Биологиялық ұлпалардың пассивті механиқалық қасиеттері

«Астана Медициналық Университеті» АҚ

«Медициналық биофизика және тіршілік қауіпсіздік негіздері» кафедрасы

 

 

 

 

 

 

 

   Реферат

 

Тақырыбы: Биологиялық ұлпалардың пассивті механиқалық қасиеттері

 

 

 

    

                                                                   Орындаған: Айтқұлова А.Е.

                                                                           Тобы: 110 ОМ

                                                                           Тексерген: Шакерхан Н.Ш.

                                                                              

 

                                                         Астана 2015

 

 

Жоспар:

 

1. Биологиялық ұлпалардың механикалық  қасиеттері
2. Жануар және адам ұлпаларының механикалық қасиеттері
3. Биологиялық ұлпалардың механикалық қасиеттерінің түрлері:активті және пассивті
4. Люминосценттік талдау
5. Флуоресценциялық спектірлер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                        Кіріспе

    

    Люминесценция  – суық жарық шығару. Ол жылулық  жарық шығаруға қарағанда басқа  шарттарға негізделген жарық  шығару түрі болып табылады. Оған  әсер ететін факторларға байланысты  фотолюминесценция, электролюминесценция, пьезолюминесценция, хемилюминесценция, биолюминесценция жәнет.б. түрлерге  ажыратылады.

    Фотолюминесценция  – бір затта жұтылған жарық  сәулесінің энергиясы сол заттан  суық жарық шығарады.

    Биолюминесценция  – тірі ағзада жүретін биохимиялық  реакциялардың нәтижесінде жүзеге  асады.

    Люминесценттік сорғылар мен таңбалардың медицина мен биологиядағы маңызы өте зор.

Люминесценция

 

       Қызған  денелер жарық шығарады. Олардың  атомдары мен молекулаларының  жылулық қозғалыстары жарық сәулесінің  энергиясына айналады. Жылулық сәуле  шығарумен қатар энергияның түрлену  нәтижесінде басқадай жарық шығарады. Ол жарықтар – суық жарықтар, оларды люминесценция (латын сөзінен luminis – жарық) дейді. Суық жарық  оны тудыратын энергияның түріне байланысты хемилюминесценция, электролюминесценция, фотолюминесценция деп бөлінеді. Мысалы, шіріген ағаштардың түбінде, сүйектердің жатқан жерінде ұзақ уақыт ішінде баяу өтетін тотығу реакциясы нәтижесінде болатын жарықты – хемилюминесценция дейді. Электр заряды кезінде электр өрісінде қозғалған иондар мен электрондардың соқтығысы нәтижесінде пайда болған жарықты – электролюминесценция дейді.  

Фотолюминесценцияда бір затта жұтылған жарық сәулесінің энергиясы сол заттан суық жарық шығарады. Шыққан сәуленің толқын ұз ындығы жұтылған сәуленің ұзындығынан ұзын болады. Көп заттарда, мысалы газдарда, сұйықтарда, әсер етуші жарық өшкен кезде суық жарық шығару да бірден тоқталады. Осындай жарық шығаруды флюоросценция (латын сөзінен fluor – ағын) дейді. Ал кейбір қатты денелер әсер етуші жарық өшкеннен кейін де ұзақ уақыт жарық шығара береді. Ондай жарық шығару кейде бірнеше сағатқа созылуы мүмкін. Осындай жарық шығаруды фосфоросценция (грек сөзінен phos – тасымалдаушы) дейді.

Фотолюминесценция бір затта жұтылған фотонның энергиясының бір бөлігі түрліше молекулааралық процеске беріледі. Сондықтан сол заттың ішінде жұмыс атқарылады. Шыққан фотонның энергиясы келіп түскен фотонның энергиясынан аз болады   ħν = ħν0 - A

 

          Әдетте А > 0, яғни ν < ν0 және λ < λ0. Осы ережені Стокс ережесі деп былай қорытындылаймыз: бір затқа келіп түскен сәуленің әсерінен пайда болған люминесценцияның спектрі ұзын толқын жаққа қарай ығысады. Сондықтан келіп түскен сәуленің энергиясы пайда болған сәуленің энергиясынан көп болады. Энергияның көп бөлігі сол затта жұтылады. Жұтылған энергияның шамасы мынаған тең:

 

                                                    ∆E = E1 – E2

 

                    

 

            Күнделікті өмірде қолдану үшін  затқа түскен жарық энергиясының  қандай бөлігі люминесценттік  жарық беретінін білу өте қажет. Осы мәселені С.И.Вавилов терең зерттеді. Фотолюминесценция кезінде бөлініп шыққан энергияның жұтылған жарықтың энергиясына қатынасын фотолюминесценцияның энергетикалық шығымы дейді.

 С.И.Вавиловтың заңы  бойынша фотолюминесценцияның энергетикалық  шығымы келіп түскен жарықтың толқын ұзындығына тәуелді, яғни бастапқы кезде  толқын ұзындығы артқан сайын энергетикалық шығымы да артады, белгілі бір толқын аралығында тұрақты болып, кейін кенет азаяды. 

 

 

Флюоросценция. Фосфоросценция

 

          Жарықтың жұтылуынан пайда болатын  флюоросценттік процесс толығымен  молекула ішінде өтеді. Люминесценттік  жарық шығару түскен сәуленің әсерінен қозған күйге өткен электронның бастапқы қалыпты энергетикалық деңгейге өту процесінде болады. Молекулалардың флюоросценциясы кезінде фотон нақты жұтылады және фотонды жұту және сәуле шығару арасында, аздаған болса да, уақыт өтеді.

 

          Флюоросценциялық жарық шығару  сол заттың молекуласының ғана  қасиеті және ол сыртқы әсерге тәуелді емес деуге болады. Осындай заттарды қыздырғанда жылу әсерінен қозған молекулалар саны артып, Стокс заңына қарсы келетін сызықтардың пайда болуын жеңілдетеді. Молекулалардың флюоросценттік спектрін зерттеу сол молекулалардың құрамын және қасиетін анықтауға мүмкіншілік береді. Кейбір газдар мен сұйықтардың фотолюминесценциясының, арнайы аспаптарсыз-ақ байқауға болады. Мысалы, бояудың ерітіндісінен (керосин, хинин ерітіндісі және т.б.) жарық сәулесі өткенде ерітінді ішінде жарықтың “ізі” жақсы көрінеді. Бұл құбылыс жарықтың шашырауына байланысты емес. Олай болса ерітіндінің өзі сол жарықтың әсерінен флюоросценттік жарық шығара бастайды. Осындай флюоросценция кезінде ерітіндіге келіп түскен жарық екі түрлі болады. Осы айырмашылықты жай көзбен де көруге болады.

 

          Фосфоросценция құбылысы өтетін  кристаллдарда (оларды фосфор дейді), келіп түскен жарықтың әсерінен электрон жарықталу центрінен бөлініп шығады. Жарықталу центрлері иондар, атомдар, иондар жиынтығы немесе атомдар маңында топтасқан басқа да заттар болуы мүмкін. Оларды белсендірушілер (активаторлар) дейді. Бөлініп шыққан электрон өзінің орнына қайтып келгенде немесе сол орынға басқа бір электрон келгенде жарық бөлініп шығады. Кристаллдарда электрондардың қозғалғыштық қабілеті өте аз, содықтан олардың қозу уақыты да аз болады. Температура өскенде осы уақыт қысқара береді.

 

         Люминесценция құбылысы көптеген  сұйықтарда және қатты денелерде  байқалады. Заттың табиғатын және  құрамын люминесценциялық спектрі  арқылы анықтауды люминесценциялық  анализ дейді. Мысалы, люминесценциялық  анализбен ерітіндідегі заттың 10-4  кг/м3 қоспасын және массасы 1 тонна  қатты денедегі қосынды заттың  мөлшерін 10-13 кг шамасында анықтауға болады. Сондықтан осы әдіс ғылым мен техникада кеңінен қолданылады. Атап айтқанда геологиялық барлауда, өнімдерді іріктеуде, палеонтологияда және т.б. салаларда өте маңызды роль атқарады.

Көптеген органикалық қосылыстар (қышқылдар, эфирлер, майлар, алкалоидтар және т.б.) қалыпты жағдайда немесе ультракүлгін сәулемен әсер еткенде өзіне тән люминесценттік жарық шығарады. Міне осы жарықтың спектрлік құрамын талдай келіп тағамдардың, дәрі-дәрмектердің, тіннің, терінің және т.б. қоспаларын анықтайды. Ультракүлгін сәуленің әсерінен ағзаның көптеген тіндері, мысалы, тырнақ, тіс, боялмаған шаш, көздің қасаң қабығы, көз бұршағы және т.б. флюоросценттік жарық шығарады. Сол жарықтың спектрін анықтау диагностикада қолданылады. Осы мақсатта қолданылатын құралды флюорометр дейді. Флюорометрдің басты бөлігі сынапты шам. Оны кварцты шам деп те атайды.

 

          Сынапты шам – ішінен ауасы  жоғарғы вакуумға дейін сиретілген  кварц түтігінен тұрады. Түтіктің іші аргон газымен толтырылып, оған бірнеше тамшы сынап қосады. Түтіктің екі басына электрод орналастырылған. Осындай шамды ток көзіне қосқанда, аргоннның жеке иондары мен электрондарының әсерінен солғын разряд пайда болады. Газдың иондары мен электрондары түтіктің ішіндегі электродтарымен соқтығысып, оларды қыздырады. Қызған электродтардың бетінен электрондар бөлініп шығады. 

 

 

 

          Шам қызады да оның ішіндегі  сынап буланады. Сынап буларының  арасында доғалық разряд пайда  болып, түтіктің ішіндегі газ қысымы    артады – шам ультракүлгін сәуле шығарады.

Флюоросценттік заттарды немесе флюоросценттік бояумен боялған гистологиялық препараттарды зерттеу үшін люминесценттік анализ  кеңінен қолданылады. Ол үшін люминесценттік микроскоп қолданылады (5сур). Ол сынапты шамы бар арнайы жарық көзінен, толқын ұзындығы 320-400 нм ультракүлгін сәулені ғана өткізетін жарық сүзгішінен, кварц призмасынан және кварцты линзасы бар конденсордан тұрады. Препарат ультракүлгін сәуле өткізетін арнайы шынының үстіне қойылады. Микроскоптың оптикалық жүйесі  - қарапайым оптикалық жүйеден тұрады.

 

Хемилюминесценция

 

          Химиялық реакция нәтижесінде  пайда болатын суық жарықты  хемилюминесценция деп атайды. Осындай жарықталынудың болуы химиялық реакцияға қатысатын кейбір заттардың электрондық – қозған күйге өтуінен болады.

 

          Мысалы,                    А + В → Р* + басқа заттар;

 

                                            Р* → Р + ħν (хемилюминесценция)

 

          Химиялық реакциялар шексіз көп, бірақ солардың ішінде кейбіреулері ғана көрінетін жарық немесе ультракүлгін сәуле шығарады. Мысалы, биолюминесценция – кейбір бактериялардың, құрттардың, балықтардың және т.б. биологиялық заттардың қарапайым көзге көрінетін люминесценттік жарық шығаруын айтады.

Хемилюминесценция, әдетте, органикалық қосылыстардың тотығу процесімен қатар жүреді. Липидтердің пероксидті тотығуы тіндердің, гомогенаттардың, қанықпаған майлы қышқылдар суспензияларының өте әлсіз жарық шығаруымен қатар жүреді.

 Физикалық фактордың  әсерінен пайда болған бос  радикалдардың хемилюминесценциясы  мынадай түрлерге бөлінеді: радиолемилюминесценция (иондағыш сәуленің әсерінен); фотохемилюминесценция (көрінетін жарық немесе ультракүлгін сәуле әсерінен); электрохемилюминесценция (ерітіндіден электр тогын өткізгенде); сонолюминесценция (ультрадыбыстың әсерінен); триболюминесценция (ерітінділер қозғанда) және т.б.

 

        Қатты  фазадағы затқа жарық түскенде бос радикалдардың қозғалғыштығы кенет шектеледі. Егер осы заттың температурасы немесе олардың тығыздығы азайса, онда олардың реакцияға түсуі хемилюминесценцияның белсенді фазасына өтуі артады. Осындай жарық шығаруды термолюминесценция дейді.

Хемилюминесценцияны қадағалау – люминесценттік жарық шығаратын химиялық реакцияның өту процесін  бақылауға мүмкіншілік береді. Бос радикалдарды тіркеу үшін де хемилюминесценцияның маңызы аса зор. Адам қанының плазмасынан екі валентті темір иондарын шығарғандағы хемилюминесценцияның графигі суретте көрсетілген. Темір иондары липидтердің пероксидті тотығуын күшейтеді.

Хемилюминесценция кванттары пероксидті бос радикалдардың әсерінен триплетті қозған кетондардың әсерінен болады:

 

            ROO· + ROO + H+ → RO* + ROH + O2;

 

                              

 

                               RO* → RO + ħν

         Фагоцидті қан жасушаларына өндіріс шаңдары, газдары және т.б. жеңіл заттар араласқанда хемилюминесценцияның спектрі өзгереді. Соған қарап шаңның тегін анықтауға болады. Улы газдар супероксидті және гидроксилді радикалдарын және оттегінің басқадай формаларын тудырып, ұлпаның ферментативтік жүйесін арттырады. Мысалы жүректің ишемиялық науқасында, миокарда инфарктісінде ұлпалардың фагоциттік белсенділігі кенет өзгереді. Осы өзгеріс диагностикалық тәсіл ретінде қолданылады.

Фотолюминесценция көрінетін немесе ультракүлгін электромагниттік сәулеленудің әсерінен байқалады. Оны зерттей отырып, 1852 жылы Д. Стокс люминесценциялық сәулеленудің толқын ұзындығы әрқашан оны тудырған жарық толқынының ұзындығынан артық болатынын тағайындады. Бұл Стокс ережесі деп аталады, оны энергияның сақталу заңы мен кванттық теория тұрғысынан оңай түсіндіруге болады. Түскен жарық квантының энергиясы фотолюминесценциямен қоса басқа да оптикалық емес процестерге (мысалы, ортаны қыздыруға) жұмсалады:

hυ =Е + hυ

Бұдан hυ>hυлюм немесе λ<λлюм, яғни Стокс ережесі шығады. Кейбір жағдайда Стокс ережесі бұзылып, фотолюминесценттік жарықтыңтолқын ұзындығы оны тудырған жарықтың толқын ұзындығынан аз болады. Мұны антикстік сәулелену дейді. Бұл сәулелену кезінде қоздырушы сәулелену квантының hυ энергиясына люминесценцияланатын зат атомдарының жылулық қозғалыс энергиясы қосылады υлюм>υ болады.

Табиғатта люминесценцияны кейбір жәндіктердің түнде жарқырауы, шіріген ағаштардың, минералдардың жарық шығаруы, солтүстік шұғыла (полюстік шұғыла) құбылыстарында бақылауға болады.

Зат кұрамының люминесценттік анализін жасау тәсілі люминесценция құбылысына негізделген. Бұл — дәлдігі өте жоғарғы тәсіл. Люминесценцияның спектрлік сызықтарының интенсивтігі бойынша зерттеліп отырған 1 г заттың құрамындағы 10-11 г қоспаны айыруға болады.

Химиялық люминесценттік сапалық зерделеу тәсілі арқылы қоспаның құрамындағы заттарды анықтайды.

Люминесценттік жарқырау сипаты бірдей болып көрінетін нәрселерді бір-бірінен айырып алуға мүмкіндік береді. Бұл — іріктеу люминисценттік анализ тәсілі. Осы тәсілмен медицинада аурудың диагнозын қояды. Ал ауыл шаруашылығында тұқымның сапасын зерттейді, сол сияқты мұнайдың құрамын анықтап, алмаздарды іріктейді.[2]

 

 

Люминесценттік  сорғылар мен таңбалар

 

        Биологиялық объектілердің люминесценциясы меншікті немесе анализденуші жүйеге арнайы заттардың қосылуымен жүруі мүмкін.

Жай белоктардың меншікті люминесценциясы триптофан мен тирозин аминқышқылдарының болуымен шартталған. Триптофанның максимум флюоросценциясы 330-350 нм аралығында болады, ол триптофанның белок молекуласындағы локализациясына байланысты

Күрделі белоктардағы кейбір коферменттер меншікті люминесценцияға ие. Мысалы, флавин, қалпына келген пиридиннуклеотидтер т.б. Қалпына келген пиридиннуклеотидтерді УФ-пен қоздырғанда, ол спектрдің көк аймағында флюоросценцияланады (440 нм), ал қышқылдандырылғандар – флюоросценцияланбайды. Бұл клеткадағы, тіндердегі, митохондриядағы электрон тізбегін тасымалдану жұмысының молекулалық механизмін және биохимиялық реакцияның кинетикасын зерттеуге мүмкіндік береді. Басқа әдістерді қолдану қиынға соққанда, қалпына келген пиридиннуклеотидтердің және басқа да флюорециялайтын коферменттердің бір клетканың әр түрлі аймағындағы өзгерістердің кинетикасын микрофлюорометриялық тіркеуге болады. Меншікті люминесценция А, В6, Е және т.б.дәрумендерде, көпшілік дәрі-дәрмектерде (хинин, гризеофульвин т.б.) байқалады. Оның көмегімен өте үлкен сезімталдықпен, специфиакалықпен канцерогенді көмірсуларды – бензапирен, дибензантрацен т.б. қала ауасында, темекі түтінінде және т.б. анықтайды. Біріншілік люминесценция диагностикалық мақсатта қолданылады: адамдағы саңырауқұлақтық инфекция және жануарлардағы толқын ұзындығы 365 нм болатын УФ-пен қоздырылған жасыл-сары флюоросценциямен зақымдалған түктердегі белгілері арқылы дерматомикоздарды анықтайды. Меншікті люминесценция арқылы азық-түлік сапасына бақылау жүргізіледі. Сүт пен қаймақ көп сақталған уақытта рибофлавин люмихромға қышқылданады, бұл кезде флюоросценция түсі жасыл-сарыдан көкке өзгереді. Pseudomanos бактерияларымен зақымдалған жұмыртқалар УФ жарығымен қоздырылған кезде жиі флюоросценцияланады (бактериямен туындалатын пиовердиннің пигменттері арқылы).

Меншікті люминесценция болмайтын көптеген қосылыстар тиісті химиялық өңдеуден кейін люминесценциялана бастайды. Осындай жолмен биологиялық материалдардағы С, Д, В12 жәнет.б. дәрумендерді, наркотиктерді, морфин, героинді анықтауға болады. Екіншілік люминесценцияны әр түрлі аурулардың диагностикасында қолданады.

 

         Биологиялық мембрананың құрылымы мен белоктардың макромолекулаларының құрылымдық жүйесін зерттеуде флюоросценттік сорғылар қолданылады. Мұндай сорғылар ретінде люминесценттік параметрлері сыртқы орта жағдайына байланысты өзгеретін (полярлығы, заряды т.б.) заттарды алады.

 

         Сорғылар 3 типті болады:

Зарядталған (мысалы, 1-анилинонафталин-8-сульфонат, 2-толуидиононафталин-6-сульфонат)

Зарядталмаған, бірақ біршама дипольдік моментке ие (4-диметилламинохалкон, 3-метоксибензатрон)

Зарядталмаған және дипольдік моментке ие емес (перилен, метилатрацен, пирен, ретинол)

 

        Флюоросцентті  сорғылар ретінде суда флюоросценцияланбайтын, ал биологиялық мембрана немесе  белок байланыстарында люминесценттік  жиілігі 10 есе артатын молекулаларды қолданады. Осы сорғылар көмегімен биологиялық мембрананың көмірсутектік тұтқырлығы анықталады (мысалы, жасунықты түтіктердің сыртқы сегменттерінің тұтқырлығы 1пз,ол зәйтүн майының тұтқырлығына сәйкес келеді). Сорғылар көмегімен молекулалық компоненттерінің орналасуын, белоктар мен биологиялық мембрананың конформациондық қайта құруын, фазалық өзгерістерін зерттейді. Нуклеин қышқылдарының құрылымын зерттегенде акридиндік тоқсары сорғыларды қолданады. Мысалы, екі спиральді ДНК-ның максимум люминесценция спектрінің жасыл аймағында орналасады (530 нм), ал бір тізбекті ДНК мен РНК қызыл аймаққа қарай ығысады (640 нм). ДНК-нв клеткада микрофлюорметриялық әдіспен сорғы арқылы анализдейді.

 

Медициналық техникада  кең таралған, фото-, рентгено-, катодолюминесценцияға  қабілетті “люминофорлар” қолданылады. Табиғатына қарай олар органикалық және бейорганикалық болып бөлінеді. Бейорганикалық люминофорлар люминесценттік шамдарда қолданылады. Рентгендік экрандарды дайындауда рентгенолюминесценцияға қабілетті цинккадмийсульфидті люминофорларды қолданады. Органикалық люминесценцияға флюоросценттік сорғылар пайдаланады.

 

 Атқаратын функциясына  және құрылыс жағынан қарағанда  жұмсақ биологиялық тіндердің  ішінде жүрек құлақшалары мен  қан тамырларының алатын орны  ерекше. Морфологиялық тұрғыдан  қарағанда қан тамырларын эластикалық, аралас және бұлшық еттік ( тегіс  бұлшық ет ұлпалары басым болғандықтан ) болып үшке бөлінеді. 
Үлкен артериялық тамырлардың қабырғалары үш қабатты болады: 1- ішкі, 2 – орта және 3 – сыртқы қабаттар. Ішкі қабат құрамынан эндотелий, астыңғы эндотелий және ішкі эластикалық мембраналар кіреді. Тамырдың ішкі бетін жауып тұрған эндотелиальді жасушаның гемодинамикалық маңызы аса зор: олардың бүтіндігінің бұзылуы тромбалардың пайда болуына әкеп соқтырады. Астыңғы эндотелий – жіңішке эластикалық және коллагендік талшықтардан, байламдық – ұлпалық жасушадан және негізгі заттан тұрады. Ішкі эластикалық мембрана коллагендік талшықтармен оралған эластиндік талшықтан тұрады.  
Ортаңғы қабат жиырылу бағыттары басқарылатын көптеген эластикалық мембраналардың құрылымынан тұрады. Тегіс бұлшық ет талшықтары эластикалық мембранаға бекітілген. 
Ішкі және сыртқы қабатқа жанасқан, көлденең коллаген әсерінен бір құрылымда орналасқан шеңбер бойымен коллагендік фибриллалардан және тізбек бойымен бағытталған жуан эластикалық талшықтардан тұратын сыртқы эластикалық мембрана. 
Веналардың құрылысы – артериялардың құрылысына ұқсас. Бірақ веналар қабырғаларын ішкі, ортаңғы және сыртқы қабаттарға бөлу өте қиын, тіпті кейде бөлуге мүмкіншілік болмайды. Артериялық тамырларға қарағанда вена тамырларының ішінде қан қысымының өзгеруі үлкен болады. Артерия тамырына қарағанда вена тамырларыныңқабырғалары жұқа және де эластикалық ұлпалары да аз болады. вена тамырларының сыртқы қабаты қалың және коллагендері көп болады. Мысалы, венада коллаген эластиннен үш есе көп болса, кеуде жасушасында екі есе көп болады. 
Пульстік қысымның әсерінен қан тамырларының қабырғаларына кезеңі өзгермелі жүктеме әсер етеді. Қан тамырлар қабырғалары сызықты – тұтқыр - серпімді болғандықтан, қорытынды деформация фазасы бойынша бұрышына кейін қалады. Ол бұрыштың мәні зерттелінетін материалдық қасиетіне байланысты болады. Осындай материалдар үшін динамикалық модулі былай анықталады: 
Eдин = E1 + E2 
мұндағы: Е1 – серпімді модулі; E2 – шығын модулі. 
Динамикалық серпімділік модулі 1 – 2 Гц жиілікте көп өзгеріске ұшырамайды. Ол төменгі жиіліктер өседі. Кешігу бұрышы аз, мөлшерімен 10% шамасында болады. Егер жүрек соғысының жиілігі 2 Гц болса, 
E2 / E1 < 0,123 болады. 
Осы нәтиже сол ортада серпімді компоненттерге қарағанда тұтқыр компоненттердің аз болатынын көрсетеді. Егер қан қысымының өзгерісі 20 – 120 мм. сынап бағанасы мөлшерінде ( 2,5 – 15,0 кПа ) болса, онда қан тамырлар қабырғаларының тұтқыр – серпімді қасиеті көрінеді. Ол қасиет гистерезис бұғалығына ұқсайтын болады.

Люминесценттік талдау

 

Люминесценттік талдау. Люминесценция - сыртқы энергия көзінің әсерінен кейбір дененің жарық шығаруы. Люминесценция кезінде шыққан жарықтын жиілігі оны қоздырушы жарық жиілігінен өзгеше. Люминесценция құбылысын жарықтыңшашырауы, шағылуы және денелердің термодинамикалық тепе-теңдік күйіндегі жылулық сәуле шығаруы тәрізді құбылыстардан ажырата білу керек. Қыздырғандағы жарық шығарудан бұл бөлек, мұнда жылуды шығаратын жүйе энергиясы пайдаланылмайды. Сондықтан да оны "салқын жарық" деп те атайды. Люминесценция электронқоздырылған күйінен негізгі күйге ауысқанда пайда болады. Люминесценциялаушы кез келген агрегат күйде болуы мүмкін. Люминесценттік өлшеу әдістері химиялық және биохимиялық реакциялардың жүруін, кинетикалық зерттеулерді бақылау үшін, заттарды, әсіресе, органикалық қосылыстарды тазалау, құрамындағы қосалқы қосымшаларды айқындау, оның тазалық дәрежесін анықтау үшін жиі қолданылады. Әдістің ең жоғарғы сезімталдығы заттың болмашы дәрежедегі түрленуін де, аралық жоғары активті немесе тұрақты емес өнімдердін түзілуін де белгілей отырып, оны әр түрлі реакциялардың механизмін зерттеу үшін қолдануға мүмкіндік береді.

Әдістің теориялық негізі

Молекулалар қоздырылған кезде  қосымша энергияға (кинетикалық, айналу, тербелу, электрондық және басқа да) ие болып, қоздырылған күйге, яғни біршама басқаша электрондық деңгейшеге (синглетті және триплетті) ауысады. Әрбір электрондық деңгейге 0, 1, 2... сияқты кванттық саны бар тербелістік деңгейшелер косылады. Электрон жарық квантын сіңірген кезде негізгі деңгейден синглетті (кері параллельді спиндер) және триплетті (параллельді спиндер) күйге сәйкес келетін жоғарылау деңгейге ауысады. Негізгі синглеттен триплетті күйге бірден немесе тура ауысуына болмайды, өйткені оның энергиясы синглеттікінен біршама аз, ал оның деңгейі интеркомбинациялық конверсия (араласа жанасу) есебінен толықтырылады. Мұндай ауысу 1-суретте V санымен белгіленген. Қоздырылған молекулалардың басым көпшілігі соқтығысу кезінде энергиясын жоғалту нәтижесінде ең төменгі тербелмелі деңгейге (II процесс) ауысуға ұмтылады. Бұл процесс сәуле шығарусыз өтеді және осындай жағдайдағы молекулалар қоздырылған синглеттік электрондық деңгейде 5 болады, одан олар әуелгі күйіне фотонның сәуле шығаруымен болатын күйіне ауысады (флуоресценция IV процесс). Олардың сәуле шығару алдында триплетті деңгейге ауысуының ықтималдығы аз (фосфоресценция, V, VI, VIII процесс). Ақырында молекула негізгі денгейдің әйтеуір бір тербелмелі күйінде болуы мүмкін. Бұл ауысулардың бәрі спектрде жақын орналасқан тиісті сызықтар арқылы сипатталады (флуоресценция және фосфоресценция). Ерітінді қатынасқан тұста, ол сызықтардың арасы тарылып, бір-бірімен бірігіп кетуі мүмкін. Бұл ауысулардың басым көпшілігі қоздырылу энергиясымен (І-процесс) салыстырғанда энергияның аз шығынымен қосарласа жүреді. Қалыпты жағдайда молекулалардың бір бөлігі әркашан да негізгі күйдің бірінші және екінші тербелмелі деңгейшелерінде болатынын ескерген жөн. Сондықтан, келтірілген суреттегі (а) ауысуы мүмкін. Триплетті күйдегі өмір сүру мерзімі синглеттінікіден біршама ұзақ; фосфоресценция үшін жарты период уақыты 10-3 -10-2 с. Аналитикалық тәжірибеде сынаманы пайдалану және бақылау үшін талданатын үлгіні салқындатып, мұздатып қояды. Әр түрлі люминесциялаушы заттар үшін қоздырылған күйдің мерзімі 1010 секундтан бастап, бірнеше сағатқа, тіпті кейде кристалл заттар үш тәулікке дейін болуы мүмкін. Жарқырау ұзақтығы - люминесценцияның маңызды сипаттамасы. Бұл оны шағылу, шашырау, жылу, сәуле шығару сияқтылардан оңай ажыратады. Люминесценцияны қоздыру әдісі бойынша оны түрі бойынша жіктейді: фотолюминесценция - ультракүлгін және көрінетін электромагниттік сәуле шығару арқылы қоздыру (фосфоресценция және флуоресценция); катод- люминесценция - электрон әсерімен туындайды; хемилюминесценция - химиялық реакция энергиясының есебінен жарқырау; рентгенолюминесценция - рентген сәулесінің әсерінен туындайды; үйкеліс әсерінен пайда болатын триболюминесценция және т.б. Қоздыруды тоқтатқанда онымен бірге флуоресценция да тоқтайды, ал фосфоресценция болса, белгілі мерзімге дейін тоқтамай, жарқырай береді. Аналитикалық тәжірибеде люминесценцияның осы екі түрі жиірек қолданылады. Қоздыру энергиясынан (сіңірілген жарықтың) люминесценция энергиясына ауысу эсерлігі немесе дәрежесі люминесценцияның энергетикалық және кванттық шығымымен сипатталады. Люминесценцияның энергетикалық шығымы деп люминесценция шығарған (шашыратқан) энергияның сіңірілген жарық энергиясына қатынасын айтады: Кванттық шығым деп (шығарылған) квант санынын сінірілген квант санына қатынасын айтады:

BЭН=EЛ/EЖ;

мұндағы Ел мен Еж - люминесценция мен сіңірілген жарық энергиялары, ал NI мен Nt - шашыраған және сіңірілген квант саны. Квант энергиясы E-Nh тең, демек:

B=(Nлh⋎л)/(Neh⋎ж)=Bкв(⋎л/⋎ж)

Люминесценцңяның энергетикалық шығымының қоздырылатын жарық толқынының ұзындығына тәуелділігі Вавилов заңына бағынады, ол коздырылатын жарық толқынының ұзындығының өсуімен әуелі, толқын ұзындығына пропорционал өсіп, ең жоғарғы мәнге жетеді, сосын күрт төмендейді . Бірінші бөлікке арнап, былай жазады:

Вэн=χλc; λc=c/ νc

Вкв=Вэн*(νж/νл)=χ(λжνж)/νл=χ(c/νл)=χλл=const,

мұндағы χ- пропорционал коэффициент. Энергетикалық шығымның сіңірілген жарықтың толқын ұзындығына пропорционалдығы осы спектрлік бөлімдегі люминесценцияның кванттық шығымын білдіреді. Демек, люминесценциядағы кванттық шығым неғұрлым үлкен болған сайын, соғұрлым люминесценцияланатын заттың аз мөлшері табылуы мүмкін. Bэн-ның күрт төмендеуі Вэн-ның жоғарғы мәнінен кейін байқалады. Белгілі бір спектрлік аралықта Вкв тұрақтылығы осы аралықта Вэн жоғары болатын люминесценцияның толқын ұзындығын қоздыруға мүмкіндік береді. Бұл сандық флуореметрияда ерекше мәнге ие болады. Люминесценция интенсивтігі сәуле шығарған кванттар санына пропорционал:

Iл=χ’I0Nл=χ’ВквNж=χ’’(I0-I)Вкв,

мұндағы Ш және / - түскен және ерітіндіден өткен жарықтың интенсивтіктері, олар Бугер-Ламберт-Беер теңдеуімен байланысты:

І=Іо10-е1с; олай болса,

Nж=χ’Іо(1-10εIc); Іл =кχ’’ВкнІо(1-10εIc)

10-elc=1-2,3εIc+(2,3εIc)2/2!+(2,3εIc)3/3!, мынаны табамыз:

Iл=2,3χ’’ВквI0εIc=kc

Люминесценция шығымын төмендететін процестерді люминесценцияны сөндіруші деп атайды. Люминесценция интенсивтігінін зат концентрациясына тәуелділігі 3-суретте келтірілген. Сызықтық тәуелділік қоздырылған сәуле шығару интенсивтігі Вкв тұрақты болғанда және люминесцен- цияланушы зат концентрациясы аз болғанда байқалады. Түзу сызықты тәуелділік εIc≤102 шартын сақтамаған жағдайда бұзылады. Бұл жағдайда концентрациялық сөндіру байқалады. Көптеген заттар үшін өздігінен сөндірілу 10-3- 10-4 М концентрация кезінде басталады. Бұған зат молекуласындағы диссоцмация дәрежесінің өзгеруі, ассоциаттардың түзілуі себепші болуы мүмкін. Кон-центрациялық сөндіру құбылысы қайтымды. Мұндай ерітінділерді сұйылтқанда сәуле шығару, жарқырау қайтадан басталады. Ал температураның жоғарылауы люминесценциядағы шығын мен интенсивтіктің төмендеуіне әкеліп, температуралық сөндіруге жеткізеді. Люминесценция интенсивтігіне ерітінді құрамында кездесетін қосымша заттар, әсіресе олардыц арасындағы люминесценцияланатын қосылыс молекулаларымен әрекеттесуге бейімдері ықпал етеді. Олардың бірі люминесценция спектрін өзгертуге тырысады, өзгелері оны сөндіруге келтіреді. Оларды люминесценцияиы сөндірушілер деп атайды. Оларға йод, ауыспалы металдардың иондары және басқалар жатады. Флуоресценцияға негізінен қос байланыспен қабысқан тұйық тізбекті құрылымдағы органикалық қосылыстар ие болады. Жартылай тұйық тізбекті түзеді. Ароматты заттардың басым көпшілігі интенсивті флуоресценцияланады. Күрделі органикалық косылыс құрылымындағы - OH, - OR, - NH2 топтары флуоресценция құбылысын күшейтсе, ал - С02Н, - N02, - S04H төмендетеді, кейде сөндіруі де мүмкін. Мұнымен қатар флуоресценция құбылысы ароматты қосылыстардағы сақинаны тұйықтауға септігін тигізіп, олар металхелатты тұйық тізбек түзеді.

Флуоресценция спектрлері

 

Флуоресценция спектрлері. Әрбір молекуланын өзіне тән қоздыру және флуоресценция спектрлері болады. Молекулалардың қоздыру (абсорбция) спектрлері әсірекүлгін абсорбциялық спектрге ұқсас. Флуоресценция - сіңірілген жарықты кері шығаратын (реэмиссиялық) кұбылыс, сондықтан, эдетте, флуоресценция спектрлері сәйкес қоздыру спектріне ұқсас әрі ұзын да, үлкен толқынды аймаққа қарай ығысқан сияқты болып келеді. Екі спектрде де 320, 340, 357 және 377 нм төрт биік жолақша бар.

Флуоресценттік спектрді aлy үшін спектрофлуориметрлерді қолданады. Олар спектрофотометрге ұқсас болғанымен, спектрофлуориметрлерде орналасқан призмамен тор флуоресценциялану және қоздыру сәуле шығаруға сәйкес толқын ұзындығын бөлуге мүмкіндік береді. Спектрофлуориметрлерді затты сандық анықтау үшін қолданады. Олардың арасындағы ең қарапайымы флуометр және онда қоздырушы (бірінші) сәуле мен флуоресцентті (екінші) сәуле шығаруды бөлу үшін жарық тұтқыштарын пайдаланады. Күрделі спектрофлуориметрден гөрі қарапайым флуориметрдің екі түрлі тәсілмен анықтау жұмысын жүргізуге едэуір мүмкіндігі бар: егер А заты ӘК-сәуле шығаруды В заты сіңірмейтін аймақта сіңіретін болса, онда коздырушы сәуле шығаруды өткізетін призманы, яғни бірінші жарық тұтқышты тек фотоэлементпен өлше- нетін, флуоресцентті сәуле шығаруды ғана беретін А молекуласы қозатындай жағдай жасайтын етіп таңдайды; егер А мен В заттары бірдей спектрлік аймақта жарықты сініргенімен, флуоресцентті сәуле шығару толқын ұзындығы бойынша айырмашылықтары болса, онда фотоэлементке түсетін флуоресцентті сәуле шығарудың толқын ұзындығын анықтайтын екінші ретті жарық-тұткышты пайдаланып және призманың қалпын таңдай отырып, тек А молекуласының ғана флуоресценциясын тіркейтіндей етіп флуориметрді реттейді. Бұл әдістерді қолдану жағдайы органикалық қосылыстарды талдау мысалында қарастырылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

  

     Сонымен қорыта келгенде, люминесценция дегеніміз – суық жарық шығару процесі болып табылады. Олардың бірнеше түрге бөлінетіндігін айқындап алдық (фотолюминесценция, электролюминесценция, пьезолюминесценция, хемилюминесценция, биолюминесценция, флюоросценция, фосфоросценция). Люминесценттік сорғылар мен люминесценцияның медицинадағы маңызы өте зор. Олар арқылы , митохондриядағы электрон тізбегін тасымалдану жұмысының молекулалық механизмін және биохимиялық реакцияның кинетикасын зерттеуге мүмкіндік береді, биологиялық мембрананың көмірсутектік тұтқырлығы анықталады, көмегімен молекулалық компоненттерінің орналасуын, белоктар мен биологиялық мембрананың конформациондық қайта құруын, фазалық өзгерістерін зерттейді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қолданылған әдебиеттер

 

• «Медицинская биофизика»  В.О Самойлов 2007ж   344-352 бет
• «Медицинская биофизика» Ремизов  145-150 бет
• Интернет (kk.wikipedia.org)