Фотоэлектрлік түрлендіргіштер

1. Фотоэлектрлік эффект құбылысы
2. Жұмыс істеу принципі фотоэффект құбылысына негізделген фотоэлектрлік
приборлар.
3.Жұтылу спектрлерінің көмегімен фотобиологиялық үрдістерді зерттеу әдістері.
4. Жұтылу спектрлерін алуға арналған құралдар.
5. Фотобиологиялық үрдістердің энергетикасы.
6. Жүйенің жұту қабілеттілігін анықтаушы факторлар

Фотоэлектрлік эффект (фотоэффект) дегеніміз жарықтың затпен әсерлесуі кезіндегі электрондар эмиссиясының (сыртқы фотоэффект) пайда болу, немесе заттың электр өткізгіштігінің өзгеруі, я болмаса электр қозғаушы күшінің пайда болу ( ішкі фотоэффект) құбылыстары. Жарықтың затпен әсерлесуі кезіндегі фотоэлектрлік құбылыстар Эйнштейннің фотоэффектіге арналған теңдеуімен сипатталады:
Жұмыс істеу принциптері фотоэффект құбылысына негізделген электровакуумдік немесе жартылай өткізгіштік приборларды фотоэлектрондық деп атайды. Солардың бірнешеуінің құрылысын қарастырайық.. Фотоэлектрондық приборлардың кең тараған түрі фотоэле¬мент болып табылады. Сыртқы фотоэффектіге негізделген фотоэлемент электрондардың көзі болып табылатын, жарық түсетін — фотокатод К, және А анодтан тұрады (1а - сурет) .барлық жүйе ішінен ауасы сорылып алынған шыны баллонға орналастырылған. Жарық сезгіш қабат түрінде жасалынған фотокатод баллонның ішкі бетіне тікелей жасалынуы мүмкін (1б- сурет). 1в- суретте фотокатодтың тізбекке қосылу схемасы көрсетілген.
Вакуумдых фотоэлементтер үшін жұмыс режимі ретінде жарық ағынының әртүрлі мәндерінде алынған вольтамперлік сипаттамасының горизонталь бөлігіне сәйкес келетін қанығу режимі алынады (2 - сурет; Ф2>Ф1).
Фотоэлементтің негізгі параметрі ретінде фототок күшінің сәйкес келетін жарық ағынына қатынасымен өрнектелетін сезімталдығы алынады. Бұл шама вакуумдық фотоэлементтерде 100 мкА/лм дейін жете алады..
Фототокты күшейту үшін газ толтырылған фотоэлементтерді де қолданады, оларда металдардың бетін алғашқы электрондармен атқылау кезінде инертті газдарда өздігінен тыс қараңғы разрядтар пайда болады және екінші реттік электрондық эмиссия – электрондардың ұшып шығу құбылысы өтеді. Соңғысы фотоэлектрондық көбейткіштерде (ФЭК) қолданылады.
ФЭК-тің үлгісі 3 - суретте көрсетілген. Фотокатод К-ға келіп түсетін фотондар бірінші электрод (динодта) Э1 фокустеледі де электрондарды өзгертеді. Екінші реттік электронды эмиссияның нәтижесінде бұл динодтан оған түскен электрондардан көп мөлшердегі электрондар ұшып шығады, яғни олар көбейеді. Келесі динодтарда да осылай көбеюдің нәтижесінде алғашқы фототоктан мыңдаған есе үлкен фототок пайда болады.

1. А.Н.Ремизов, А.Г.Максина, А.Я.Потапенко «Медицинская и биологическая физика», М., 2004 г.
2. Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики. М. "Высшая школа". 2002 г.
3. М.Е.Блохина, И.А. Эссаулова, Г.В.Мансурова. Руководство для лабораторных работ по медицинской и биологической физике. М. Дрофа.2002. –

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Тақырыбы: Фотоэлектрлік түрлендіргіштер. Биологиялық объктілерді спектрлік
сараптамасы бойынша зерттеу әдістері
Мақсаты :
1. Фотоэлектрлік түрлендіргіштердің негізгі түрлерін, жұмыс істеу
принциптері мен қолданылу облыстарын оқып үйрену.
2. Биологиялық объектілердің құрамын жұтылу спектрлері бойынша
анықтауга арналған зерттеу әдістерімен танысу.
3. Биологиялық объктілердің оптикалық тығыздығы бойынша заттың
концентрациясы туралы қортынды жасау.

Оқыту міндеттері:

1. Фотоэффект құбылысын, олардың фототүрлендіргіштерде қолданылуларын
қарастыру.
2. Спектрофотометрлер көмегімен фотобиологиялық үрдістерді зерттеу.

Тақырыптың негізгі сұрақтары:
1. Фотоэлектрлік эффект құбылысы
2. Жұмыс істеу принципі фотоэффект құбылысына негізделген
фотоэлектрлік
приборлар.
3.Жұтылу спектрлерінің көмегімен фотобиологиялық үрдістерді зерттеу
әдістері.
4. Жұтылу спектрлерін алуға арналған құралдар.
5. Фотобиологиялық үрдістердің энергетикасы.
6. Жүйенің жұту қабілеттілігін анықтаушы факторлар.
7. Жарық ағыны жұтылуының тәуелділіктері.

Оқыту мен үйрету әдістері: Ситуациялық есептер шығару. Зертханалық
жұмысты орындау.

Тақырыптың қысқаша мазмұны.
Фотоэлектрлік түрлендіргіштер және олардың қолданылуы
Фотоэлектрлік эффект (фотоэффект) дегеніміз жарықтың затпен әсерлесуі
кезіндегі электрондар эмиссиясының (сыртқы фотоэффект) пайда болу, немесе
заттың электр өткізгіштігінің өзгеруі, я болмаса электр қозғаушы күшінің
пайда болу ( ішкі фотоэффект) құбылыстары. Жарықтың затпен әсерлесуі
кезіндегі фотоэлектрлік құбылыстар Эйнштейннің фотоэффектіге арналған
теңдеуімен сипатталады:
Жұмыс істеу принциптері фотоэффект құбылысына негізделген
электровакуумдік немесе жартылай өткізгіштік приборларды фотоэлектрондық
деп атайды. Солардың бірнешеуінің құрылысын қарастырайық.. Фотоэлектрондық
приборлардың кең тараған түрі фотоэлемент болып табылады. Сыртқы
фотоэффектіге негізделген фотоэлемент электрондардың көзі болып табылатын,
жарық түсетін — фотокатод К, және А анодтан тұрады (1а - сурет) .барлық
жүйе ішінен ауасы сорылып алынған шыны баллонға орналастырылған. Жарық
сезгіш қабат түрінде жасалынған фотокатод баллонның ішкі бетіне тікелей
жасалынуы мүмкін (1б- сурет). 1в- суретте фотокатодтың тізбекке қосылу
схемасы көрсетілген.
Вакуумдых фотоэлементтер үшін жұмыс режимі ретінде жарық ағынының әртүрлі
мәндерінде алынған вольтамперлік сипаттамасының горизонталь бөлігіне сәйкес
келетін қанығу режимі алынады (2 - сурет; Ф2Ф1).
Фотоэлементтің негізгі параметрі ретінде фототок күшінің сәйкес келетін
жарық ағынына қатынасымен өрнектелетін сезімталдығы алынады. Бұл шама
вакуумдық фотоэлементтерде 100 мкАлм дейін жете алады..
Фототокты күшейту үшін газ толтырылған фотоэлементтерді де қолданады,
оларда металдардың бетін алғашқы электрондармен атқылау кезінде инертті
газдарда өздігінен тыс қараңғы разрядтар пайда болады және екінші реттік
электрондық эмиссия – электрондардың ұшып шығу құбылысы өтеді. Соңғысы
фотоэлектрондық көбейткіштерде (ФЭК) қолданылады.
ФЭК-тің үлгісі 3 - суретте көрсетілген. Фотокатод К-ға келіп түсетін
фотондар бірінші электрод (динодта) Э1 фокустеледі де электрондарды
өзгертеді. Екінші реттік электронды эмиссияның нәтижесінде бұл динодтан
оған түскен электрондардан көп мөлшердегі электрондар ұшып шығады, яғни
олар көбейеді. Келесі динодтарда да осылай көбеюдің нәтижесінде алғашқы
фототоктан мыңдаған есе үлкен фототок пайда болады.

1- сурет.
2 – сурет.

3 – сурет.
4 –
сурет.

ФЭК-ті негізінен өте аз мөлшердегі сәулелер ағынын өлшеу үшін, дербес
жағдайда кейбір маңызды биофизикалық зерттеулерде, өте әлсіз
биолюминесценцияларды тіркеуде қолданады.
Кескіндерді спектрдің бір облысынан екіншісіне түрлендіруге, сол сияқты
кескіннің жарықталынуын күшейтуге арналған сыртқы фотоэффект құбылысына
негізделген электронды-оптикалық түрлендіргіштер (ЭОТ) қолданылады.
Қарапайым ЭОТ-тің үлгісі 4 -суретте көрсетілген. Жартылай жылтыр
фотокатод К-да проекцияланған 1 объектінің жарықталынған бейнесі 2
электрондық түрге айналады. Э электродтың электр өрісімен күшейтілген және
фокустелген электрондар люминесценттік экран L-ге түседі. Бұл жерде
электрондар бейнесі катодолюминесценцияның әсерінен қайтадан жарық бейнеге
3 айналады.
Медицинада ЭОТ ренгендік бейнелердің жарықталынуын күшейту үшін
қолданылады, бұл адамның сәулелену дозасын біршама кемітуге жағдай жасайды.
Биологиялық нысандардың спектрлік сараптамалары
Жұтылу спектрлері көмегімен фотобиологиялық үрдістерді зерттеу әдістері
абсорбциялық спектрофотометрия деп аталады.
Спектрофотометрия (абсорбциялық) — спектрдің ультракүлгін (200-400 нм),
көрінетін (400 – 760 нм) және инфрақызыл ( 760 нм) облыстарындағы жұтылу
спектрлерін оқып үйренуге негізделген, ерітінділер мен қатты денелерді
зерттеуге арналған физико-химиялық әдіс. Спектрофотометрия заттардың
сандық және сапалық мөлшерін анықтау үшін, әртүрлі қосылыстардың құрылысы
мен құрамын оқып үйрену кезінде кеңінен қолданылады. Жұтылу спектрлерін
арнайы құралдардың – спектрофотометрлердің көмегімен алады. Спектрлік
анализ — материяның сәуле шығарумен өзара әрекеттесуі кезіндегі
спектрлерді, яғни электромагниттік сәуле шығару, радиация, акустикалық
толқын спектрлерін, оқып үйренуге негізделген, обьектінің құрамын
анықтауға арналған әдістердің жиынтығы. Негізінен атомдық және молекулярлық
анализ болып бөлінеді, олар шығарылу спектрлері бойынша эмиссиялық,
жұтылу спектрлері бойынша абсорбциялық, сол сияқты атомдық немесе
молекулалық иондардың масса спектрлері бойынша масса-спектрометриялық
болып бөлінеді. Атомдардың оптикалық спектрі бойынша спектрлік
анализін 1859 жылы Г. Кирхгоф пен Р. Бунзен ұсынған. Оның көмегімен гелий
Күнде Жердегіден бұрын ашылды. Әрбір химиялық элементтің атомдары қатаң
түрде белгілі бір резонанстық жиілікке ие, соның нәтижесінде олар тек қана
осы жиілікте жарық шығарады немесе жұтады. Бұл спектроскоптағы көрінетін
спектрлер сызықтарының (қараңғы немесе жарық) әрбір жеке затқа тән
екендігін дәлелдейді. Сызықтардың қарқындылығы зат мөлшері мен оның күйіне
тәуелді. Сандық спектрлік анализде зерттелетін заттың құрамын спектрдегі
сызықтардың немесе жолақтардың салыстырмалы немесе абсолютті
қарқындылықтары бойынша анықтайды.

Фотоколориметрия — спектрдің көрінетін және ультракүлгін бөлігіне жақын
облыстарында жарықтың жұтылуы бойынша заттардың концентрациясын сандық
анықтау кезінде жарықтың жұтылуын фотоэлектрлік колориметрлермен өлшейді.

Спектроскопиялық (спектрометриялық) әдістер

Оптикалық абсорбциялық әдістерде зат арқылы өткен немесе затпен жұтылған
сәуле шығару қарқындылығы I-дің жиілік v-ге (немесе толқын ұзындығына)
тәуелділігін өлшейді, яғни I(v) функциясын анықтайды. Толқын ұзындығы 0,3
нм-ден 200 м-ге дейінгі аралықты қамтиды. Толқын ұзындығының мұндай
ауқымдылығы әртүрлі сәуле шығару көздерін қажет етеді және заттың әртүрлі
физикалық қасиеттерін айқындайды.
Спектроскопиялық әдістердің кейбір мысалдары:
• Атомдық спектроскопия
o Атомдық-абсорбциялық спектроскопия
o Атомдық-эмиссиялық спектроскопия
o Атомдық-флуоресценттік спектроскопия
• Молекулярлық спектроскопия
o Электрондық спектроскопия
o Тербелістік спектроскопия
• Масса-спектрометрия
• Фурье-спектроскопия
• Ядеролық магниттік резонанс
• Электрондық парамагниттік резонанс
Атомдық спектральдық анализ (АСА)

Эмиссиялық АСА төмендегідей негізгі үрдістерден тұрады:
1) сарапталатын материалдың орташа құрамын немесе материалдағы анықталатын
элементтердің орналасуын көрсететін үлгіні таңдап алу;
2) үлгіні қатты денелер мен сұйықтардың булануы, қосылыстардың диссоциясы
және атомдар мен иондардың қозуы пайда болатын сәуле шығару көзіне енгізу;
3) спектральдық құралдың көмегімен олардың жарықталынуын спектрге айналдыру
және оны тіркеу (немесе көзбен бақылау);
4) элементтердің спектрлік сызықтарының кестесі мен атластарының көмегімен
алынған спектрлерді талдау.
Осымен сапалық АСА аяқталады.
Сандық АСА үлгі спектрінде екі спектрлік сызықтардың қарқындылығын
салыстыру арқылы жүзеге асады, оның біреуі анықталатын элементке, ал
екіншісі (салыстыру сызығы) – концентрациясы белгілі үлгінің негізгі
элементіне тиеселі.

Сандық АСА негізінде анықталатын элементтің с концентрациясын анықталатын
қоспа сызықтары қарқындылығының (I1) салыстыру сызығы қарқындылығына (I2)
қатынасын байланыстыратын өрнек жатады:
I1I2 = acb
(а және b тұрақтылары тәжірибелік жолмен анықталады), немесе
lg(I1I2) = b lgс + lga.
Стандартты үлгілер көмегімен (3-тен кем емес) lg(I1I2.)-дің lg с-дан
тәуелділік графигін салуға және сол арқылы а мен b тұрақтыларын анықтауға
болады. I1 мен I2 мәндерін тікелей фотоэлектрлік тіркеу жолымен немесе
фототіркеу кезінде анықталатын қоспа сызықтары мен салыстыру сызықтарын
фотометрлеу (қарңғылану тығыздығын өлшеу) жолымен анықтауға болады.
Фотометрлеуді микрофотометрлерде жүргізеді. АСА-дағы жарықтың алғашқы
жасанды көзі болып газды шілтер жалыны алынды –бұл көптеген элементтерді
тез және нақты анықтауға ыңғайлы болды. Жалынның фотометриясы көмегімен
аналитикалық сызықтары, сол сияқты қосылыстардың жалында пайда болған
молекулалық жолақтары бойынша 70-ке жуық элементтер анықталды.
Атомдық-абсорбциялық С. а. (ААА) және атомдық-флуоресценттік С. а.
(АФА). Бұл әдістерде үлгіні атомизаторда (жалында, графиттік түтікте, ЖЖ
немесе АЖЖ-разрядтардың тұрақтанған плазмасында) буға айналдырады. ААА-да
дискретті сәуле шығару көзінен шыққан жарық осы парлардан өткенде
әлсірейді, анықталатын элемент сызықтары қарқындылығының әлсіреу дәрежесіне
қарай үлгідегі оның концентрациясы туралы қортынды жасайды. ААА-ны арнайы
спектрофотометрлерде жүргізеді. ААА-ны жүргізу әдістемесі басқа
әдістемелерге қарағанда өте қарапайым, оған үлгідегі элементтердің тек аз
ғана емес үлкен концентрациясын дәл анықтау да тән. ААА көп еңбекті және
ұзақ уақытты қажет ететін сараптаудың химиялық әдісін табысты ауыстыра
алады, және дәлдігі жағынан одан кем емес.
АФА-да үлгінің атомдық буларын резонанстық сәуле шығару көзінен
шығатын жарықпен жарықтандырады және анықталушы элементтің флуоресценциясын
тіркейді. Кейбір элементтер үшін (Zn, Cd, Hg және басқалар) оларды осы
әдіспен табудың салыстырмалы шегі өте аз (~10-5-106 %).
АСА изотоптардың құрамына өлшеулер жүргізуге мүмкіндік береді. Кейбір
элементтер жақсы рұқсат етілген құрылымы бар спектрлік сызықтарға ие
(мысалға, Н, Не, U). Бұл элементтердің изотоптық құрамын жіңішке спектрлік
сызықтар беретін (жарты катод, электродсыз ЖЖ және АЖЖ шамдар), жарық
көздерінің көмегімен кәдімгі спектрлік құралдарда өлшеуге болады. Көптеген
элементтердің изотопты спектрлік сараптамасын жүргізу үшін рұқсат етілген
мүмкіншілігі жоғары құралдарды қолдану талап етіледі (мысалға, Фабри-Перо
эталоны).
АСА-ның жедел әдістері өндірісте, ауыл шаруашылығында, геологияда,
қоршаған ортаны қорғауда, қылмыстық істер мен медицинада кеңінен
қолданылады.
Молекулярлық спектрлік анализ (МСА)

МСА мүмкіншіліктерін анықтаушы негізгі факторлар:
1) әдістің ақпараттылығы. Зерттелетін диапазонның (микротолқындық диапазон
үшін ол ~ 105 , қатты және сұйық заттар спектрінің ИҚ облысы үшін ~ 103 )
толқын ұзындықтары мен жиіліктерінің белгілі бір интервалдарында спектрдің
рұқсат етілген сызықтары немесе жолақтарының санымен шартты түрде беріледі;
2) жеке қоспалардың өлшенген спектрлерінің саны;
3) зат спектрі мен оның молекулалық құрылымының арасындағы жалпы
заңдылықтардың болуы;
4) әдістің сезімталдығы мен таңдамалылығы;

5) әдістің әмбебаптылығы;
6) спектрлерді өлшеудің қарапайымдылығы мен қол жетімділігі.
Сапалық МСА зерттелетін үлгінің молекулалық құрамын айқындайды.
Молекуланың спектрі оның бірмәнді сипаттамасы болып табылады. Рұқсат ету
мүмкішіліктері жоғары спектрлік приборлардың көегімен зерттелетін, рұқсат
етілген айналушы құрылымы бар, газ күйіндегі заттардың спектрлерінің
біршама ерекшелігі бар. Біршама кеңірек қолданылатындары заттың қатты және
сұйық күйлеріндегі ИҚ –жұтылу мен ЖҚШ (жарықтың құрама шашыраулары)
спектрлері, сол сияқты көрінетін және УК облыстардағы жұтылу спектрлері.
ЖҚШ әдісінің кеңірек енгізілуіне оларды қоздыру үшін лазер сәуле
шығарылуының қолданылуы әсер етті.
Сапалық анализ ЭЕМ қолдануды біршама жеңілдетеді және жылдамдатады.
Нақтысында спектрлік приборлардың көрсетулерін ЭЕМ-ге тікелей енгізу арқылы
оны толығымен ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.