Введение к работе
Акіча.н.носіь юмы. Развитие перспективных направлении научных исследовании и биологии и медицине требует привлечения современных аналитических мен дои измерений характеристик высоко молекулярных и бполої ических материалов. В последние годы благодаря своим уникальным особенностях! большое значение приобретают оптические методы исследования жидких сред. Среди них важное место занимают методы поляризационной спектроскопии, позволяющие получать ценную информацию о составе, структуре и внутренних взаимодействиях в исследуемом обьекте.
Оптическая поляриметрію является одним из наиболее информативных методов анализа оптических свойств и определения концентрации оптически активных веществ. Ценность этого метода заключается в его быстродействии, автоматизации, возможности неразру-шающего контроля и построения экспресс-методик измерении. Оптическая поляриметрня находит применение в различных лрикладпых исследованиях и в производственных процессах, в частности, в химической, пищевой промышленности, биологии и медицине. Между тем, поляризационные методы исследовании еще не достаточно широко используются для решения многих меднко-бислогических проблем. Следует отметить, что в научной литературе отмечается принципиальная возможность определения количественного состава многокомпонентных объектов средствами полярнметрни, но не приводится конкретных примеров, и нет обсуждения вопросов точности измерении и построения соответствующей измерительной аппаратуры. Большинство биомедицинских объектов характеризуется сложным механизмом взаимодействия оптического излучения со средой, и наряду с оптической активностью обладает линейным дихроизмом и дг.улучепреломлсніїем. Это обуславливает необходимость разработки специальных, методик измерений оптических параметров таких объектов.
Новым подходом количественного анализа многокомпонентных раствороь является разработка комбинированных методов исследований, которые позволяют повысить информативность измерений и обеспечить возможность применения этих методов для контроля биообъектов. В частности, одновременная регистрация оптического про-
пускания и поляризационных характеристик оптических сред по шо.тя-ег п ряде случаев проводить корректное определение уделі.ноіі концентрации компонентой смеси сложных растворов и сущее і пенно понизить погрешность измерений. В настоящей дисеср і анионной работе рассмотрены также вопросы построения матемашческнх молелен, используемых для одновременною измерения двулхчспре.іом.існіїя и линейного дихроизма. Основным меюлом определения указанных оптических параметри!) анизотропных мелнко-бно.тогнческнх веществ является обобщенная полярпмеїрії». основанная на азимутальных измерениях, В ходе работы создай авгомаїизироваїїниіі унииерсальный фотометрический поляриметр, который позволяеі реализован, комбинированную методику и методику обобщенной поляриметрші, благодаря блочно-модульному принципу построении измерительном схемы.
Цель н задачи работы. Целью диссертационной работы является усовершенствование поляриметрических методов измерении характеристик медико-биологических объектов и ра іработка оптико-электронной аппаратуры, а также программного обеспечения лля их реализации.
Для достижения указанной цели в диссертации ставились следующие основные задачи:
Разработка методик определения концентрации многокомпонентных растворов средствами спекгрополярнметрии и спсктрофото-мстрни.
Разработка математических моделей обобщенном поляриметрші, основанной на азимутальных измерениях, для одновременного измерения поляризационных параметров биообъектов, которыми определяются оптические характеристики растворов.
Создание аппаратурного обеспечения ;ыя реализации разработанных поляриметрических методов; рассмотрение возможностей обобщенном поляримезрпн при проведении измерений в оптимальных условиях.
Разработка программною обеспечения управления поляриметром и обработки резудьта і ов измерении.
Научная новища работы:
1. Предложен и теоретически обоснован новый спсктрофоюпо-лйримефнческміі метол определения концентраций многокомпонентных биообъектов, основанный на одновременной регистрации попо-
шения и оптической активности материалов.
-
Разработаны математические модели дли одновременного определения поляризационных параметров линейной анизотропии и оптической активности медпко-бпологичеекпх объектов с помощью обобщенной поляримстрни, основанной на азимутальных измерениях.
-
Разработаны методикг выбора оптимальных условии измерении для обобщенной поляримстрни, представлены оригинальные результаты расчетов случайных погрешностей одновременных измерении линейного двулучепреломлепня, линейного дихроизма и оптической активности.
-
Предложена новая экспериментальная методика корректировки теплого дрейфа параметров измерительного тракта поляриметра.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
-
Разработана оригинальная методика определения концентраций смесей жидких оптически прозрачных сред, заключающаяся в одновременной регистрации поглощения и оптического вращения плоскости поляризации объектов. Методика предназначена для практического использования в биологии, медицине, пишевои и химической промышленности при анализе состава смесей.
-
Предложенный метод обобщенной азимутальной полярнмет-рии позволяет осуществлять поляризационные исследования хрусталика глаза человека в норме и патологии, анализировать состав гемоглобина, белков крови человека, стероидных гормонов, хроматофо-ров, интрацнтоплазматических мембран и других медико-биологических параметров.
-
Созданы аппаратурное и программное обеспечения автоматического фотометрического поляриметра, позволяющие проводить спектральные фотометрические и поляриметрически"1 измерения в диапазоне длин воли А-0,4-0.8 мкм, и осуществлять управление поляризатором с помощью компьютера для оперативной реализации методики обобщенной поляримстрни.
-
Разработан пакет программ, обеспечивающих расчет концентраций компонентов смеси, расчет полгризацнониых параметров оптической анизотропии, определение погрешностей методик, выбор оптимальных условий измерений и обработку результатов эксперимента.
Основные результаты, выносимые на защиту:
1. Впервые предложено использование спектрофотополярнмет-
рнчсского мсіола лля опрслслсіїия коїіііспіранин мноіокоміїонсіппьіх смесей, реализованного ма рачраіюіаином сііекіра.іьном фоіомсірн-чсском поляриметре. Покачано, чю одновременное применение епск-ірофогомернн и спекіропо.іяріїмеїрии, лаюінсе независимую информацию об объекте, является более тффскінвиьім, чем обычная спекі-рополирнмегрнл п приполі і г к уменьшению поірспшосіеіі опрслслсіїия копнешраннії компоненті» смесей.
2. Предложен обобщенный полмріїмсіричсскин метод ана.нпа
оптических свойств объектов, оснонапіп.ііі на ашм\ іальїіьіч інмере-
пнях п почіюляюніИй одновременно определясь характеристики ончн-ческоіі системы, обладающей линейной аничогроппси н опінческон активностью.
-
Сочдап авто.мачншрованнын фоіо.меїрпческиіі полярнмеїр її спектральном н лазерном париаіиач, предназначенный л ля реалича-іиш методик спекірофоіололяріїмегріїн и обобщенной азимутальной по.іяриметрии.
-
Рсіультази аналіпа погрешностей измерений лннеііного лиу-лучепреломденни, линейного лпхропчма н огміїчсскоіі активное їй ередсіиамп обобшешюй полирнметрнн показывают, чю погреіппосіь метода чаниснг оі точности усіановки поляризатора, чочносіп пч.мс-])еппя ачп.м) іа плоское ні полнрпзяніїи па ііі.іхолс измеряемой системы и о г абсолютных значений параметров контролируемых объектов. Посредством выбора оптимальных условий измерений, осуществляемого по предложенной автором методике при рачных значениях дву-лучепреломления и линейного лпчроіпма, достінаюіся наилучшие рс-чульїаіьі інмсрсіпій.
-
Предложена оригинальная методика корректировки теплового дрейфа спектральных п поляриметрических параметров в члек-іроішом факте прибора. Специальная программа по а.портму. учитывающему характер теплового дрейфа, ocyuiccut л чет сканирование по рабочему епскіру с прнпнікоіі к фиксированной .тише волны и коррекцию ткспериментальных данных, чю сушесівенно повышает точность измерении.
Апробация работы: Основные роульнпы диссертационно» работы докладывались и обсуждались на XXVIII па\чно-ісчішчсской конференции профессорско-пренолавачельско!о состава СПбПТМО (Сднкг-Пстербчрг, 1ч95 г.). на II межведомственной нахчно-чечтш-ческоіі конференции " Проблемные вопросы сбора, обрабоїкн и пере-
дачи информации в сложных радиотехнических системах" (Пушкин, 1995 г.), на птороіі международной1 конференции по проблемам физической мезрологии "Фіпмет-96" (Санкт-Петербург, 1996), на конференции " Прикладная оптика 96" (Санкт-Петербург, 1996).
Вх&ШШШШ-. "о материалам диссертационной работы опубликовано 5 статей и тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 101 наименовании и 2 приложений. Общий объем - 175 страниц, включая 55 рисунков, 6 таблиц.
