлення іммерсійної олії для роботи з покривним склом для спектральної лінії D у спектрі натрію при температурі =20°С дорівнює 1,515 (nD 20 = 1,515), для роботи без покривного скла (nD 20 = 1,520).
p align="justify"> Для роботи з об'єктивами-апохроматами нормується також дисперсія, тобто різниця показників заломлення для різних ліній спектру.
Використання синтетичного іммерсійного масла краще, оскільки його параметри більш точно нормуються, і воно на відміну від кедрового не засихає на поверхні фронтальної лінзи об'єктива.
Враховуючи вищесказане, в жодному разі не можна користуватися сурогатами імерсійної олії і, зокрема, вазеліновим маслом. При деяких способах мікроскопії збільшення апертури конденсора, імерсійна рідина (частіше дистильована вода) поміщається між конденсором і препаратом.
Межа дозволу– це таку найменшу відстань між двома точками предмета, у якому ці точки помітні, тобто. сприймаються у мікроскопі як дві точки.
Роздільна здатністьвизначається як здатність мікроскопа давати роздільне зображення дрібних деталей предмета, що розглядається. Вона задається формулою:
де А – числова апертура, l – довжина хвилі світла; , де n - показник заломлення середовища, в якому знаходиться об'єкт, що розглядається, U - апертурний кут.
Для вивчення структури найдрібніших живих істот необхідні мікроскопи з великим збільшенням та гарною роздільною здатністю. Оптичний мікроскоп обмежений збільшенням у 2000 разів і має роздільну здатність не краще 250 нм. Ці значення годяться на дослідження дрібних деталей клітин.
118. Ультрафіолетовий мікроскоп.Один із способів зменшення
межі роздільної здатності мікроскопа - використання світла з меншою довжиною хвилі. У зв'язку з цим застосовують ультрафіолетовий мікроскоп, в якому мікрооб'єкти досліджуються в ультрафіолетових променях. Оскільки око безпосередньо не приймає цього випромінювання, то використовуються фотопластинки, люмінесцентні екрани або електронно-оптичні перетворювачі. Іншим способом зменшення межі дозволу мікроскопа є збільшення показника заломлення середовища, в якому знаходиться мікроскоп. Для цього його поміщають у імерсійну рідинунаприклад, кедрова олія.
119. Люмінесцентна (флюоресцентна) мікроскопіязаснована на здатності деяких речовин люмінесцувати, тобто світитися при освітленні невидимим ультрафіолетовим або синім світлом.
Колір люмінесценції зміщений в більш довгохвильову частину спектра в порівнянні з збуджуючим її світлом (правило Стокса). При збудженні люмінесценції синім світлом колір її може бути від зеленого до червоного, якщо люмінесценція збуджується ультрафіолетовим випромінюванням, свічення може бути в будь-якій частині видимого спектру. Ця особливість люмінесценції дозволяє, використовуючи спеціальні світлофільтри, що поглинають збудливе світло, спостерігати порівняно слабке люмінесцентне свічення.
Оскільки більшість мікроорганізмів не мають власної люмінесценції, то вдаються до їх фарбування розчинами флюоресціюючих барвників. Цей метод використовується для бактеріоскопічного дослідження збудників деяких інфекцій: туберкульозу (ауромін), включень у клітинах, утворених деякими вірусами та ін. Цей спосіб може застосовуватися для цитохімічного вивчення живих і фіксованих мікроорганізмів. У реакції імунофлюоресценції за допомогою антитіл, мічених флюорохромами, виявляються антигени мікроорганізмів або антитіла у сироватці хворих
120. Фазово-контрастна мікроскопія.При мікроскопії незабарвлених мікроорганізмів, що відрізняються від навколишнього середовища тільки за показником заломлення, зміни інтенсивності світла (амплітуди) не відбувається, а змінюється тільки фаза світлових хвиль, що пройшли. Тому око цих змін помітити не може і об'єкти, що спостерігаються, виглядають малоконтрастними, прозорими. Для спостереження таких об'єктів використовують фазово-контрастну мікроскопію,засновану на перетворенні невидимих фазових змін, що вносяться об'єктом, в амплітудні, помітні оком.
Завдяки застосуванню цього способу мікроскопії контраст живих незабарвлених мікроорганізмів різко збільшується і вони виглядають темними на світлому фоні або світлими на темному тлі.
Фазово-контрастна мікроскопія застосовується також вивчення клітин культури тканини, спостереження дії різних вірусів на клітини тощо.
121. Темнопільна мікроскопія.Темнопольна мікроскопія заснована на здатності мікроорганізмів сильно розсіювати світло. Для темнопольної мікроскопії користуються звичайними об'єктивами та спеціальними темнопольними конденсорами.
Основна особливість темнопольних конденсорів полягає в тому, що центральна частина у них затемнена і прямі промені від освітлювача до об'єктиву мікроскопа не потрапляють. Об'єкт висвітлюється косими бічними променями й у об'єктив мікроскопа потрапляють лише промені, розсіяні частинками, які у препараті. Темнопольна мікроскопія заснована на ефекті Тіндаля, відомим прикладом якого є виявлення порошин у повітрі при освітленні їх вузьким променем сонячного світла.
При темнопольної мікроскопії мікроорганізми виглядають яскравими на чорному тлі. При цьому способі мікроскопії можуть бути виявлені мікроорганізми, розміри яких лежать за межами роздільної здатності мікроскопа. Проте темнопольна мікроскопія дозволяє побачити лише контури об'єкта, але з дає можливості вивчити внутрішню структуру.
122. Теплове випромінюванняє найпоширенішим у природі видом електромагнітного випромінювання. Воно відбувається за рахунок енергії теплового руху атомів та молекул речовини. Теплове випромінювання притаманне всім тілам за будь-якої температури, відмінної від абсолютного нуля.
Повна випромінювальна здатність тілаЕ(її ще називають енергетичною світністю) - це величина енергії, що випускається з одиниці площі поверхні тіла за 1с. Вимірюється у Дж/м 2 с.
Повна променепоглинальна здатність тілаА(коефіцієнт поглинання) – це відношення променистої енергії, поглиненої тілом, до всієї променистої енергії, що падає на нього; А – безрозмірна величина.
123. Абсолютно темне тіло.Уявне тіло, що поглинає за будь-якої температури всю падаючу на нього променисту енергію, називається абсолютно чорним.
Закон Кірхгофа.Для всіх тіл при даній температурі відношення променевипускальної здатності E до променепоглощательной здатності A є постійна величина, рівна променевипускальної здатності абсолютно чорного тіла eпри тій же температурі:
e.
Закон Стефана-Больцмана.Повна променевипускальна здатність абсолютно чорного тіла прямо пропорційна четвертому ступеню його абсолютної температури:
e=sT 4 ,
де s - Постійна Стефана-Больцмана.
Закон Вина.Довжина хвилі, що відповідає максимуму випромінювання абсолютно чорного тіла, обернено пропорційна його абсолютній температурі:
l т ×T = в,
де - постійна Вина.
На законі Вина заснована оптична пірометрія– метод визначення температури розпечених тіл (металу – у плавильній печі, газу – у хмарі атомного вибуху, поверхні зірок тощо) за спектром їхнього випромінювання. Саме цим методом було вперше визначено температуру поверхні Сонця.
124 . Інфрачервоне випромінювання.Електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоною межею видимого світла (λ = 0,76 мкм) та короткохвильовим радіовипромінюванням (λ = 1 - 2 мм) називають інфрачервоним (ІЧ). Нагріті тверді та рідкі тіла випускають безперервний інфрачервоний спектр.
Лікувальне застосування інфрачервоного випромінювання ґрунтується на його тепловому впливі. Для лікування використовують спеціальні лампи.
Інфрачервоне випромінювання проникає в тіло на глибину близько 20 мм, тому переважно прогріваються поверхневі шари. Терапевтичний ефект зумовлений температурним градієнтом, що виникає, що активізує діяльність терморегулюючої системи. Посилення кровопостачання опроміненого місця призводить до сприятливих лікувальних наслідків.
125. Ультрафіолетове випромінювання.Електромагнітне випромінювання,
займає спектральну область між фіолетовою межею видимого світла (λ = 400 нм) і довгохвильовою частиною рентгенівського випромінювання (λ = 10 нм) називають ультрафіолетовим (УФ).
Загострені тверді тіла при високій температурі випромінюють
помітну частку ультрафіолетового випромінювання. Однак максимум
Спектральна щільність енергетичної світності відповідно до закону Вина припадає на 7000 К. Практично це означає, що в звичайних умовах теплове випромінювання сірих тіл не може служити ефективним джерелом УФ випромінювання. Найбільш потужним джерелом УФ випромінювання є Сонце, 9% випромінювання якого межі земної атмосфери становить ультрафіолетове.
УФ випромінювання необхідне роботи УФ мікроскопів, люмінесцентних мікроскопів, для люмінесцентного аналізу. Головне застосування УФ випромінювання у медицині пов'язані з його специфічним біологічним впливом, що з фотохімічними процесами.
126. Термографія– це реєстрація випромінювання різних ділянок
поверхні тіла з метою діагностичної інтерпретації. Визначення температури здійснюється двома способами. В одному випадку використовуються рідкокристалічні індикатори, оптичні властивості яких дуже чутливі до невеликих змін температури.
Поміщаючи ці індикатори на тіло хворого, можна візуально змінити їх колір визначити місцеву відмінність температури.
Інший метод заснований на використанні тепловізорів, В яких використовуються чутливі приймачі інфрачервоного випромінювання, наприклад, фотоопору.
127. Фізіологічні засади термографії. Фізіологічні процеси, що відбуваються в організмі людини, супроводжуються виділенням теплоти, яка переноситься кров'ю, що циркулює, і лімфою. Джерело тепла – біохімічні процеси, що відбуваються в живому організмі. Тепло, що виділяється, розноситься кров'ю по всьому організму. Маючи високу теплоємність і теплопровідність, циркулююча кров здатна здійснювати інтенсивний теплообмін між центральними та периферичними областями організму. Температура крові, що проходить по шкірних судинах, знижується на 2-3 °.
В основі термографії лежить явище збільшення інтенсивності інфрачервоного випромінювання над патологічними осередками (у зв'язку з посиленням у них кровопостачання та метаболічних процесів) або зменшення його інтенсивності в областях із зменшеним регіональним кровотоком та супутніми змінами у тканинах та органах. Зазвичай це виявляється появою "гарячої зони". Виділяють два основні види термографії: телетермографія та контактна холестерична термографія.
128. Телетермографіязаснована на перетворенні інфрачервоного випромінювання тіла людини на електричний сигнал, який візуалізується на екрані тепловізора. Як приймальні пристрої інфрачервоного випромінювання в тепловізорах використовують чутливі фотоопори.
Тепловізор працює в такий спосіб. Інфрачервоне випромінювання фокусується системою лінз, після чого потрапляє на фотоприймач, що працює при охолодженні до -196°С. Сигнал з фотоприймача посилюється та піддається цифровій обробці з подальшою передачею отриманої інформації на екран кольорового монітора.
129. Контактна рідкокристалічна термографіяспирається на оптичні властивості анізотропних рідких холестеричних кристалів, які проявляються зміною забарвлення в райдужні кольори при нанесенні їх на термовипромінюючі поверхні. Найбільш холодним ділянкам відповідає червоний колір, найбільш гарячим – синій.
Рідкокристалічна контактна пластинчаста термографія в даний час широко і успішно застосовується в різних галузях медицини, проте значно більше застосування знайшли дистанційні методи реєстрації інфрачервоного випромінювання тіла людини.
130. Клінічні застосування термографії.Термографічна діагностика не чинить ніякого зовнішнього впливуабо незручності для пацієнта та дозволяє "побачити" аномалії теплової картини на поверхні шкіри пацієнта, які характерні для багатьох захворювань та фізичних розладів.
Термографія, будучи фізіологічним, нешкідливим, неінвазивним методом діагностики, знаходить своє застосування в практичній медицині для діагностики широкого кола патологій: захворювань молочних залоз, хребта, суглобів, щитовидної залози, ЛОР органів, судин, печінки, жовчної міхура, кишківника, , нирок, сечового міхура, передміхурової залози. Термографія дозволяє зафіксувати зміни на самому початку розвитку патологічного процесу, до появи структурних змін у тканинах.
131. Резерфордівська (планетарна) модель атома.Згідно з цією моделлю весь позитивний заряд і майже вся маса (понад 99,94%) атома зосереджені в атомному ядрі, розмір якого мізерно малий (порядку 10 -13 см) порівняно з розміром атома (10 -8 см). Навколо ядра по замкнутих (еліптичних) орбіт рухаються електрони, утворюючи електронну оболонку атома. Заряд ядра дорівнює по абсолютній величині сумарному заряду електронів.
Недоліки резерфордівської моделі.
а) у резерфордівській моделі атом є нестійким
освітою, тоді як досвід свідчить про інше;
б) спектр випромінювання атома по Резерфорду є безперервним, тоді як досвід говорить про дискретний характер випромінювання.
132. Квантова теорія будови атома за Бором.Виходячи з уявлень про дискретність енергетичних станів атома, Бор удосконалив атомну модель Резерфорда, створивши квантову теорію будови атома. В її основі лежать три постулати.
Електрони в атомі можуть рухатися не за будь-якими орбітами, а лише по орбітах цілком певного радіусу. На цих орбітах, які називають стаціонарними, момент кількості руху електрона визначається виразом:
де m – маса електрона, v – його швидкість, r – радіус електронної орбіти, n – ціле число, яке називається квантовим (n=1,2,3, …).
Рух електронів стаціонарними орбітами не супроводжується випромінюванням (поглинанням) енергії.
Перехід електрона з однієї стаціонарної орбіти на іншу
супроводжується випромінюванням (або поглинанням) кванту енергії.
Величина hn цього кванта дорівнює різниці енергій W 1 - W 2 стаціонарних станів атома до і після випромінювання (поглинання):
hn = W 1 - W 2 .
Це співвідношення називають умовою частот.
133. Види спектрів.Розрізняють три основні види спектрів: суцільні, лінійчасті та смугасті.
Лінійчасті спектри
атомів. Випромінювання обумовлено переходами зв'язаних електронів на нижчі енергетичні рівні.
Смугасті спектривипромінюються окремими збудженими
молекулами. Випромінювання викликано як електронними переходами в атомах, і коливальними рухами самих атомів у молекулі.
Суцільні спектривипромінюються сукупностями багатьох молекулярних і атомних іонів, що взаємодіють між собою.
Основну роль випромінюванні грає хаотичний рух цих частинок, обумовлений високою температурою.
134. Поняття про спектральний аналіз. Кожен хімічний елемент
випромінює (і поглинає) світло з цілком певними, властивими тільки цьому елементу довжинами хвиль. Лінійчасті спектри елементів отримують шляхом фотографування спектрографах, в яких розкладання світла здійснюється за допомогою дифракційної решітки. Лінійчастий спектр елемента - це його своєрідний "відбиток пальця", який дозволяє безпомилково ідентифікувати цей елемент на основі довжин хвиль випромінюваного (або світла, що поглинається). Спектрографічні дослідження є одним з найбільш потужних методів хімічного аналізу, що є в нашому розпорядженні.
Якісний спектральний аналіз– це порівняння отриманих спектрів з табличними визначення складу речовини.
Кількісний спектральний аналізпроводиться шляхом фотометрування (визначення інтенсивності) спектральних ліній: яскравість ліній пропорційна кількості даного елемента.
Градуювання спектроскопу. Щоб за допомогою спектроскопа можна було визначати довжини хвиль досліджуваного спектра, спектроскоп необхідно проградуювати, тобто. встановити залежність між довжинами хвиль спектральних ліній та розподілами шкали спектроскопа, на яких вони видно.
135. Основні характеристики та сфери застосування спектрального аналізу.За допомогою спектрального аналізу можна визначати як атомний, і молекулярний склад речовини. Спектральний аналіз дозволяє проводити якісне відкриття окремих компонентів аналізованої проби та кількісне визначення їхньої концентрації. Речовини з дуже близькими хімічними властивостями, які важко або неможливо аналізувати хімічними методами, легко визначаються спектрально.
ЧутливістьСпектральний аналіз, як правило, дуже високий. Прямим аналізом досягається чутливість 10 -3 - 10 -6%. ШвидкістьСпектральний аналіз зазвичай значно перевищує швидкість виконання аналізу іншими методами.
136. Спектральний аналіз у біології.Спектроскопічний метод вимірювання оптичної активності речовин широко застосовується визначення структури біологічних об'єктів. При вивченні біологічних молекул вимірюються їх спектри поглинання та флуоресценція. Флуоресціюючі при лазерному збудженні барвники використовуються для визначення водневого показника та іонних сил у клітинах, а також для дослідження специфічних ділянок у білках. За допомогою резонансного комбінаційного розсіювання зондується структура клітин та визначається конформація молекул білків та ДНК. Важливу роль зіграла спектроскопія щодо фотосинтезу і біохімії зору.
137. Спектральний аналіз у медицині.В організмі людини присутні понад вісімдесят хімічних елементів. Їхня взаємодія та взаємовплив забезпечує процеси росту, розвитку, травлення, дихання, імунітету, кровотворення, пам'яті, запліднення тощо.
Для діагностики мікро- та макроелементів, а також їх кількісного дисбалансу волосся та нігті є найбільш благодатним матеріалом. Кожне волосся зберігає інтегральну інформацію про мінеральному обміні всього організму за період свого зростання. Спектральний аналіз дає повні відомості про мінеральний баланс протягом тривалого часу. Деякі токсичні речовини можна виявити лише цим способом. Для порівняння: звичайні методики дозволяють визначати за аналізом крові співвідношення менше десяти мікроелементів на момент тестування.
Результати спектрального аналізу допомагають лікарю в діагностиці та пошуках причини захворювань, виявленні прихованих захворювань та схильності до них; дозволяють більш точно призначати лікарські препарати та розробляти індивідуальні схеми відновлення мінерального балансу.
Важко переоцінити значення спектроскопічних методів у фармакології та токсикології. Зокрема, вони дозволяють проводити аналіз проб фармакологічних препаратів за їх валідації, а також визначення фальсифікованих лікарських засобів. У токсикології ультрафіолетова та інфрачервона спектроскопії дозволили проводити ідентифікацію багатьох алкалоїдів із екстрактів Стасу.
138. Люмінесценцієюназивається надмірне над тепловим випромінювання тіла при даній температурі, що має тривалість, що значно перевищує період випромінюваних світлових хвиль.
Фотолюмінесценція.Люмінесценція під впливом фотонів називається фотолюмінесценцією.
Хемілюмінесценція.Люмінесценція, що супроводжує хімічні реакції, називається хемілюмінесценцією.
139. Люмінесцентний аналізґрунтується на спостереженні люмінесценції об'єктів з метою їх дослідження; використовується для виявлення початкової стадії псування продуктів, сортування фармакологічних препаратів та діагностики деяких захворювань.
140. Фотоелектричний ефектназивається явище виривання
електронів з речовини під впливом падаючого нею світла.
При зовнішньому фотоефектіелектрон залишає поверхню речовини.
При внутрішньому фотоефектіелектрон звільняється від зв'язків із атомом, але залишається всередині речовини.
Рівняння Ейнштейна:
де hn – енергія фотона, n – його частота, А – робота виходу електрона, – кінетична енергія електрона, що вилетів, v – його швидкість.
Закони фотоефекту:
Число фотоелектронів, що вириваються з поверхні металу за одиницю часу, пропорційно світловому потоку, що падає на метал.
Максимальна початкова кінетична енергія фотоелектронів
визначається частотою падаючого світла і залежить від його інтенсивності.
До кожного металу існує червона межа фотоефекту, тобто. максимальна довжина хвилі l 0 при якій ще можливий фотоефект.
Зовнішній фотоефект знаходить застосування у фотоелектронних помножувачах (ФЕУ) та електронно-оптичних перетворювачах (ЕОП). ФЕУ використовуються для вимірювання світлових потоків малої інтенсивності. З їхньою допомогою можна визначити слабку біолюмінесценцію. ЕОП застосовують у медицині для посилення яскравості рентгенівського зображення; у термографії – для перетворення інфрачервоного випромінювання організму на видиме. Крім того, фотоелементи застосовуються в метро при проходженні турнікету, сучасних готелях, аеропортах і т.д. для автоматичного відчинення та закривання дверей, для автоматичного включення та вимикання освітлення вулиць, для визначення освітленості (люксметр) та ін.
141. Рентгенівське випромінювання-це електромагнітне випромінюванняз довжиною хвилі від 0,01 до 0,000001 мкм. Воно викликає свічення екрану, покритого люмінофором, та почорніння фотоемульсії, завдяки чому його можна використовувати для фотографування.
Рентгенівські промені виникають при різкій зупинці електронів при їх ударі про анод у рентгенівській трубці. Попередньо електрони, що емітуються катодом, розганяються прискорюючою різницею потенціалів до швидкостей близько 100000 км/с. Це випромінювання, яке називається гальмівним, має суцільний спектр.
Інтенсивність рентгенівського випромінювання визначається емпіричною формулою:
де I – сила струму трубці, U – напруга, Z – порядковий номер атома речовини антикатода, k – const.
Рентгенівське випромінювання, що виникає внаслідок гальмування електронів, називається «гальмівним».
Короткохвильове рентгенівське випромінювання зазвичай має більшу проникаючу здатність, ніж довгохвильове, і називається жорстким, а довгохвильове - м'яким.
При великих напругах у рентгенівській трубці поряд з
рентгенівським випромінюванням, що має суцільний спектр, виникає рентгенівське випромінювання, що має лінійний спектр; останній накладається на суцільний спектр. Це випромінювання називається характеристичним, оскільки кожна речовина має власний, характерний йому лінійний рентгенівський спектр (суцільний спектр від речовини анода і визначається лише напругою на рентгенівській трубці).
142. Властивості рентгенівського випромінювання.Рентгенівські промені мають всі властивості, які характеризують світлові промені:
1) не відхиляються в електричному та магнітному полях і, отже, не несуть електричного заряду;
2) мають фотографічну дію;
3) викликають іонізацію газу;
4) здатні викликати люмінесценцію;
5) можуть переломлюватися, відбиватися, мають поляризацію і дають явище інтерференції та дифракції.
143. Закон Мозлі.Оскільки атоми різних речовин мають різні енергетичні рівні залежно від своїх будови, те й спектри характеристичного випромінювання залежить від будови атомів речовини анода. Характеристичні спектри зсуваються у бік високих частот зі збільшенням заряду ядра. Така закономірність відома як закон Мозлі:
де n - частота спектральної лінії, Z - порядковий номер випромінюючого елемента, А і В - постійні.
144. Взаємодія рентгенівського випромінювання із речовиною.Залежно від співвідношення енергії фотона e та енергії іонізації А мають місце три основні процеси.
Когерентне (класичне) розсіювання. Розсіяння довгохвильового рентгенівського випромінювання відбувається переважно без зміни довжини хвилі, і його називають когерентним . Воно виникає, якщо енергія фотона менше енергії іонізації: hn<А. Так как в этом случае энергия фотона рентгеновского излучения и атома не изменяются, то когерентное рассеяние само по себе не вызывает биологического действия.
Некогерентне розсіювання (ефект Комптону). У 1922 році А.Х. Комптон, спостерігаючи розсіювання жорстких рентгенівських променів, виявив зменшення проникаючої здатності розсіяного пучка порівняно з падаючим. Це означало, що довжина хвилі розсіяного рентгенівського випромінювання більша, ніж падаючого. Розсіяння рентгенівського випромінювання із зміною довжини хвилі називають некогерентним, а саме явище – ефектом Комптону.
Фотоефект. При фотоефекті рентгенівське випромінювання поглинається атомом, у результаті вилітає електрон, а атом іонізується (фотоіонізація). Якщо енергія фотона недостатня для іонізації, то фотоефект може виявлятись у збудженні атомів без вильоту електронів.
Іонізуюча діярентгенівського випромінювання проявляється у збільшенні електропровідності під впливом рентгенівських променів. Цю властивість використовують у дозиметрії для кількісної оцінки дії цього виду випромінювання.
145. Рентгенолюмінесценціяназивають свічення низки речовин при рентгенівському опроміненні. Таке свічення платиносинеродистого барію дозволило Рентгену відкрити промені. Це явище використовують для створення спеціальних екранів, що світяться з метою візуального спостереження рентгенівського випромінювання, іноді для посилення дії рентгенівських променів на фотопластинку, що дозволяє фіксувати ці промені.
146. Поглинання рентгенівського випромінюванняописується законом Бугера:
F = F 0 е - m x ,
де m - лінійний коефіцієнт ослаблення,
x – товщина шару речовини,
F 0 - інтенсивність падаючого випромінювання,
F – інтенсивність минулого випромінювання.
147. Вплив рентгенівського випромінювання на організм. Хоча променеві навантаження при рентгенологічних дослідженнях невеликі, можуть призводити до змін у хромосомному апараті клітин – радіаційним мутаціям. Тому рентгенівські дослідження мають регламентуватися.
148. Рентгенівська діагностика.Рентгенівська діагностика заснована на вибірковому поглинанні тканинами та органами рентгенівського випромінювання.
149. Рентгеноскопія.При рентгеноскопії зображення об'єкта, що просвічується, отримують на флюороскопічному екрані. Методика проста та економічна, дозволяє спостерігати за рухом органів та за переміщенням у них контрастної речовини. Однак вона має й недоліки: після неї не залишається документа, який міг би обговорюватись або розглядатися надалі. На екрані погано помітні дрібні деталі зображення. Рентгеноскопія пов'язана з набагато більшим променевим навантаженням на хворого та лікаря, ніж рентгенографія.
150. Рентгенографія.При рентгенографії пучок рентгенівських променів прямує на досліджувану частину тіла. Випромінювання, що пройшло через тіло людини, потрапляє на плівку, де після її обробки виходить зображення.
151. Електрорентгенографія.У ній пучок рентгенівського випромінювання, що пройшов через хворого, потрапляє на заряджену статичною електрикою селенову платівку. При цьому пластина змінює свій електричний потенціал, на ній виникає приховане зображення електричних зарядів.
Головна перевага методу - можливість швидко отримати велику кількість якісних знімків без витрати рентгенівської плівки, що містить дорогі з'єднання срібла, і без "мокрого" фотопроцесу.
152. Флюорографія.Її принцип полягає у фотографуванні рентгенівського зображення з екрану на малоформатну роликову плівку. Застосовується під час масових обстежень населення. Переваги методу – швидкість, економічність.
153. Штучне контрастування органів.Метод заснований на
введення в організм нешкідливих речовин, які поглинають
рентгенівське випромінювання набагато сильніше чи, навпаки, набагато слабше, ніж досліджуваний орган. Наприклад, хворому рекомендується прийняти водну суспензію сульфату барію. При цьому на знімку з'являється тінь контрастної маси, що знаходиться в шлунковій порожнині. За становищем, формою, величиною та обрисами тіні можна судити про положення шлунка, форму та величину його порожнини.
Йод використовується для контрастування щитовидної залози. З газів цієї мети застосовують кисень, закис азоту, вуглекислий газ. У кров'яне русло можна вводити тільки закис азоту та вуглекислий газ, оскільки вони на противагу кисню не викликають газової емболії.
154. Підсилювачі рентгенівських зображень.Яскравість свічення, що перетворює рентгенівське випромінювання у видиме світло флюоресцентного екрану, яким користується рентгенолог, виробляючи рентгеноскопію, становить соті частки кандел на квадратний метр (кандел - свічка). Це приблизно відповідає яскравості місячного світла у безхмарну ніч. При подібній освітленості людське око працює в режимі сутінкового зору, при якому надзвичайно погано розрізняються дрібні деталі та слабкі перепади розмаїття.
Збільшити яскравість екрану не можна через пропорційне збільшення дози опромінення пацієнта, яка й так нешкідлива.
Можливість усунути цю перешкоду дають підсилювачі рентгенівського зображення (УРІ), здатні посилювати яскравість зображень у тисячі разів за рахунок багаторазового прискорення електронів за допомогою зовнішнього електричного поля. УРІ, окрім збільшення яскравості, дозволяють суттєво скоротити дозу опромінення при дослідженні.
155. Ангіографія– метод контрастного дослідження кровоносної
системи, в якому під візуальним рентгенівським контролем за допомогою УРІ та телебачення рентгенолог вводить у вену тонку еластичну трубку - катетер і направляє його разом із кров'ю практично в будь-яку область тіла, навіть у серце. Потім у потрібний момент по катетеру вводиться рентгеноконтрастна рідина і одночасно робиться серія знімків, з великою швидкістю наступних один за одним.
156. Цифровий метод опрацювання інформації.Електричні сигнали є найбільш зручною формою для подальшої обробки зображення. Іноді на зображенні вигідно підкреслити лінію, виділити контур, іноді висвітлити текстуру. Обробка може здійснюватися як електронними аналоговими, і цифровими методами. Для цілей цифрової обробки аналогові сигнали перетворюються на дискретну форму за допомогою аналого-цифрових перетворювачів АЦП і в такому вигляді надходять на комп'ютер.
Отримане на флюороскопічному екрані світлове зображення посилюється електронно-оптичним перетворювачем (ЕОП) і надходить через оптичну систему на вхід телевізійної трубки ТТ, перетворюючись на послідовність електричних сигналів. За допомогою АЦП проводиться дискретизація та квантування, а далі запис в оперативну цифрову пам'ять – ОЗП та обробка сигналів зображення за заданими програмами. Перетворене зображення знову перетворюється на аналогову форму за допомогою цифро-аналогового перетворювача ЦАП і виводиться на екран відеоконтрольного пристрою ПКУ напівтонового дисплея.
157. Колірне кодування чорно-білих зображень.Більшість інтроскопічних зображень монохромні, тобто позбавлені кольору. Але ж нормальний зір людини – кольоровий. Щоб повністю використовувати здібності ока, має сенс у ряді випадків штучно розфарбовувати наші інтроскопічні зображення на останньому етапі їхнього перетворення.
При сприйнятті оком кольорового зображення з'являються
додаткові ознаки зображення, що полегшують аналіз. Це
колірний тон, насиченість кольору, кольоровий контраст. У кольорі багато разів підвищується розрізняльність деталей і контрастна чутливість ока.
158. Рентгенівська терапія.Рентгенівське випромінювання застосовується для променевої терапії під час лікування низки захворювань. Показання та тактика рентгенотерапії багато в чому аналогічні методам гамма-терапії.
159. Томографія.На зображення органу або патологічної освіти, який цікавить лікаря, нашаровуються тіні сусідніх органів і тканин, розташованих по ходу рентгенівського пучка.
Суть томографії у тому, що у процесі зйомки
рентгенівська трубка переміщається щодо хворого, даючи різке зображення лише тих деталей, які лежать на заданій глибині. Отже, томографія – це пошарове рентгенівське дослідження.
160. Лазерне випромінювання-це когерентне однаково спрямоване
випромінювання безлічі атомів, що створює вузький пучок монохроматичного світла.
Щоб лазер почав діяти, необхідно перевести велику кількість атомів його робочої речовини у збуджений (метастабільний) стан. Для цього робочій речовині передається електромагнітна енергія від спеціального джерела (метод накачування). Після цього в робочій речовині розпочнуться майже одночасні вимушені переходи всіх збуджених атомів у нормальний стан із випромінюванням потужного пучка фотонів.
161. Застосування лазера у медицині.Високоенергетичні лазери
застосовуються як лазерний скальпель в онкології. При цьому досягається раціональне висічення пухлини з мінімальним ушкодженням навколишніх тканин, причому операцію можна виконувати поблизу структур мозку з великою функціональною значимістю.
Крововтрата при застосуванні променя лазера набагато менша, рана повністю стерилізується, а набряк у післяопераційному періоді мінімальний.
Особливо ефективний лазер у мікрохірургії ока. Він дозволяє проводити лікування глаукоми за допомогою "проколювання" його променем мікроскопічних отворів для відтоку внутрішньоочної рідини. Лазером здійснюється безопераційне лікування відшарування сітківки.
Низькоенергетичне лазерне випромінюваннявиявляє протизапальну, аналгезуючу дію, змінює тонус судин, покращує обмінні процеси тощо; воно застосовується у спеціальній терапії у різних галузях медицини.
162. Вплив лазера на організм.Вплив лазерного випромінювання на організм багато в чому схоже на вплив електромагнітного випромінювання видимого та інфрачервоного діапазонів. На молекулярному рівні такий вплив призводить до зміни енергетичних рівнів молекул живої речовини, їхньої стереохімічної перебудови, коагуляції білкових структур. Фізіологічні ефекти лазерного впливу пов'язані з фотодинамическим ефектом фотореактивації, ефектом стимуляції чи гноблення біопроцесів, зміною функціонального стану як окремих систем, і організму загалом.
163. Використання лазерів у медико-біологічних дослідженнях.Одним із основних напрямків лазерної діагностики є спектроскопія конденсованих середовищ, яка дозволяє проводити аналіз біологічних тканин та їх візуалізацію на клітинному, субклітинному та молекулярному рівнях.
Мета роботи. Ознайомлення з пристроєм мікроскопа та визначення його роздільної здатності.
Прилади та приладдя: Мікроскоп, металева пластинка з маленьким отвором, дзеркало освітлення, лінійка зі шкалою.
Вступ
Мікроскоп складається з об'єктиву та окуляра, які є складними системами лінз. Хід променів у мікроскопі зображений на рис.1, на якому об'єктив та окуляр представлені одиночними лінзами.
Розглянутий предмет АВ розміщують трохи далі від головного фокусу об'єктива F про. Об'єктив мікроскопа дає дійсне, зворотне та збільшене зображення предмета (AB на рис. 1), яке утворюється за подвійною фокусною відстанню об'єктива. Збільшене зображення розглядається окуляром як лупою. Зображення предмета, що розглядається в окуляр, уявне, зворотне та збільшене.
Відстань між заднім фокусом об'єктива та переднім фокусом окуляра називається оптичним інтервалом системи або оптичною довжиною тубуса мікроскопа .
Збільшення мікроскопа можна визначити збільшення об'єктиву і окуляра :
N = N про N ок = ───── (1)
f про f ок
де N про N ок - збільшення об'єктиву і окуляра відповідно; D - відстань найкращого зору для нормального ока (~25 см); - оптична довжина тубуса мікроскопа; f проі f ок- головні фокусні відстані об'єктива та окуляра.
При аналізі формули (1) можна зробити висновок, що у мікроскопах з великим збільшенням можна розглядати будь-які дрібні предмети. Однак корисне збільшення, що дається мікроскопом, обмежується дифракційними явищами, які стають помітними при розгляді предметів, розміри яких можна порівняти з довгою світловою хвилею.
Межею роздільної здатності мікроскопа називається найменшу відстань між точками, зображення яких у мікроскопі виходить окремо.
Відповідно до теорії Аббе межа роздільної здатності мікроскопа визначає вираз:
d = ───── (2)
де d - лінійний розмір предмета, що розглядається; - довжина хвилі світла, що використовується; n - показник заломлення середовища між предметом та об'єктивом; - кут між головною оптичною віссю мікроскопа та граничним променем (рис. 2).
У 
елічина A = nsin називається числовою апертурою об'єктива
, а величина, обернена d, - роздільна здатність мікроскопа
. З виразу (2) випливає що роздільна здатність мікроскопа залежить від числової апертури об'єктива і довжини хвилі світла, яким висвітлюється предмет, що розглядається.
Якщо предмет перебуває у повітрі (n=1), то мікроскопі можна розрізнити точки предмета, відстань між якими:
d = ─────
Для мікроскопічних предметів кут близький до 90 градусів, тоді sin 1, звідки випливає, що в мікроскопі можна розглядати предмети, що знаходяться на відстані один від одного ~ 0,61. У разі візуальних спостережень (максимум чутливості ока припадає на зелену область видимого спектру 550 нм) у мікроскопі можна розглянути предмети, що знаходяться на відстані 300 нм.
Як випливає з виразу (2), здатність мікроскопа можна збільшити шляхом зменшення довжини хвилі світла, яким висвітлюється предмет. Так, при фотографуванні об'єктів в ультрафіолетовому світлі ( 250-300 нм) роздільну здатність мікроскопа вдається збільшити вдвічі.