Сабақ. Биологиялық мембранының ҚҰрылысы және оның Қызметі. ЖАСАНДЫ Биологиялық мембрана. Сабақ жоспары Биологиялық физика пәні және оның басқа ғылымдармен байланысы
жүктеу/скачать 11,48 Mb.
|
1 -15 сабақтар МБФ 2018
- Бұл бет үшін навигация:
- Жауабы: 0,5 м. Линзаның оптикалық күші 3 дптр. Осы линзаның фокус қашықтығын анықта. Шешуі
- Жауабы: 0,33 м.
- Сабақ мақсаты
| Есеп шығару үлгілері.
Екі линзадан тұратын оптикалық жүйе берілген. Оның біріншісі фокус қашықтығы 1 м болатын жинағыш линза, екіншісі фокус қашықтығы 2 м болатын шашыратқыш линза. Осы жүйенің оптикалық күші 2,5 дптр болуы үшін оған қандай линза қосу керек. Шешуі: Линзалар жүйенің оптикалық күші жеке линзалардың оптикалық күштерініңн қосындысына тең: D = D1 +D2 + D3 + … Мұнан үшінші линзаның оптикалық күші мыынағани тең болады: D3 = D – (D1 + D2). Фокус қашықтығы F мен оптикалық күш D арасындағы мына байланысты қолданып соңғы өрнекті мына түрде жазайық: 1/F3 = D – (1/F1 + 1/F2). Есеп шартында берілген сан мәндерді қойсақ: 1/F3 = 2,5 – (1 – 0,5)= 2,0 дптр. Мұнан F3 =1/D3 = 1/2= 0,5 м. Жауабы: 0,5 м. Линзаның оптикалық күші 3 дптр. Осы линзаның фокус қашықтығын анықта. Шешуі: Линзаның оптикалық күші мына түрде беріледі: D=1/F, мұнан F=1/D. F= 1/3= 0,33 м. Жауабы: 0,33 м. 9 сабақ. ЖАРЫҚТЫҢ ЗАТТАРМЕН ӘРЕКЕТЕСУІ. ЖАРЫҚТЫҢ ЖҰТЫЛУЫ. Сабақ жоспары Жарықтың жұтылуы Бугер-Бер –Ламберт заңы. Өткізу коэффиценті. Ертіндінің оптикалық тығыздығы. Жұтылу спектрі. КФК-2 концентрациалық колорометрдің құрылысы. Лаб. жұмыс: «КФК-2 құралымен сұйықтың концентарциясын анықтау» Есеп шығару үлгісі. Сабақ мақсаты: жарықтың денеде жұтылу құбылысын зерттеу. КФК-2 құралының құрылысымен танысу, фотоколориметрлік әдісті меңгеру, студенттерді сұйықтың концентрацясын калибровтік график арқылы анықтауды үйрету. Жарық ағыны зат арқылы өткенде, оның энергиясының бір бөлігі ортаның атомдары немесе молекуларын қоздыруға жұмсалады, нәтижесінде жарық энергиясы азаяды. Бұл құбылысты жарықтың жұтылуы деп атайды, шын мәнінде жарықтың жұтылыу деп жарық сәулесінің бір ортамен тарау барысында жарық энергиясының энергияның басқа түріне ауысуы нәтижесінде жарық интенсивтілігінің төмендеуін атайды. Енді жарықтың интенсивтілігінің азаю (кему) заңдылығын қарастырайық (1сурет). 1 сурет Қалыңдығы dl болатын жұқа қабаттан монохроматты жарық өткенде оның бастапқы интенсивтілігін кемуі dI, жарық сәулесі өткен қабат қалыңдығына dl, түскен жарықтың бастапқы интенсивтілігіне I пропорционал болын делік. Осы шамалар арасындағы байланысты мына түрдегі дифферциалдық теңдеу арқылы өрнектейік: dI = -kl Idl, мұндағы kl- ортаның жарықты жұту қабілетін сипаттайтын пропорционалдық коэффициент, оны жұтылудың натуралды көрсеткіші деп атайды, ол жарық толқынының ұзындығына l тәуелді, бірақ интенсивтілігіне тәуелсіз. Теңдеудегі минус таңбасы жарық интенсивтілігінің азаятындығын (кемитіндігін) көрсетеді. Бұл теңдеудің шешімі мына түрде жазылады: e-kll мұндағы I0 – түскен сәуле (бастапқы сәуле) интенсивтілігі, I- зат қалыңдығы l қабаттан өткен сәуле интенсивтілігі. Бұл жарықтың жұтылу немесе Бугер заңы деп аталады. Егер Бугер өрнегін логарифмдесек ln(I0/I) = -kll өрнегі келіп шығады, мұндағы l=1/kl тең деп алсақ, онда соңғы өрнек мына түрге келеді I=I0/e. Мұнан kl физикалық мәні келіп шығады: жұтылудың натураль көрсеткіші сан жағынан жарықтың жұтылуын «е» есе азайтатын қабат қалыңдығына кері шамаға тең. Енді жарықтың ертіндіде жұтылуын қарастырайық. Жарық толқыны ертінді арқылы өткенде, оның фотондары еріткіштің де, еріген заттың да молекулаларымен әрекеттеседі, энергиясының бір бөлігін орта молекулаларының күйін өзгертуге жұмсайды, нәтижесінде жарық интенсивтілігі кемиді, жарық жұтылады. Жарықтың ертіндіде жұтылуын сипаттайтын жұтылудың натураль көрсеткіші cl ертінді концентрациясына тура пропорционал екендігін ғалым Бер анықтады: kl= clС. Мұндағы жұтылудың натуралды молярлы көрсеткіші, ол еріген зат түріне, жарықтың толқын ұзындығына тәуелді, бірақ ерітінді концентрациясына тәуелсіз. Бұл тұжырымды Бер заңы деп атайды. Концентрациясы жоғары ертінділер үшін бұл заңы орындалмайды, өйткені жоғары концентрациялы ерітіндіде молекулалар арасы жақындап, олардың өз ара әрекеттесуі орын алады да жарықтың жұтылуында өзгерістер байқалады. Енді Бугер өрнегіндегі коэффициент орнына Бер өрнегін қойсақ, өрнек мына түрге келеді: e-cl∙l∙ С Бұл өрнек жарық жұтылуының Бугер-Бер-Ламбер заңы деп аталады. Лабораториялық зерттеулерде Бугер-Бер-Ламбер өрнегін бұл түрде қолданбайды, оның орнына негізі 10 болатын дәрежелі өрнек түрінде жазады: I =I0×10-e ∙С∙l Бұл өрнекті логарифмдейік, сонда ол мына түрге келеді: lg(I0/I) =e∙С∙l, мұндағы e= c/2,3 жұтылудың молярлы көрсеткіші. Соңғы өрнектегі lg(I0/I) = D деп белгіліп және ол шаманы ертіндінің оптикалық тығыздығы деп атайық, сонда Бугер-Бер –Ламберт заңы мына түрге келеді D =e ∙С∙l. Жарықтың заттарда жұтылу құбылысы фотометрия мен спектрофотометрия деп аталатын әдістерде қолданылады. Жұтылу спектрі деп заттың жарықты жұтуының жарық жиілігіне D =f(n) немесе оның толқын ұзындығына D =f(l) тәуелділігін атайды. Бір атомды сиретілген газ бен металл буының жұтылу спектрі қарапайым болып келеді. Бұл күйдегі заттардың атомдары бір бірінен өте алшақ жатқандықтан, оларда өз ара әсерлесу байқалмайды. Заттан өткен жарық кванты жеке атомдармен әрекеттеседі, жұтылу спектріне сәйкес келетін толқындар hn = EK –Ei шартына сәйкес анықталынады. Әр атомға сәйкес келетін энергетикалық деңгейлердің арасы бір бірінен ұзақ, сондықтан олардың спектрлері бір бірінен алшақ жатқан жеке жеке сызықтардан тұрады, мұндай спектрлерлі сызықты деп атайды(2 сурет). Молекуласы көп атомды газдардың жұтылу спектрлері сызықтың спектрлардан күрделі болып келеді. Өйткені, зат құрамындағы атомдардың өз ара әректтесуі мен қозғалысы күрделі, сондықтан мұндай заттардың жұтылу спектрлері бір - бірінен алшақ орналасқан жолақтар түрінде болады. Мұндай спектрларды жолақ спектр деп атайды (3 сурет). Бір және көп атомды газдармен салыстырғанда тығыздығы жоғары газдар мен қатты денелерді құрайтын бөлшектердің өз ара әрекеттесуі күшті, сол себепті олардың бөлшектеріне сәйкес келетін энергетикалық деңгейлерінің арасы өте жақын болып келеді, кей деңгейлер бір бірімен беттесіп кеткен, өйткені денені құрайтын атомдардың жұтатын энергиялар жиынтығы өте көп. Максимум және минимумдардан тұратын мұндай спектрларды тұтас деп атайды (4 сурет). 2 сурет 3 сурет 4 сурет Қазіргі кезеңде, биологиялық ертінділер мен қоспаларды, фармацевтік препаратарды талдауда, жарықтың ортада жұтылуына негізделген абсорбциялық спектроскопия әдістің бірі- фотоэлектроколориметрия кеңінен қолданылады. Абсорбциялық талдау заттардың электромагниттік толқынды талғамалы жұту қабілетіне негізделген. Фотоколориметрлік тәсілдің негізгі ерекшелігі: орындалуының қарапайымдылығы мен жеңілділігі, зерттелуге қажетті заттар мен реактивтердің өте аз мөлшерде жұмсалатыны және өлшеу дәлдігінің жоғарылығында жатыр. Осы мақсатта КФК-2 атты құрал қолданылады. Ол концентрациялық фотоэлектроколориметрі жарық фильтрі (сүзгісі) арқылы алынған 315-980 нм жарық толқындарының көмегімен қатты және сұйық денелердің оптикалық тығыздығы мен өткізу коэффициенттерін өлшеуге, калибровтік график арқылы ерітінділердің концентрациясын анықтауға мүмкіндік беретін құрал. КФК-2 құралының оптикалық схемасы 5 суретте берілген. 5 – сурет Жарық көзінен (1) таралған жарық ағыны конденсор (2) диафрагма (3), объектив (4-5) және жарық фильтрі (6-8) арқылы өтіп, одан кюветаға (10) тұседі. Кюветаның алдында (9) және артында (11) жылудан қорғаушы шынылар орналасқан. Кюветадан шыққан жарық ағыны жарық қабылдағыш (12,17) құралдарға барып түседі. Жарықты қабылдайтын Ф-26 фотоэлементі (17) 315-540 нм аралығындағы сәулелерді қабылдайды. Жарық қабылдағыштардың алдына (15) пластинка орнатылған. Ол түскен жарық ағын екіге бөліп: жарық ағынның 10%-ін фотодиодқа (ФД-24 К), 90%-ін фотоэлементке (Ф-26) бағыттайды. КФК-2 құралының сыртқы пішіні 6-суретте көрсетілген. 6-сурет. Тіркегіш құрал (1) ретінде М 907 микроамперметрі қолданылады (онда жоғары және төмен орналасқан шкалалары бар). Жоғарғы шкала - Т өткізу коэффициентін, ал төменгісі D - оптикалық тығыздықты анықтауға арналған. Суреттегі 2-жарық көзі, 3-жарық фильтрін ауыстырығы тетік. Түрлі-түсті жарық фильтрлі дөңгелек дискіге орнатылған, бұл дискіні айналдыру арқылы фильтрдің орнын ауыстырып отырады, ал 4-жарық жолына кюветаларды кезегімен ауыстыруға арналған қозғауыш тетік, 5-фотоэлементердің сезімталдығын реттейтін тетік. Оның көмегімен жарық қабылдағыштар іске қосылады, әрі ”сезімталдықтың” мәні ауыстырылып отырылады. Бұл тетіктің сол жағы қара, оң жағы қызыл түстермен боялған. Қара жағын қосқанда, 315-540 нм аралығында спектр қабылдайтын Ф-26 фотоэлементі, ал қызыл жағына ауысқанда 590-980 нм аралығындағы спектр қабылдайтын ФД-24К фотодиоды іске қосылады. 3-ші тетіктің қара жағы қосылғанда, 5-ші тетіктің қара жағы іске қосылуы керек, дәл солай 3-ші тетіктің қызыл жағы қосылғанда 5-ші тетіктің қызыл жағы қосылуы керек. 6-ші тіркегіш құралдың стрелкасын “100 ге жобалап және дәл келтіру” тетігі (Установка 100 грубо и точно). Ол арқылы тіркегіш құралдың стрелкасын шкаланың 100 мәніне жобалап (грубо) және дәл (точно) келтіруге болады. 7- кювета бөлігі. Бұл бөлікті қақпақ жауып тұрады. Қақпақтың жабылуы кезінде жарық қабылдағыштың алдында орналасқан перде ашылып, ал қақпақ ашылған кезде жабылып отырады. Жұмысты орындау мына ретпен жүргізіледі: КФК-2 қондырғысын ток көзіне қосып, 15 минут қыздыру керек. Бұл кезде кювета бөлігінің қақпағы ашық тұрғаны жөн. Фотоколориметрдің сезімталдық ”чувствительность” ауыстырып қосқышын ең төменгі жағдайына келтір. Ол үшін ”чувствительность” тетігін ”1” қалпына келтіріп, ”установка 100 грубо” деп аталатын тетікті сол жаққа қарай толық бұрап қой. Заттың ертіндідегі концентрациясын анықтау мына реттпен жүргізілуі қажет: а) кювета мен жарық сүзгісін(фильтрін) таңдау. б) зерттелетін зат үшін калибровтік графикті салу. в) концентрациясы белгісіз ертіндінің оптикалық тығыздығын өлшеп, анықталған мән арқылы калибровтік графиктен оның концентрациясын анықтау. 3.1. Кюветаны таңдау. Кюветаны ертінді бояуының интенсивтілігіне қарай таңдау қажет. Егер ертіндінің бояуы өте қою болса ұзындығы ең аз кюветаны ал, егер ертіндінің бояуының интенсивтілігі аз болса, онда жұмыс үшін ұзындығы үлкен кюветаны алған жөн болады. 3.2. Жарық фильтірін таңдау. Таңдап алынған кюветалардың біреуіне дайындалған ертінділердің ішінен бояуы орташасын, ал екіншісіне тазартылған су құй. Жарық фильтрлерін ауыстыратын тетік арқылы толқын ұзындығын 315 нм тең сәулені таңдап ал. Кювета орналастыратын бөліктің қақпағын ашып, жарық сәулесінің жолына тазартылған су, жанына ертінді құйылған кюветаларды орналастыр. Кювета орналастырылатын бөліктің қақпағын жауып, тіркегіш құралдың стрелкасын 6 тетік көмегімен жоғарғы шкаланың «100» немесе төменгі шкаланың «0» белгісіне келтір, жарық сәулесінің жолына ертінді құйылған кюветаны 4 тетік арқылы орналастырып, төменгі шкаладан жарықтың D оптикалық тығыздығын анықта. Енді келесі жарық толқын ұзындығы 364 нм сәулені ал. Осылайша барлық жарық сүзгілерін(фильтрлері) үшін тәжірибені қайтала, нәтижесін 1-кестеге жазып, алынған мәндерге сәйкес миллиметрлік қағаз бетіне оптикалық тығыздықтың D толқын ұзыныдыққа l тәуелділік графигін сыз. 1-кесте.
Жұмысқа қажетті жарық фильтрін былайша анықтайды: графиктен оптикалық тығыздық Dmax ең үлкен мәніне сәйкес келетін толқын ұзындықты l анықта. Осылайша анықталған жарық сүзгісін(фильтрін) жұмысты орындауға пайдалан. Егер оптикалық тығыздықтың шамасына бірдей бірнеше жарық фильтрлері сәйкес келсе, онда оның ішінен ең кіші сезімталдыққа сәйкес келген жарық фильтрін таңдап алған жөн. 3.3 Калибровтік графикті салу. Калибровтік графикті салу үшін концентрациясы белгілі ертіндіні (С1-С8) кезегімен кюветаға құйып, оптикалық тығыздықтарын (Д1-Д8) анықтап, төмендегі кестеге енгізу керек. 2-кесте.
Миллиметрлік қағаз бетіне калибровтік графикті, яғни заттың D оптикалық тығыздығының C концентрацияға тәуелділігін сипаттайтын D=f(C) графигін сал, ол үшін ордината осіне оптикалық тығыздықтың D, ал абцисса осіне концентрацияның C мәнін салыңыз. 3.4 Концентрациясы белгісіз ертіндінің концентрациясын анықтау. Концентрациясы белгісіз (Сх) ерітіндінің сан мәнін анықтау үшін оның ерітіндісін кюветаға құйып, оптикалық тығыздығын (Dх) анық. Содан кейін калибровтік графиктен анықталған оптикалық тығыздықтың D мәніне сәйкес келетін нүктені тауып, ол нүктеден графикпен қиылысқанша (C) осіне параллель түзу жүргіз. Қиылысу нүктесінен (С) осіне перпендикуляр түсіріп Сх-тің мәнін анықта. жүктеу/скачать 11,48 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|