Инфракрасное излучение. Первичные механизмы действия инфракрасного излучения на биологические объекты. Аппараты светолечения.

 

Электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красной границей видимого света (l = 760 нм) и коротковолновом радиоизлучением (l = 1-2 мм), называют инфракрасным (ИК).

 

Нагретые твердые и жидкие тела испускают непрерывный ИК спектр. Согласно законам теплового излучения, если максимум спектральной плотности энергетической светимости нагретого тела лежит в ИК области, то тела нагрето до температуры 3800¸1,5 К. Т. е. все жидкие и твердые тела в обычных условиях не только являются источниками ИК-излучения, но и имеют максимальное излучение в ИК области спектра. При невысоких температурах энергетическая светимость тел мала. Поэтому далеко не все тела могут быть использованы в качестве таких источников. Для практических целей наряду с тепловыми источниками ИК-излучения используют ртутные лампы высокого давления и лазеры, спектр излучения которых линейчатый. Мощным источником ИК-излучения является Солнце, около 50% его излучения лежит в ИК области спектра.

Лечебное применение ИК-лучей основано на их тепловом действии. Наибольший эффект достигается коротковолновым ИК-излучением, близким к видимому свету. Для лечения используют специальные лампы: лампы накаливания (соллюкс) и ИК-излучатели (инфраруж), укрепленные в специальном рефлекторе на штативе. ИК излучатели устроены подобно бытовым электрическим нагревателям с круглым рефлектором. Спираль нагревательного элемента накаливается током до температуры 400 - 500 ⁰С.

ИК излучение проникает в тело на глубину около 20 мм, поэтому в большей степени прогреваются поверхностные слои. Терапевтический эффект обусловлен возникающим температурным градиентом, что активизирует деятельность терморегулирующей системы (рис. 3.4.). Усиление кровоснабжения облученного места приводит к благоприятным лечебным последствиям.

 

 

Рис. 4. Возникновение температурного градиента при облучении части тела человека ИК излучением.

 

В медицине с диагностическими целями проводят фотографирование в ИК-лучах. Различие оптических свойств видимого и ИК-излучения позволяет увидеть детали, не видимые на обычной фотографии. С помощью этого метода диагностируют кожные и сосудистые заболевания. Полезную информацию на молекулярном уровне дает спектроскопия ИК-излучения.

Методы обнаружения и измерения ИК-излучения делятся в основном на две группы: тепловые и фотоэлектрические. Примером теплового приемника служит термоэлемент, нагревание которого вызывает электрический ток. К фотоэлектрическим приемникам относят фотоэлементы, ЭОП, фотосопротивления. Обнаружить и зарегистрировать ИК-излучение можно также фотопластинками и фотопленками со специальным покрытием.

 

 

4. Люминесценция, ее виды. Характеристики люминесценции (спектр, длительность, квантовый выход). Законы Вавилова и Стокса.

Фотопроцессы в биологических системах сопровождаются возникновением электронно-возбужденных состояний молекул. Электронно-возбужденные состояния молекул характеризуются энергией и временем жизни. Молекула не может долго находится в электронно-возбужденном состоянии и переходит в основное состояние с испусканием кванта света. Испускание света молекулой (люминесценция) происходит за время более длительное, чем время поглощения света молекулой (10^-15 с). За это время с молекулой может произойти ряд изменений, определяющих изменения спектров испускания (люминесценции) по сравнению со спектрами поглощения.

По Вавилову С. И.: Люминесценция есть свечение вещества, являющееся избыточным над тепловым излучением этого вещества при данной температуре и имеющее длительность, значительно превышающую период излучаемых световых волн.

По способу возбуждения молекулы люминесценцию различают:

1. Люминесценция, вызванная заряженными частицами:

а) ионолюминесценция - ионами;

б) катодолюминесценция - электронами;

в) радиолюминесценция - ядерным излучением.

2. Люминесценция, вызванная квантами рентгеновского излучения - рентгенолюминесценция; оптического излучения - фотолюминесценция.

3. Люминесценция, вызванная электрическим полем - электролюминесценция.

4. Люминесценция, сопровождающая химическую реакцию, называется хемилюминесценцией. К ней относится биолюминесценция - видимое свечение организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности.

По внутриатомным процессам различают люминесценцию:

а) спонтанную;

б) вынужденную;

в) рекомбинационную.

При спонтанной люминесценции излучение происходит непосредственно вслед за возбуждением. Некоторые энергетические уровни молекулы или атома могут быть метастабильными, т.е. вероятность переходов электронов с этих уровней на любые уровни с меньшей энергии очень мала. Атом или молекула может достаточно долго находится в таком электронно-возбужденном состоянии. Переход с метастабильного на основной уровень может быть ускорен путем внешнего энергетического воздействия на атом или молекулу. Например, переход атома или молекулы с метастабильного энергетического уровня на основной может инициироваться квантом излучения той же энергии, что и инициированный переход. Вызванное при этом излучение называется вынужденным (индуцированным или стимулированным), а само явление вынужденной люминесценцией. Рекомбинационной называется люминесценция, происходящая в результате рекомбинационных процессов, например, при рекомбнации электронов и ионов в газах, электронов и дырок в полупроводниках и так далее.