Studiile experimentale optice acustice metoda - diagnosticare cu laser in biologie si medicina

5.4. Studiile in special experimentale ale metodei optice acustice
scheme experimentale. scheme experimentale tipice pentru optoacoustic (OA) Spectrele de cercetare ale substanțelor în diferite stări de agregare sunt prezentate în Fig. 5.4 și 5.5. In studiul spectrelor de absorbție a gazelor și lichidelor scheme pot fi utilizate, așa cum se arată în Fig. 5.4 [P. 43]. DOMENIU ajustare cu laser în impulsuri la pompat-flashlamp colorant 1 450-750 nm, durata impulsului de ti = 2&lsquo-10 ~ cu energie maximă și = 10&ldquo-8 J, frecvența de repetiție / = 10-20 Hz. celula Optoacoustic 4 cu termocuplu 3 și traductorul 7 este la cuvele thermostabilized cu ferestre din cuarț 6 2.

Fig. 5.4. Montajul experimental pentru gazele de spectroscopie optoacoustic și lichidelor. [P. 43]

Fig. 5.5. Montajul experimental pentru studiul solidelor și lichidelor de OA
semnal OA, după amplificare (10, I) este în medie pe timp folosind un „voltmetru probiruemogo 12. O astfel de calculare a mediei permite eliminarea interferenței.
Semnalul de referință este generat în canalul: fasciculul de lumină care a trecut celula optoacoustic 4, un detector pyroelectric 5 voltmetrul gated 13. Ambele semnale - OA și suport - sunt convertite în format digital și alimentat la minicalculator 14 pentru prelucrare ulterioară și normalizată primesc OA semnal (15 ). Informații cu privire la frecvența dispozitivului de scanare cu laser este, de asemenea, alimentat la calculator. În cele din urmă, cu un grafic de calculator obținut OA semnal normalizat amplitudinea frecvenței laser. O mică parte din radiația este direcționată către un spectrometru 9, prin care calibrarea cu laser frecvență radiație.
studiu de absorbție în solide este posibilă prin semnalul de înregistrare ca OA excitat prin contactul direct al probei cu detector și prin gazomikrofonnogo metoda menționată mai sus, precum și plasarea obiectului într-o celulă deschisă umplută cu lichid (fig. 5.5) [P. 231. YAG: Nd cu laser 1 emite impulsuri = 1,06 (6-10-4 `u = J ti = 10-7 s, i / = 8 Hz). În primul caz, excitat în proba 3 pulsul acustic printr-un strat subțire de glicerină servind ca element de cuplare al canalului acustic intră detector piezoelectric 4, a cărui ieșire este amplificată (5), se filtrează în banda de 8-60 kHz (6) și apoi ajunge la analog-digital convertor (ADC) 7 care se deschide semnalul de fotodioda 2 numai pe durata impulsului laser. Datele primite de la ADC la un calculator 8, în cazul în care semnalul optoacoustic este în medie un număr mare de impulsuri laser.
Pentru punerea în aplicare a metodei lichidul de probă este aplicată pe substrat, care este fereastra din spate 9, OA yacheyki- deschide detector de lichid situat în lichid (10), în apropierea suprafeței eșantionului. Lichidul precum gazul, poate servi ca un generator de vibrații acustice provocate de procese termice care au loc atunci când lumina este absorbită într-un strat subțire pe suprafața probei. Astfel, spre deosebire de primul caz în care glicerol este doar oscilații acustice emițător, fluidul de aici este atât generatorul și transmițătorul acestor oscilații. Sensibilitatea metodei este lichidă de mai sus, în comparație cu o persoană de contact și gazomikrofonnym metode.
spectroscopie optoacoustic modele cu laser sunt având caracteristici similare design unic CDB Instrument AN SSSR și L 1400 firma Gilford (USA) [1]. Lungimea de undă a spectrometrului intern 9,25-10,75 microni furnizat cu laser C02 acordabil discret (doar 45 linii razei laser). lungimi de unda de restructurare automată controlate de computer. Circuit diferential Folosit cu doua celule, pentru a lega lungimile de undă folosite INFORMAȚII treia celulă cu gazul de referință. Coeficientul minimal detectabil absorbție de 1 • 10-7 cm-1, eroarea de măsurare de 20%, o gamă dinamică de 10 *. Volumul de gaz eșantion este egal cu 0,044 m3. aplicații majore medicale - o analiză a compoziției aerului exhalat pentru diagnosticarea anumitor boli, precum și controlul proceselor tehnologice în farmacologie.
Calibrarea detectorului OA. În principiu, există posibilitatea de a determina în mod direct valoarea absolută a coeficientului de absorbție al unei substanțe, cunoscută dacă toate valorile factorilor de transmisie din sursa de lumină sistem - un material absorbant - celula OA - oscilații acustice transductorului - un circuit electronic. Cu toate acestea, aceasta este o sarcină foarte dificilă, însă în mod obișnuit pentru determinarea valorilor absolute ale coeficienților de absorbție aplică detector OA de calibrare.
In investigarea procesului de calibrare lichide se compară semnalele OA obținute din lichidul de probă și lichid cu dizolvat în acesta un colorant. În acest fel, coeficientul de absorbție poate fi determinat cu o precizie de ± 10%. Calibrarea un lichid în altul, ținând cont de coeficientul de dilatare al volumului, căldură și viteza de propagare a sunetului în diferite lichide specifice da o eroare ± 30%. Atunci când studiul de absorbție din gazele se aplică de obicei o metodă similară de etalonare folosind gaz de referință, cu un coeficient de absorbție cunoscut, și solidele pot fi utilizate pentru calibrarea metodei calorimetrice cu sensibilitate ridicată până la valorile unui = 5-10-6 cm-1. Calibrarea Spectrele optoacoustic solidelor și lichidelor pot fi realizate cu ajutorul unor probe standard, de exemplu, placă de cuarț fumuriu.
Factorii care influențează sensibilitatea metodei. Principalele motive pentru reducerea sensibilității metodei OA reale sunt: ​​absorbția luminii în ferestrele celulelor, împrăștierea luminii, urmată de absorbția pereților celulelor sau direct la elementele receptorului semnalelor acustice. Aceste motive cauzează semnale de fond. Pentru a reduce efectul semnalelor de fond în celula de gaz sau lichid necesară pentru a reduce absorbția într-un strat subțire de suprafață a ferestrelor, care se realizează printr-un tratament de suprafață adecvat (polizare de tratament), iar selecția reciprocă a materialului celular și analitul. Ar trebui să fie posibil să se elimine formarea, împrăștierea luminii (praf chastitsy-, defectele și neomogenități m. P.).
În timpul funcționării în impulsuri, rezultate bune pot fi obținute prin separarea semnalului măsurat, deoarece lumina împrăștiată este absorbit în elementele traductoarelor substanțial imediat după puls laser, iar semnalul acustic util întârziată de td timp, definită prin expresia (5.6). La rândul său semnalul de la fereastra OA vine semnalul principal ulterior din fluidul (gaz). Acesta este principalul avantaj al metodei de utilizarea acestuia pentru analiza materiei condensate. Rezultatele bune asigura măsurători de fază, utilizarea modulației de frecvență a radiației laser continuu sau comutarea de lungimi de undă în apropierea liniei de absorbție a substanței de testat, deoarece contribuie puțin la OA semnal util datorită ferestrelor de dispersie relativ scăzute și pereții materialului celular.
Astfel, sensibilitatea reală a metodei este 10_6-10 OA ~ 7 cm-1. În același timp, utilizarea unor măsuri speciale pentru eliminarea semnalelor de fond în gazele asigură o sensibilitate a metodei la nivelul unei „10-8 cm-1. Datele privind metoda de sensibilitate OA calorimetrice și alte metode și modificări ale acestora sunt prezentate în tabelul. 5.1 [P. 411].