Спектрофотометрические сенсоры как один из видов оптических сенсоров. Фотоплетизмографы. Оксиметры и пульсоксиметры

Набор для практики

Вопросы для самопроверки

1. Чем привлекательны оптические сенсоры?
2. Назовите основные подклассы оптических сенсоров.
3. Какие сенсоры называют "спектрофотометрическими"?
4. Что такое "фотоплетизмография"?
5. Что такое "пульсовые волны" и с чем они связаны?
6. Почему врачи стали охотно применять фотоплетизмографы в реанимационных отделениях и во время операций?
7. Какие дополнительные возможности предоставляет "окклюзионная фотоплетизмография"?
8. Чем объясняется красный цвет крови? Чем объясняется несколько разный цвет венозной и артериальной крови?
9. Имеются ли спектральные интервалы, где оксигемоглобин и восстановленный гемоглобин имеют одинаковые коэффициенты поглощения? В какой области спектра их коэффициенты поглощения больше всего отличаются?
10. Для чего предназначены "оксиметры"?
11. Что такое "пульсоксиметр"?
12. Какие преимущества в операционных и реанимационных палатах имеет пульсоксиметр перед фотоплетизмографом?

Упражнения

Упражнение 18.1. На каких принципах основана спектрофотометрия? Осветите следующие вопросы.

Вариант 1. Чем отличаются качественный и количественный спектральный анализ?

Вариант 2. Чем отличаются одноканальный и многоканальный спектрофотометрические методы?

Вариант 3. Чем отличаются одноволновая, многоволновая и непрерывная спектрофотометрия?

Вариант 4. Что такое коэффициент ослабления света? Запишите в дифференциальной форме основной закон ослабления света при прохождении сквозь вещество.

Вариант 5. Что такое коэффициент пропускания света? Запишите закон прохождения света через слой вещества в интегральной форме.

Вариант 6. Как связан коэффициент ослабления света раствором при наличии в нем нескольких разных красителей с концентрацией каждого из них? Напишите соответствующую формулу для случая, когда и сам растворитель частично поглощает свет.

Вариант 7. Как выглядит закон прохождения света через слой вещества в дифференциальной форме, когда вещество не поглощает, а только рассеивает свет?

Вариант 8. Как выглядит закон прохождения света через слой вещества в интегральной форме, когда вещество не поглощает, а только рассеивает свет?

Вариант 9. Как выглядит закон прохождения света через слой вещества в дифференциальной форме, когда вещество и поглощает, и рассеивает свет?

Вариант 10. Как выглядит закон прохождения света через слой вещества в интегральной форме, когда вещество и поглощает, и рассеивает свет?

Упражнение 18.2.

Вариант 1. В кювету толщиной 2 мм залит раствор красителя в концентрации 0,1 моль/л. Молярный коэффициент поглощения красителя = 5 л/(моль*мм). Коэффициент пропускания кюветы без раствора . Найдите коэффициент пропускания кюветы с раствором.

Вариант 2. В кювету толщиной d мм залит раствор красителя в концентрации 0,1 моль/л. Молярный коэффициент поглощения красителя = 5 л/(моль*мм). Коэффициент пропускания кюветы без раствора . Найдите зависимость коэффициента пропускания кюветы с раствором от толщины .

Вариант 3. В кювету толщиной 2 мм залит раствор красителя в концентрации 0,1 моль/л. Молярный коэффициент поглощения красителя = 5 л/(моль*мм). Коэффициент пропускания кюветы с раствором , а той же кюветы без раствора . Найдите концентрацию красителя в растворе.

Вариант 4. В кювету толщиной 5 мм залит раствор двух красителей. Один краситель – в концентрации 0,1 моль/л с молярным коэффициентом поглощения = 2 л/(моль*мм), а второй – в концентрации 0,2 моль/л с молярным коэффициентом поглощения = 0,5 л/(моль*мм). Коэффициент пропускания кюветы без раствора . Найдите коэффициент пропускания кюветы с раствором.

Вариант 5. В кювету толщиной 5 мм залит раствор двух красителей. Один краситель – в концентрации 0,1 моль/л с молярным коэффициентом поглощения = 3 л/(моль*мм), а второй – в неизвестной концентрации с молярным коэффициентом поглощения = 5 л/(моль*мм). Коэффициент пропускания кюветы без раствора . Найдите концентрацию второго красителя, если коэффициент пропускания кюветы с раствором .

Вариант 6. В кювету толщиной 5 мм залит раствор красителя в концентрации 0,1 моль/л. Молярный коэффициент поглощения красителя = 5 л/(моль*мм). Коэффициент пропускания кюветы без раствора . Найдите оптическую плотность кюветы с раствором.

Вариант 7. В кювету толщиной 5 мм залит раствор двух красителей. Один краситель – в концентрации 0,2 моль/л с молярным коэффициентом поглощения = 3 л/(моль*мм), а второй – в концентрации 0,5 моль/л с молярным коэффициентом поглощения = 0,5 л/(моль*мм). Коэффициент пропускания кюветы без раствора . Найдите оптическую плотность кюветы с раствором.

Вариант 8. Полимерная пленка толщиной 0,2 мм без красителя имеет коэффициент пропускания . Такая же пленка с красителем имеет коэффициент пропускания . Молярный коэффициент поглощения красителя = 18 л/(моль*мм). Найдите концентрацию красителя в плёнке.

Вариант 9. Какой частоты стоячие ультразвуковые волны должны возбуждаться в акустооптическом фильтре, чтобы он пропускал ближний ИК свет с длиной волны 1 мкм? Скорость распространения УЗ волны в материале фильтра составляет 1,5 км/с.

Упражнение 18.3. На каких принципах основана фотоплетизмография? Осветите следующие вопросы.

Вариант 1. Свет какой длины волны используют в фотоплетизмографии и с чем это связано?

Вариант 2. Что такое "фотоплетизмограмма" и какова её общая структура?

Вариант 3. Чем отличаются "волны" 1-го, 2-го и 3-го порядка на "фотоплетизмограмме"?

Вариант 4. Какие возможности предоставляет интеллектуальный фотоплетизмограф и почему медики охотно используют его во время операций и в реанимационных отделениях?

Вариант 5. Что такое "анакротическая" и "дикротическая" составляющие пульсовой волны? С какой целью их измеряют?

Вариант 6. Что такое "окклюзионная фотоплетизмография" и как с её помощью измеряют артериальное давление?

Вариант 7. Какие возможности предоставляет "окклюзионная фотоплетизмография" для исследования периферийного кровообращения? Объясните, как измеряется давление крови в венах.

Вариант 8. Каким образом с помощью "окклюзионной фотоплетизмографии" исследуют проходимость и эластичность периферийных сосудов?

Упражнение 18.4. На каких принципах основана "оксиметрия"? Почему так важно определять степень насыщения крови кислородом? Осветите следующие вопросы.

Вариант 1. Свет каких длин волны используют в оксиметрии и почему?

Вариант 2. Что такое "насыщение крови кислородом" и как оно количественно определяется? Напишите соответствующую формулу.

Вариант 3. Почему в формулах (18.14) и (18.15) для расчета насыщения крови кислородом отсутствует такая важная величина, как длина пути , пройденного светом в биологической ткани?

Вариант 4. Почему в названии "пульсоксиметр" присутствует приставка "пульс"? Какие преобразования получаемых первичных сигналов с этим связаны и какие возможности это открывает?

Вариант 5. Каким образом в пульсоксиметрах удается определять насыщенность кислородом именно артериальной крови?

Вариант 6. Расскажите вкратце об одном из описанных в данной лекции пульсоксиметров.