Сделай Сам Свою Работу на 5

Установка КВЧ-ИК-спектроскопии для исследования зависимости прозрачности водосодержащих сред и кожи человека в ИК-диапазоне от контакта с различными материалами и КВЧ-воздействия





Установка позволяет получать информацию о зависимости структуризации водосодержащей среды в исследуемых объектах, в том числе и во-досодержащего слоя в коже человека, от их контакта с различными материалами и исследовать влияние низкоинтенсивного КВЧ-излучения на процессы структуризации. В установке используются прием и обработка проходящего через водосодержащий слой ИК-излучения малой интенсивности, при котором отсутствует нагревание исследуемого водосодержащего слоя [1,3].

Предложенный подход основывается на том явлении, что структура водосодержащей среды чувствительна к воздействию на нее физических полей и различных внешних факторов и откликается на них рождением и распадом разнообразных форм ассоциатов [1 - 5]. За счёт процессов формирования связей водосодержащей среды с элементами границ нанонеоднородных поверхностей материалов, контактирующих с водой и нерастворимых в воде, происходит изменение внутренней структуры среды, а потому и про­зрачности водного слоя среды. Наиболее заметным оно оказывается в ИК-диапазоне [3]. На созданной установке обнаруживается и прослеживается изменение прозрачности водной среды от её контакта с различными материалами и от воздействия КВЧ-излучения.



Важнейшими рабочими блоками установки являются следующие.

Широкополосный ИК-излучатель (рис.1) при использовании силитового излучателя формирует ИК-луч внутренним фокусирующим зеркалом и двумя диафрагмами из листового дюраля с диаметром окна 16 мм [1, 3]. Для выделения из широкого спектра излучения длин волн, близких к рабочехму диапазону ИК-радиометра (1,5 ... 23 мкм), использована пластина монокристаллического кремния /ьтипа толщиной 0,5 мм, работающая как полосовой фильтр ИК-диапазона с полосой пропускания 1,8 ... 22 мкм и расположенная за ИК-излучателем перед чашкой контейнера. Исследуемая водная среда в виде тонкого водосодержащего слоя или лоскута кожи, смоченного физраствором, размещается в чашке контейнера. Необходимая теплоизоляция водного слоя от ИК-излучателя достигается применением второй стеклянной чашки, расположенной ниже пластины кремния между пластиной кремния и дюралевой диафрагмой ИК-излучателя [3]. Каждая чашка имеет в донной части круглое окно диаметром 16 мм, закрытое покровным стеклом толщиной 0,1 мм и пропускающее ИК-луч с малыми потерями. Пластина кремния герметично закрывает нижнюю чашку, образуя теплоизолирующий слой воздуха. В установке обеспечивается строго вертикальное падение ИК-луча на поверхность водосодержащего слоя в чашке, где располагаются исследуемые водосодержащие слои или водосодержащие образцы, или лоскуты кожи и контактирующие с ними материалы. Последние размещаются в области или вне области прохождения ИК-луча. Вне области прохождения ИК-луча располагаются материалы, приводящие к большому затуханию ИК-излучения и не пропускающие ИК-излучение в рабочей полосе частот [1, 3].



 

Рис.1. Схема установки для исследования в ИК-диапазоне прозрачности водосодержащих сред в зависимости от их контакта с различными материалами и КВЧ-воз-действия

Конструкция высокочувствител ьного приёмного ИК-устройства включает ИК-опти-ческий блок с входящим в него ИК-радиометром и блок обработки и управления ИК-радиометра (рис.1). Приёмное ИК-устройство изготовлено в ФГУП СКБ ИРЭ РАН (г. Фрязино Московск. обл.) и предназначено для проведения уникальных научных исследовании в радиоастрономии, на борту космических станций и летательных аппаратов, а также в научно-исследовательских лабораториях и институтах. Полоса приёма блока составляет 1,5...23 мкм, диаграмма направленности объектива не шире 20°, флуктуационная чув­ствительность не хуже 0,01 К.

КВЧ-генератор, выполненный на базе стандартных генераторов Г4-141 и Г4-142, позволяет проводить измерения в диапазоне частот 35...78 ГГц. Рупор излучателя КВЧ-генератора располагался под углом 70° к поверхности водного слоя или лоскута кожи на высоте 5 см от центра прохождения ИК-луча через них.



Методика эксперимента

В приведенных экспериментах использовались фрагменты лоскутов здоровой кожи толщиной 100 мкм, срезанные с передней поверхности бедра человека в ходе операции аутодермогтластики с его информированного согласия. После срезания все лоскуты кожи хранились в физиологическом растворе при температуре 3 "С. Для проведения исследований отбирались две группы лоскутов кожи: первую составляли лоскуты, хранящиеся в физиологическом растворе не более одних суток со времени их срезания, во вторую входити лоскуты кожи, хранящиеся в тех же условиях, что и лоскуты первой группы, но в течение 9 сут до проведения на них измерений. Здесь уместно отметить, что подобные срезанные лоскуты кожи, хранящиеся в физиологическом растворе при указанной температуре вплоть до 7 ... 8 сут, используются в клинических условиях для отсроченной трансплантации, закрытия ожоговых ран. А лоскуты кожи, хранящиеся в таких же условиях более 8 сут, уже не используются в клинической практике для трансплантации. С учетом этого можно считать, что лоскуты первой группы во время проведения экспериментов практически полностью сохраняли свою биологическую активность, а лоскуты второй группы в значительной степени теряли ее. Поэтому для краткости и удобства изложения материала в дальнейшем в статье лоскуты первой и лоскуты второй группы называются, соответственно, лоскутами «свежей» кожи и лоскутами «гипоксированной» кожи.

Методика эксперимента состоит в следующем. После подачи питания на все блоки установки (см. рис.1) рабочих измерений на установке в течение 40 мин не производится. Это связано с необходимостью достижения полного прогрева всех блоков установки, установления стабильных температурных режимов в блоках и завершения в аппаратуре переходных процессов.

Затем следует процесс калибровки ИК-тракта. Сначала в стеклянную чашку контейнера помещается водосодержащая среда или смоченный физраствором лоскут кожи, затем на диаграммной ленте самописца фиксируются исходный и установившийся уровни сигналов, соответствующие прошедшему через слой водосодержащей среды или лоскут кожи потоку ИК-излучения. Одновременно считываются по­казания стрелочного индикатора радиометра, и преобразованные в ноутбуке эти данные выво­дятся на экран ноутбука.

После этого начинается эксперимент. В случае, если исследуется влияние контакта того или иного материала на структуризацию водосодержащей среды в объекте или в лоскуте кожи, свободная поверхность водосодержащей среды объекта или лоскута кожи полностью ити частично приводится в контакт с поверхностью выбранного материала, который фиксируется в таком положении до завершения эксперимента. Затем в ходе эксперимента на ленте самописца и в памяти ноутбука записываются значения интенсивности проходящего через водный слой или лоскут кожи ИК-излучения. Это проделывается на различных во времени этапах структуризации выбранного для эксперимента водосодержащего слоя от его контакта с исследуемым материалом точно так же, как это делалось в работах [1, 3]. И только после достижения полного насыщения структуризации водосодержащего слоя или лоскута кожи на водный слой или лоскут кожи подавалось КВЧ-излучение. Далее частота КВЧ-излучения дискретно перестраивалась, и для каждой частоты записывались значения потока ИК-излучения, проходящего через водный слой. Если же исследовались характеристики водосодержащих слоев или лоскутов кожи, не находящихся в контакте с внешним материалом, то, естественно, такой предварительной структуризации водосодержа­щей среды в них не проводтось.

С удалением внешних материалов с поверхности испытуемого водосодержащего слоя или лоскута кожи наблюдалась быстрая или продолжительная релаксация интенсивности проходящего ИК-излучения к исходному уровню.

Во всех экспериментах, результаты которых приведены ниже, строго выполнялись следующие условия:

использовались слои кожи в виде лоскутов кожи свежей и гипоксированной, толщиной 100 мкм;

мощность ИК-луча составляла 25 мВт;

падающая мощность КВЧ-излучения находилась в пределах 5... 10 мВт;

полная рабочая шкала ИК-радиометра составляла 1 К, и на установке достигались разрешения до 0,005 К;

диаметр ИК-луча в области исследуемого слоя воды - 17 мм;

постоянная времени накопления ИК-радиометра - 1 с;

шаг времени при переходе с одной частоты КВЧ-излучения на другую — 5 мин;

шаг перестройки частоты КВЧ-излучателя -1 ГГц;

общая площадь лоскута кожи в чашке контейнера составляла 4 см2;

фторопластовая пленка тощиной 30 мкм и слюдяная пластина толщиной 20 мкм накладывались непосредственно на лоскут кожи и покрывали поверхность кожи полностью.

Применялась нормировка Ilia, где 10 - мощность проходящего водосодержащий слой ИК-излучения без КВЧ-воздействия на слой, а I -мощность проходящего водосодержащий слой ИК-излучения при КВЧ-воздействии на слой. Значения I и 10 записывались для времени, когда структуризация водного слоя от его контакта с внешним материалом полностью завершалась!

Для контроля и обеспечения постоянства характеристик ИК-радиометра во время проведения экспериментов осуществлялась многократная его калибровка с автоподстройкой рабочих параметров. С этой целью при измерении ИК-излучения, проходящего через водосодержащий слой от ИК-источника излучения (как и в работах [1, 3]), проводились контрольные кратковременные выключения источника ИК-из­лучения на 20 ... 30 с.

Во время эксперимента также постоянно контролировалась мощность излучения ИК-источника установки, питаемого от стабилизированного источника питания. Все измерения проводились при температуре окружающей среды 20 °С.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.