Biofizica LP (1)

48
r.F: II it 1 ' [TNIVERSITATEA '' TTTIJ MAIORESCU I' FACULTATEA DE MEDICINA Florina OPRIS BIOF:TZICA SX F'HZICA IVIEDICALA LUCRARI PRACTICE EDITIA A DOUA BUCURESTI, 2OOO BlnJr-t- l-l

description

biofizica lp

Transcript of Biofizica LP (1)

  • r.F:IIit

    1

    ' [TNIVERSITATEA'' TTTIJ MAIORESCU I'

    FACULTATEA DE MEDICINAFlorina OPRIS

    BIOF:TZICASXF'HZICA IVIEDICALALUCRARI PRACTICEEDITIA A DOUA

    BUCURESTI, 2OOO

    BlnJr-t- l-l

  • CI]PRINS

    l. Elemente de teoria erorilor-Prelucrarea rezwltatelor masurarilor........... ....'..71.1. Erorisistematicesieroriintimplatoare.......... ....-...-..71.2. Erori absolute si erori relative.... .........-.....9I . 3. Eroar ea rentltatului masurarilor.

    eroarea medie......... I O E-E=E=lE=E=E=E=E=E=E=

    E-EEHEEEH

    D:r:r:C=E=E=

    Editura [otecl proCalea CEldragi nr. 156. bl. 53bis, ap. 4.Sector 3, BucuregtiTel. / Fax: Ol 322.64.44,327.39.29E-mail: rotech@)fx.rowwrv.rotech.ro

    Eroarea medie patratica, eroarea probabila si

    2. Elemente de geometrie analitica.Reprezentarea grafrca a rezultatelor.-........ .....122.l.Sisteme de coordonate -...........122.2. Reprezetrtarea geometrica a ecuatiei cu doua variabile ..........14

    2.4. Reprezentari grafice si obtinerea unor informatiisuplimentare........... ........ l93. Metode frzice de studiu a fenomenelor rnoleculare ...................233.1. Metode frzice de determinare a tensiunii superficiale alichidelor si a solutiilor.......... ........233.2. Metode fizice de determinare a viscozitatii lichidelor si asolutiilor. ........293.3. Cromatografia pe hirtie ..........344. Metode optice folosite in studiul i;olutiilor deinteres biologic... ............37 E=4. 1. Determinarea concentratiei solutiilor cumetoda refractometrica ..................31t E=4.2. Studiul substantelor optic active cu metoda polarimetrica .....444.3. Determinarea concentratiei unor solutii prinmetoda colorimetrica ......... ............514.4. Microscopie optica...... ............-56

    Descrierea CIP a Bibliotecii NafionaleOPRI$, FLORINABiolizicl gi fizici medicall : Iucriri practiceFlorina Oprig - Bucuregti: Rotech Pro, 20OO96 pag.; 13 x 20 cm.

    ISBN 973-997 t2-4-5

    577 .3 :61 (07s.8X07 6.s)

    noTEcrr

    m.PRO-

  • I+llil-5. M"tode focometrice aplicate in studiul analizorului vi2ual.......631il5.1. Metoda focometrului simplu """"""""" 63

    5.2. Ochiul ca sistem optic centratI[Corectarea defectelor geometrice ale ochiului..-......-..-.-..-..'."""" 65il6. M"tode electrice utilizate in biologie si medicina...-..-.--. .------."67.16.1- Studiul osciloscopului catodic....-.--.--.--.--.-.---'..--- ...-------"-""" 67{6.2. Studiul transportului pasiv prin membrane perneabile...-.. ....74il6_ 3.Modelarea electrica a membranei celulare.-Caracteristica tensiune - intensitate ----..-.-.."'78il

    7. Protectie frzica impotriva radiatiilor ionizante .-"""" 8lIZ. t . Principiile protecti ei frzice impotriva radiatiilor ionizante..-. 8 1-7

    .2. Studierea legii de atenuare a radiatiilor ionizante.IDrt".-inarea coeficientulului de atenuare.-....---..... ....-- 83-7 .3. Lesea de atenuare a radiatiilor

    ionizante.Ehcienta ecranelor.fPu."rr..Irl de injumatatire...... ----.---'87

    PREFATA

    Reforma. in sensul modernizarii invatamintului. mai ales alcelui medical, impune o intrepatrundere mai strinsa intre laturateoretica si cea experimentala, intre activitatea didactica si cea decercetare, insistind pe dezvoltarea spiritului creator si a abilitatiitehnice a viitorrrlui medic.

    In concordanta cu predictiile medicinii secolului XXI, infonrratizatsi supercomputerizat, cind sc vor itnagina tehnologii altcnrativc,fiziczt. chimia si electronica, alaturi de biologia molecttlara, cutraiectorii convergente, prin miniatudzarea dispozitivelor siproducerea rnoleculelor de sinteza cu functii specifice si largaaplicare in terapie, vor conduce la aparitia unui nou domeniu,electronica molecul ara, baza medicinii viitorului.

    Irr acest context, actualul invatamint de bioflzica are menireade a-i fonna viitorului medic fundamentul stiintific, necesar unorasenlerlea cerinte, stirnulindu-i disponibilitatea de adaptare siutilizare a noilor tehnici.

    Lucrarile practice de bioflzica unnaresc nu numai creerea unorabilitati tehnice studer.rtilor, dar si a rigurozitatii stiintifice, prinredactarea corecta si concisa a Lritor referate cle laborator, mini-lucrerri stiintifice.

    95

    iloo"trcRAREA DATEL'R DE LAB.RAT.R -.....89I- B ib lio grafie generalaIIrrIrIIrII

  • Lucrarea de fata se adreseaza studentilor de la facultatile demedicina si stomatologie, ca si celor de la colegiile de tehnicadentara sau de laborator, cuprinzind lucrari experimentale, legatede aspectele esentiale ale biofizicii si ale tehnicilor frzice utlliiatein medicina.

    In prezenful volum, s-4 urmarit ca Iucrarile sa fie cit maivariate, acoperind si completind tematica de la curs, tinind continsa, de posibilitatile materiale actuale, cu speranta diversificariilor in viitorul apropiat.

    1. ELEMENTE DE TEORIA ERORILOR.PRELUCRAREA REZULTATELOR MASURA'I'OITI I,OIt

    l.l Erori sistematice si erori intimplatoare

    orice experiment poate fi afectat de erori, incil prccizi;rmasurarilor este intotdeauna limitata, iar rezultatele rnzrslrr:rrilolefectuate contin, mai mult sau mai putin, anumite aproximi,rtii.

    Erorile masurarilor se pot diferentia in doua certegr>rii : cnrr.isistematice si erori intimplatoare, in functie de caracterul lor.

    1-1-1- Erorile sistematice, in majoritatea cazurilor, sirrt clllc tlr.imprecizia aparatelor, de caracter gresit al metoclei clc nrzrsur.iu-(:,sau de factori externi cu actiune unilaterala- Aceasta czrtcgclric ttt:erori prezinta caracter legic si poate fi total elinrinirtlr, grr.irrperfectarea aparatului folosit, aplicarea corecta a rnclo

  • r-I

    I

    I

    I

    I

    I

    nr;rsuril i cfbctuate si aplicarea legilor stabilite de teoriaprolrirlrilitatilor intimplatoare, in legatura cu repetarea multipla ar r r;; r l l t r r r r i tcrIor fenomene intimplatoare.

    l(t'zrrltatul unei masurari, pentru o anumita marime fizica, selrriri lrturrcslc si eveniment. Daca se repeta masurarea acelei marimist' prrrl obtine diverse valori | il1, a2, fl3.......8,, care nu sint egalPnrbirbilc. Daca se repeta determinarile de N ori, evenimentul a1 se;rrr:rlc r-c1>cta de n1 ori, a2den2 ori, sau in general, evenimentul a; den, or-i. varloara [; reprezinta frecventa absoluta de aparitie at'vclrirncntului a;, iar raportul n; / N, frecventa relativa. Dacarrrilrr:rnrl total de masurari, N, creste, se poate defini probabititatearlt'ulrtritie a evenimentului n; :

    Iri : limnl /N,cind N -+ oo si Epi: 1 (1)I )aca toate evenimentele au frecventa de aparitie egala cu

    rrrrilirlcu, atunci n : N ; cind un eveniment este sigur, arelrrrrlrirbilitatea l, iar cind este imposibil, are probabilitatea zero.

    I)crrl.tr valorile I ar, az,-...81,....8q I cu probabilitatile asociate I p1,l)2,..--l)i,....Pn l, unde pt < 1, se poate trasa curba de distributie Gauss( 1i11. I ) si sc poate calcula media aritmetica, A, ? valorilor obtinute:,\ (:t1 *fl2*....I,)/n: E; a;/n undei:1r2,3r....n (2)

    Postulatul mediei aritmetice, introdus de Gauss pebaza teorieiprobabilitatilor, reprezinta situatia cea mai probabila, cu atit maisigura, cu cit numarul n este mai mare. Rezulta deci, ca fiecaremasurare frzica trebuie repetata de rnai multe ori, iar la un numarsuficient de mare de rnasurari, valoarea cea mai probabila amarimii este determinata de media aritmetica a tuturor valorilorobtinute prin masurarile experimentale.

    1.2. Erori atrsolute si erori relativePentru a se obtine valoarea finala cit mai exacta a marimii

    tizice masurate, R, valoarea media aritmetica A se poate studiacompatativ cu valoarea fiecarui eveniment, ai, folosind atit erorileabsolute, cit si cele relative.

    1.2-l- Eroarea atrsoluta se defineste ca diferenta dintrevaloarea medie aritmetica A si valoarea fiecarui eveniment a; dinrezultatele obtinute si se noteaZa cu Ei I

    E1 : A - 81 unde i:1r2r3r".".n (3)Erorile absolute pot fi atit pozitive, cit si negative, (fapt pentru

    care se mai nurnesc si erori centrate, fata de media A, sau centrale),suma lor fiind, teoretic, nula.

    l-2-2- Erorile relative pot fi definite pentru fiecare dinvalorile evenimentelor a;, ca si pentru media aritmetica, A.

    Raportul dintre eroarea absoluta a fiecarei masurari, ; si

    valoarea rnasurarii respective, a;. se numeste eroarea relativa amasurarii si se noteaza cu E; :

    6; : t1 / a; unde i : l, 21 3, ....n (4)Raportul dintre eroarea absoluta rneclt'e. F_ il rezutrlatuiui

    de l'rnitiv ai rnasurariior si val()area sa meciie A. se numeste eraarea

    I

    I

    I

    l,'ig. 1. Curba de distributie Gauss, unde A corespunder*ilntetice, x - valorilor a; si y - probabilitatilor asociate, p;

    mediei

  • -__----r

    irrelativa medie a rezultatului si se loteaza cu Tln ( vezi 1 .3.3):

    (s)tla: elASpre deosebire de eroriie absolute, care nu depind de

    dimensiunile marimii masurate, fiind determinate numai deprecizia masurarilor, erorile relative se exprima in procente, iar inexpresia 1or intervine marimea masurata A, adica la o aceeasiprecizie a masurarilor, eroarea lor relativa, in diverse cazu,.i, poateh diferita. Erorile relative dau posibilitatea de evaluare a precizieimasurarilor si din aceasta cauza este necesar sa se calculeze. inorice masurare experimentala, eroarea relativa a rezultatului.

    1.3. Erorile rezultatului masurarilor. Eroarea mediepatratica, eroarea probabila si eroarea medie

    Pentru calcularea erorii relative, 6o, a rezultatului masurarilorefectuate, trebuie determinata eroarea absoluta ta. Pentru aceastamarime, in teoria erorilor intimplatoare se introduc trei formulediferite, care dau expresiile a trei erori diferite 84, folosibile pentrucaracterizarea preciziei reztltatelor masurarii. Cele trei variantesint: eroarea medie patratica, oA, eroarea probabila, ra sieroarea medie a rezultatului, 11a. IJzual, se calculeaza eroareamedie patratica, Oa a rezultatului masurarilor, Sau eroareaprobabila r4- Eroarea medie Tle se foloseste mai rar'

    1.3.1. Eroarea medie patratica, on, se calculeaza, conformteoriei erorilor intimplatoare, dupa formula :

    oA:tILEiz/n(n-l)l'''

    Toate erorile masurarilor sint cuprinse intre valorile cxtrcrttt:pozitive si negative ale lui 06, iar erorile intimplatoare mzrl'i, ittlr trdirectie sau alta sint mai putin probabile decit erorile mici- l)iltacest motiv, in formula (6) se introduce un coeficient suburril:tr,care, calculat pe baza teoriei probabilitatilor, are valoarcit tlt:O,6745, sau aprox. 2/3, reprezentind valoarea maxint:t :tprobabilitatii pi.

    7.3.2. Eroarea probabila,, t A, d rezultatului se calculear,zt tl t I p: texpresia :

    14:+0r6745on (7)

    { In formulele (6) si (7) se introduc cele doua semtrc, ( I )'1 deoarece ambele,semne sint egal probabile, adica valoarrcat cx:tclit ;rr'l rnarimii masurate poate n mii mare si mai mica, egal pnrb:rlril,r"'clecit valoarea determinata prin formula (1). Din formule:lt: ((r) srr' ,(7) se obserwa ca daca n creste, eroarea rezultatului st:lttlt'_l'proportional cu radacina patrata din n ( n - I ), clcci pc:lrlrtt tttt,i,-numar suficient de mare de masurari, eroarea t-ezult:rlultti potrlt' lr" foarte mica., 1.3.3. Eroarea relativa medie a rezultatului, 116, Sr: Poltlt'calcula tind cont de eroarea absoluta medie, tr carc ilre ('xl)l('rilir

    : tLe1 |/n undei:1,2,3,.-.n (tl)Raportind eroarea absoluta medie la media aritmetica a rczttll:tlt'lrttobtinute, A, se obtine eroarea relativa medie a rezullitlrrlrri, t1,,1,conform expresiei (5) sau :

    rla : EIA: IIi ei] / nA unde i:1,2,3,-..rt (r')Cea mai frecvent folosita este eroarea probabila, irtcil, pt' ltrrz.t

    formulelor (2) si (7) se poate Calcula valoarea deflnilivir ;r rrr:rr rrrrrrtizica masurate, pentru n < 30, R, dupa relatia :

    !!!D

    !II,Irr

    III

    (6)

    uncle i - 1.2,3. ...n. iar n rcprezinta numarul de tnasurari- Pentru n< 30, ia numitor aParc clirect n 2

    ilt0

  • I+:IilililililIrIIilIIililililililIIUf

    * - xr ai / n + o,G74s I Ei si2 / n' lt'' (10)

    unde primul termen din partea dreapta a acestei expresii reprezintavaloarea cea mai probabila a marimii masurate, media aritmetica\rauss, iar al doilea termen, eroarea probabila.

    2. ELEMENTE DE GEOMETRIE ANALITITA.REPREZENTAREA GRAFICA A REzULTATELOR

    2.1. Sisteme de coordonate.

    .

    Pentru determina rea pozitiei urlui punct in plan, se folosesc, decete mai nrulte ori, doua sisteme de coordonate : sistemul cartezianortogonal si sistemul polar.

    2'1.1. Sistemul de coordonate cartezian. Coordonatele unuilruttct oarecare M (fig.2), in sistemul de coordotrate cartezian, sint :nbscisa x si odonito-y, care se iau cu seryrne determinate, conformecelo[ patrLl cadrane.

    2.1.2. Sistem de coordonate polar. Coordonatele unui punctoarecare M ( fig.3 ) sint raza vectoare p - distanta de la punctulM pina ia un anumit punct O, considerat polul sistemului decoordonate si unghiul polar g - unghiul dintre raza vectoare OMsi o anumita axa Ox , axa polara.

    Fig. 3. Coordonatele unui punct M ( p, g ) in sistem de coordonate polar

    Fig. 4. Relatia dintre coordonatele carteziene si coordonatele polare

    Unghiul tp se considera pozitiv daca, incepind de la axa polara,se roteste in sens trigonometric; in caz de rotire in sens orar, seconsidera negativ.

    Daca polul sistemului de coordonate polar coincide cu origineasistemului de coordonate cartezian (fig.a) si axa polara coincide cupartea pozitiva a abscisei, intre coordonatele carteziene ( x,y ) alepunctului M si coordonatele sale polare ( p, q ) exista relatiile :

    y: psing

    0

    Fig' z- Coordonatele unui punct M(x,y) si semnele incadrans, in sistern de coordonate cartezian

    x: pcos9si

    (1r)1tr -!\p: (x'+ y.)t,, tgq: r,/x

    l2

    cele patru

    l3

  • 2.2. Reprezentarea geometrica a ecuatiei cu doua variabile

    Ecuatia:F(x,v) : o sau y : f(x) (.r4)

    reprezinta ecuatia unei drepte in sistemul de coordonate cartezian,daca inlocuindu-se coordonatele oricarui punct al acestei drepte inecuatie se obtine o identitate (satisfac ecuatia), iar coordonateletuturor celorlalte puncte ale planului nu satisfac aceasta ecuatie.

    2.2.2. Ecuatia dreptei cu coeficient unghiular

    Y : kx + b

    trski:ii:laLI

    unde coeficientul unghiular k :dreapta cu axa Ox ), iar parametruleste egal cu lungimea segmentuluiOy, tinind cont de semn(tle. 6).

    unde parametrii a si b,segmentelor deten-r-r i nate7).

    (17)tg q ( g - unghiul lirrrrrirl rlt'b, numit ordonata ln origlrrt.determinat de drcapta ;-rc: irxrr

    E

    II

    rEl

    frJ

    I

    rIfrfIIIlfrII

    Ecuatia :F(p'g): o (1s)sau p : f (g)

    este ecuatia unei drepte in coordonate polare.

    Dreapta. Intr-un sistem de coordonate cartezian, linia dreaptaeste data de o ecuatie liniara in raport nu coordonatele curente x si y.

    2-2.1. Ecuatia generala a unei drepte :

    Ax+By+C:0 (16)Pentru C : O, Ax * By : 0, dreapta trece prin originea axelor de

    Fig. 5. Reprezentarea ecuatiei generale a dreptei si cazurile particulare

    coordonate; pentru B : 0, Ax t- C : 0, dreapta este paralela cuaxa Oy, iar pentru A : 0, By + C : 0, dreapta este paralela cuaxa Ox (fig. 5).

    t4

    Fig. 6. Ecuatia dreptei cu coeficient unghiular'

    Ecuatia dreptei cu coeficient unghiular poertc rellrc:zr.:rrlll ()t t( (dreapta, cu exceptia dreptelor paralele cu axa Oy.

    2.2.3. Ecuatia dreptei cu segmente deternrinate ;rt' lrxclt' rltcoordonate (ectntia dreptei cu intersectii, sau taieltrri) cslt' :

    x/a + Ylb: I ( I8)T

    II

    Iuati cu ser-nnul .t- s:rr-rde dreapta pe axelc clc

    . sirtl ltttrl,ttrrrll Icorltrlotutlt' ( ltrrlIT

    :t5

  • IHItH:iliIITj{EIIIuilr!uuil:lrl]ITIilfxlUt

    Fig. 7. Ecuatia dreptei cu taieturiDaca t :

    ". ( dreapta este paralela cu axa Oy ), ecuatiadreptei este x : a; daca a :

    "o ( dreapta este paralela cu axaOx), ecuatia dreptei este y - b .

    2.3 Reprezentarea grafica a unor curlre plane.

    b) y : ax-' (n>lsiintreg)este o curba de tip hiperbolic (fig. 9).

    Fig. 9. Curbe de tip hiperbolic

    Asimptotele sint axele de coordonate si nu existaextrern; pentru n : l, curba este o hiperbola echilatera.

    2.3.2. Curtre exponentiale

    a) (fig. l0)r y:a* (a>0)

    .T

    Fig. 10. Curbe exponentiale

    rnx6&

    t!I!*

    r

    r,

    E

    iiir

    :

    :

    i

    (20)

    puncte de

    (2t)

    t;

    tr

    2.3.1. Graficul functiei putere :a) y: ax' (n > lsiintreg)

    este o parabola de ordinul n (frg. 8) si nu are asimptote.

    Fig. 8. Graficul functiei putere:a)n-par;b)n-impar

    (re)

    o)o)t6 t7

    DA)

  • b) curba exponentiala naturala. Pentru a :

    Y:e*functia y luind numai valori pozitive,

    c) graficul functiei y : exp.- (ax)'

    (22)iar asimptota este axa Ox.

    (23)

    lF

    E

    L

    L

    t

    ttttttT

    Itrrrf,lrItrtIIitt

    liI

    +.'|

    "-j

    -

    curba reprezentata in fig. 1l este simetrica in raport cu axa oy,asimptota fiind Ox. Maxim in punctul A (0, I ); puncte cleinflexiune: B si C ( t | / a2t'2, | / et/z ).

    Fig. ll. Curba y: exp.erorilor

    identica cu distributie normala a

    Din aceasta categorie face parte curba de distributie normala aerorilor, curba lui Gauss. (vezi. l.l.Z., fig. l).d)graficulfunctiei y: k e-u* (24)unde a si k pozitive; ordonata la origine, y. : k, asimptota, axa Ox(fig. t2).

    Fig- 12. Graficul asimptotei, cu ye: k, XDin aceasta categorie de functii fac parte si legea de atenuare a

    radiatiilor ionizante, A : A6 s-P * , sau legea Beer - Lambertfolosita in colorirnetrie si spectrofotometrie, r : ro e- c r, care vorfi studiate in lucrarile practice respective.

    2-4- Reprezentari grafice si obtinerea unor informatiisuplirnentare

    Graficele se pot trasa pe hirtie mirimetrica, ma.ual sau prininter:rnediu! sistemelor de inregistrare. sau folosind prog..^. d"grafica pe computer, in urrna determinarii e*pe.imertal. aperechilor de variabile ( x;, y; ).

    Datorita dispersiei rezultatelor obtinute in urma efectuariidiverselor masurari, graficul se traseaza plintre punctele ( xi, yi)gasite experimentai, conform reiatiei matematice care leguverrreaza (drearrta. asirnptota, etc.).Pe de alta parte. din reprezentarile grafice realizate in finalul

    unui experiment. se pot obtine. prin diverse metode, informatii,calitative si cantitative, in plus pentru acel experiment. Dintreaceste metocie, trebuie mentionate interpolarea si extrapolarcirgrafica si transfor-nrarea dependentei exponentiale, pentru o functicy

    - ke "^,(capr" 2.3.2.d, icrnnula24) indeoenclentalinizrrzr,prin

    iogaritrnal r:.

    =j

    -t

    l1

    iq

    (u*')

    l8

  • Iil

    2-4.l.Interpolarea grafica se poate aplica de ex' in cazulil a*#1;;i;;;.t-;;,uG u ir,Ji"iloi de refractia ai unor solutii de

    il ;;;;;;i.atii diflrite, dar din aceasi substanta'

    r,"r.llff ;t jifff "l'i,,"1,,1i:";-T,J",",?;1"H"3',,ffi,X1"'tliSfdiferite,dintrecaresecunoastenumaiconcentratiasolutiei2'c2'

    celelaltefiindnecunoascute,C*1Sic*z.Stiindordonatalaorigine-.il indicele de ."nu"ii" al apei ( "" : +'i-11' si perechet u". "1"1ii':;:'J.':;*:ri'rt#tll;:,.:"'Ti?,':i1'i;:':lill;#ii!

    2.4.2. Extrapolarea grafica se poate aplica in afaradomeniului de vaiori cunoscut initial, de unde deriva si denumirearespectiva, procedindu-se grafic, sau analitic' analog cuinterpolar"u, ( fig. 14), dar numai cu conditia calegea de variatie safie riguros respectata si in afara domeniului dat' ceea ce nu seintimplaincazulindicilorderefractieaiunorsolutiideconcentratii mai mari de 25 o '

    m,

    t:IililililIr,Iil:I:IililI"I

    ordonata valorile in ordine crescatoare')nata valolrrE ur \rruruv 'ndicele deiil; a determina concentratia solutiei' pentru::t:]'.-^-^ aaq ^..f.;;#;;;, ;" la valoarea respectiva pe ordonata' se traseaza o

    ^^Lrnqrq;',lftff ;";;=:ilfi"ui"t"'s:t.cteazad'"i'1"'-::::i,T""'""""tt,""fi :i:ft',ii';"il;' ;;' ; = ;i;; ;'l ry::,:l. j,"'^l'*',",' --: : n ?:::l:fff]#HXil"i.l r"t"#;r;";;";,; pentru ",. out tiind faptulca acesta valoare se afla inir-rtervalul t 0 '+ cz ), aPrioricinterpolare grafica '

    av

    cunoscut, metada se numeste

    Yl2'ft.t

    2.4.3. T-ransfonmarea dependentei exponentiale independentaliniaraprinlogaritmaresepoetteaplica'deexemplu,i, cazul legii de atenirare u *dirtiilor ionizante (de tipul functiei dela cp. Z.l.Z.a ), scrisa direct pentru viteza de lrumarare aimpulsurilor Pe sec. :

    R : Rs s-ir* (25)caregral-rcvzrdaoasinrptota,cuordonatalaorigineRe,indicindsc:rclerea la zero a u.iiritutii radioactive cind radiatiile sintabsorbite total de un strat de material frzrc protector de grosimecare tinde la infint.Practic insa, grositnea fit'rita a stratului protectorse poate detenrrina experimental' (fig' 15)' iar prin logaritmarearelatiei (25) :

    Fig. 14. Metodzr%

    extrapolarii grafice

    4N

    e/

    Fig' 13' Metoda interpolarii grafice

    Interpolarea se poare f?"t.']. anaiitic' tinincl cont de ecuatia1f1'L:1)tci cle tip Z-Z'Z'iiotttrf' (17)' adica: n : rtra + k c' under:ocrlcicnlui r.rnghir-riar, k : tg

  • dependenta devine de tip liniar : y : b - k x, avind ordonata laorigine, pentru X:0, b : Ro si intersectia cu abscisa, pentru y:0n x : ln Ro / p $t9.l5). Dar, x fiind masurat experimental, dinintersectia cu abscisa se poate calcula p, coefrcientul de aternuareal radiatiilor : p : ln Ro I x, deci se pot obtine informatiisuplimentare despre alti factori frzici, care nu ar putea fi masuratiexperimental direct, cum ar fi coeficientul de atenuare, lr.

    Fig. 15- Transformarea dependentei exponentiale in dependentaliniara:a) dependenta exponentiala, unde yo : Ro, x

    -) oo ;b) dependenta liniara, unde yo : ln Ro, x : ln Ro / p

    3. METODE F'IZICE DEMOT,ECULARI,

    3.1. METODB F'IZICETENSIUNII SUPERFICTALESOf,UTIILOR

    STUDIU A }-I'NOME,NIII,oR

    DE DETERMINARI.] AA LICHIDEI,OR SI A

    Tensiunea superficiala este o constanta rizica a oricar-uilichid. caracteizind interfata dintre doua lichicle nemiscibilc. saudintre lichid - vapori, in echilibru static, sau in clrrgere clin:rp-ric1,coeticientul de tensiune superficiala dinarnica fiind, pentru zrcclasilichid, mai mare decit coeficientul de tensiune superficiala st1lic1.Dar, diferenta fiind de ordinul l0 -4 - l0 -s N / m, se folosesc uzr_ral,valorile pentru coeficientul de tensiune superficiala static:r.denumit curent si tensiune superficiala, fiincl de fapt, o const:rpt1rtgmaterial.

    Metodele folosite pentru determinarea tensiunii superficialc irunui lichid si a tensiunii interfaciale dintre doua lichicle sc polclasiflca in trei categorii :

    a) Metode statice, bazate pe starea de echilibru a supral'ctcilibere a lichidului, independenta de timp si invariabila iri ctrr.sulcleterminarilor. Aceste metode sint singurele utilizabile pcntrudeterminarea tensioactivitatii, deoarece se stie ca agitatia tcnnica (sau starea dinamica a lichidului ), conduce la schirnberrcaconcentratiei superficiale a substantelor tensioactivc, a car()rtensioactivitate creste cu cresterea lantului carbonic ( alcooli, acizrorganici, denurniti si seriile lui I'raube).

    b) Metode dinamice, in care lichiclul este ir-r rniscarc, incil nrrerislit tirrrptrl fiz.ic Itecesar pentr-u orear)iztrrca lrrolcerrllrr.lr irinterf'etelor. Acesle metode sint deci inadecvatc pcntrlr stu(l iL:r-(.irstrbstalrtelor tettsioactive, dar sint mult mai accesibilc:. rlirr 1-rrrncl

  • ilil:ilJI:ilil,ililrl:[rtilrtrf

    c) Metgdg -mixte, cind lichidul este in miscare, dar foarte lent,incit sb poate apropia de starea de echilibru.

    Toate cele trei categorii de metode sint aplicabile pentrulichidele care uda peretii si mai mult, metodele statice pot fifblosite pentru determinarea unghiului de racordare, precum si arezultantei dintre fortele de coeziune si fortele de adeziune,manifestate la interfata lichid - solid.

    Metoda stalagmometrica ( metoda dinamica a picaturilorsau metoda lui Traube)

    Scopul lucrarii este de a determina coeficientul de tensiunesuperficiala dinamica, la suprafata proaspata a lichidului, aflat inregim de curgere laminara.

    Principiul metodei. Pentru un lichid aflat in regim de curgerelaminara, printr-un capilar picurator Traube, picaturile se dezvoltadupa schema din fig. 16. In momentul cind picatura se desprinde,greutatea sa, G, este echilibrata de forta de tensiune superficiala,Iro, de-a lungul circumferintei coletului de strangulare, de raza r' r, se produce fenomenulde reflexie totara, razere fiind rJflectate in aceiasi mediu, cer mairefringent, dind o plaja i"t""."uiu.-'

    absolutdirect n

    Fig. 20. Refractie siincidenta, i si indicii de

    reflexie totala in functie cle unghiulrefractie n1 Si n2

    is={

    IElr{EJ

    IrrEiilrlr=

    de

    In aparatul clenumit refractometru, fenomenul de reflexictotala se produce ra interfata ;in;e richidur a" ,iraiut si prisn_rarptica' iar din constructi, p baza relatiei (40), se pot citi dir-ectindicii de refractie ai lichii.r". "t"diate, precunl si concentratiasolutiilor, deoarece, intre i,dicele de refracrr" ,i concentratizrsolutiei, (intre anumite limite de concentratie, dependente si clenatura sorviturui), regea de variatie este riniara ;

    r=t=F=

    n : no + kc @D t =utrde k > f iar n.,Iru este o simpla constanta, avincl o sernnificatic I =

    f-tzica si a,ume el reprezirrt, i;;;.le de ."tiu.ii"-rr solventurLri.corespunzator pentru c : 0, sau in cazul sotutirtt. apou.., indicerc l =de refiacti-e ar apei, r1',: 4/3- ientru sorutii de co,ce,tratii mirinrici" sub 30 o/o, regea se verifica rigur.s, dar la conce,tratii rrr:ri [ =

    ilXi;,.j."t"dc,1a i,riicerui cie rcfi'actic cic corcerlir;rii* ,,., ,rai csr.. [ =l=

    r=-19

    3B

  • =l:l:l:l:l:lil:l:I:t:l:I:I:r:I:tIil:TililL

    Materiale necesare

    - refractometru Abbe'- solutii de glicerina, de concentratii :

    Ct, cz : lDo/o, C3, C4 : 20o/o, Cs- apa distilata- micropiPete-hirtiea.ntt*sautifonpentrucuratatfeteleprismer

    Descrierea aParatului

    RefractometrulAbbe,(ng.2t)prezintacap^iesaesentialaunbtoc format din doua prisme identice (fig' 22)' cu sectiuneaprincipala un triunghi dieptunghic, cu unghiul refringent de 6O_o,intre 'suprafetele corespunzatoare ipotenuzelor'

    -

    ulmind sa fieintroduslichidul de studiat. Cele doua prisme fiind alipite pe feteleipotenuze, forrrreaza astfel o lama cu fete plan - paralele' prin careradiatiile incidente normal nu sint deviate'

    Oglinda,deconcavitatemare'aproapeplana'legatasolidardeblocui-prismelor, transmite lumina de la o sursa, pe fata a,terioaraa acestuia.

    Fig. 21. Schema refractometrului Abbe'

    Blocul prismelor se poate roti in jurul unei axe care trece prrnvirfulA, asifel incit unghiurile de incidenta pe ipotenuza prismelorvor creste de la A spre B (fig. 22), ttecind de la valori mai micidecit unghiul limita, (cind se produce refractie), prin unghiul limitala valori mai mari decit acesta, producind reflexia totala.

    Lentilele L (L, si L2) formeiza o luneta Galilei' care serveste laobservarea cimpului, iar cu ajutorul vizorului vr, prevazut cu ocruce reticulara (pentru facilitarea selectarii unghiului limita), sepoate vizualiza timita de demarcare clara a celor doua plaje, subio.,,,u unui diametru orizontal, plasat in intersectia firelorreticulare ( frg. 23).

    Cu ajuiorul alidadei, blocul prismelor poate fi rotit, fata de unsector ciicular, ( 3, frg. 21) etalonat direct in indici de refractie.

    Fig. 22. Sectiune prin blocul prismelor; O - oglinda plana'Producerea fenomenelorde reflexietotala, i,l, (i), refractie, i < l,(2) si masurarea unghiului limita, i : l, in lungul ipotenuzei AB'

    Pentru iluminare se foloseste lumina alba, care va h dispersatade prisma in radiatiile monocromatice, fapt pentru care linia dedemarcatie dintre plaja luminoasa si cea intunecata poate apareairizata in rosu - portocaliu sau indigo - violet'

    Inlaturarea benzii colorate se realizeaza cu ajutorulcompensatorului de dispersie, plasat in fata lentilei obiectiv avizorului. Compensatorul este alcatuit dintr-o prisuna Amici ( trei

    4rt

    40 41

  • prisrne lipite cu balsam de canad,a, in sectiune principala,triunghiuri isoscele, prismele extreme din crown, cu rrp: t,OtS,cea centrala din flint, cu r1p : 1,752), care lasa sa treaca nedeviatanumai radiatia galbena a sodiului, notata conventional ca linia D asodiului, incit la temperatura de 25 "C, I D : 5g9,3 nm. Fata deaceasta aceasta linie, dispersia unghiulara a radiatiilor extreme alespectrului vizlbil are sensuri diferite, incit prin rotirea tamburuluigradat, atasat compensatorului, se elimina total band a irizata.

    Indicii de refractie se citesc pe scala solidara cu bloculprismelor, cu ajuton-rl lupei atasata vizorului 2. (in functie depozitia diametrului orizontal din interiorul acestui vizor, carebaleiaza scala), pina la a cincea zecirnala, ultimele cloua zecimalecitindu-se pe scala din dreapta scarei indicilor rle reflractie, peprincipiul citirii Ia subler; cea de-a doua scala mai poate fi folositasi direct la citirea concentratiilor, pebaza relatiei (4t), cu c.onditiaca aparatul sa fie termostatat, blocul prisnrelor fiind prevazut cticircuit de tennostatare.

    Moclrrl cle lucnr

    Refractometrul se plaseaza in fata surseiregleaza oglinda O, pentru a sc obtine iluminarease se procedeaza astfel :l. se deschide blocul prismelor, se sustine prisma basculanta astfelca suprafata ipotenuzei sa fie orizontala si se picura pe ea lichidulde referinta, (apa distilata), in strat uniform, aioi sc inchicle blocul1-rrismelor, surplusul de lichid scurgindu-r- p.ir-, santr-rletul cu careprisma este prevazuta;

    2. prin rotirea tambumlui alicladei se acluce linia de demarcatie,(diametru orizontal) dintre prajele Iuminoasa si intunecata, inintersectia firelor reticulare, iar prin rotirea ta'rburuluicompensator se elimina irizarea din clreptul liniei de clcinarcatie,(frg.23)

    de lumina si seoptima" dup:r care

    .i -)+L

    If

    1

    >lFig. 23. Selectarea unghiului i:I

    3. prin vizorul V2 se citeste indicele de refractie astfel : pe scaladin stinga se citesc unitatile si primele trei zecimale, de jos in sus,pina la pozitia diametrului orizontal, a patra zecin:rala (eventual acincea) se citeste pe scala din dreapta, ca la subler si se noteazavaloarea citita; pentru corectitudinea rnasurarii, se fac cite l0 citiri;

    4. sc deschide blocul prisrnelor, se curata cu grija, fara a sez,giria suprafhta prismei, si se introduce lichidul de stucliat, repetindexact aceieasi proceduri ca pentm apa, operatiile I - 3.

    ln cazul cind, pentru apa distilata aparatul indica alta valoaredecil 1.3333, se calculeaza A, n, . eroare sislemalica, si se va tinecont de ea in cazul celorlalte citiri ai indicilor de refractie aisolutiilor de lucru, dupa care se ef-ectueaza calculul erorilor (cap. I .3.3., rel. 10).

    Pentru detenninarea concentratiilor necunoscute, c1, c3, c5, dinreprezent:rrea grafica a rezultatelor, n : f (c), prin interpolare siextrapolare se detentrina valorile acestor concentratii (cap. 2-4.1. si2.4.2.).

    Aplicatii. Indicele de rel'ractie al sen-rlui umarr este cuprirrsintrc 1,34870 si 1.35170. t-iind rnarit cind creste procentulproteinelor serice, incit clin determinarea indicelui de refractie sepot :rfla variatiile substantelor proteice din orgatrism, cu rolcleoscbil ir"r diagr-rostic. De ex. ctria.gnosticr-rl rlc ncf-r-it:r clorurenric:rsc poate pLllle lblosincl n-]etocl:l refr;rcton'ietric;i, l,roicinele liinclscazute in singe (75 - 90 ing 7o).

    !tE

    E

    F-

    F

    r

    jIi

    IJt-

    43

    [-t-

    [=E=E=

  • aII 4.2. STUDIEREA SITBSTANTELOR OPTICCU METODA POLARIMETRICA ACTIVEil

    S-a obsevat ca atunci cind lumina naturala traverseaza oI varietate de carbonat de calciu, apelat spat de fslanda,..

    (cristalizeaza in sistem rombic sau sub forma de romboedru),{ apare fenomenul de dubla refractie, raza de lurnina naturala fiind.t dublu refractata, in alte doua raze de aceeasi intensitate luminoasa.-

    Una dintre acestea (fig.24), IIIO este refractata in conformitateII:!rII"u legile refractiei, fapt pentru care a fost numita ra1,a ordinara,fccalalta raza II2E iese practic nedeviata din cristal, fiind numita

    ruzo extraordinara. Un sir de litere privite printr-un astfel de'tDcristal se va vedea dublu (fig.25).il:[r!:[ilililT]I

    FG

    Ii'ig. 25. Dedublarea imaginii prin spatul de islanda

    [Jn asemsnea fenomen il ofera si alte substante cristalizate, cuexceptia acelora care sint cristalizate in sistem cubic.

    W. Nicol a sectionat in doua jumatati un cristal de spat deIslanda, (diagonal si perpendicular pe cele doua diagonale mici alebazelor romboedrului), apoi a lipit cele doua jumatati cu balsam deCanada (n:1,540). La spatul de Islanda no : 1,658, in timp ceindicele de refractie al razei extraordinare, n, poate lua valori intre1,486 si 1,685, dupa directia razei in cristal. Aceasta mare diferentaconduce la folosirea preferentiala a cristalelor de spat, pentruobtinerea separata a celor doua raze polarizate in planuriortogonale intre ele, deoarece o asemenea prisma denumita maisimplu ?'nicol"are proprietatea de a retine raza ordinara, prinreflexie totala pe stratul de balsam de Canada, (raza care este apoiabsorbita in interioarul tubului innegrit al aparatului, in care seafla), in timp ce raza extraordinara trece nedeviata fata de directiaincidentei.

    In timp ce vibratiile transversale ale luminii au loc in toatedirectiile si in planuri perpendiculare pe directia de propagare,vibratiile transversale ale radiatiei extraordinare au loc intr-osingura directie si intr-un singur plan, acela al sectiunii principale.In acest mod, lumina naturala este plan - polarizata, sau mai pescurt, polarizata, iar noile proprietati pe care le-a dobindit,reprezinta fenomenul de polarizare, iar nicolul cu ajutorul caruias-a obtinut lumina plan-polarizata se numestepolarizon

    Daca aceasta radiatie extraordinara polarizata trece printr-un aldoilea nicol, apelat analizor, cind acesta este rotit cu 90", cimpullui de vizibilitate apare, pe rind luminat sau intunecat. Minimele deintensitate luminoasa apar cind axele (sau sectiunile principale alecelor doi nicoli) fac intre ele un unghi de 9Oo, deci se obtine oextinctie, adica o stingere a luminii (frg. 26), iar maximele, cindcele doua axe sint paralele (frg.27).

    Fig.24. Fenomenul de dubla refractie

    I

    d DilS44 45

  • Fig' Zo Obtinerea r.lnui minim de iluminare, extinctie, cind axele

    I-tn gcneral, substantele opti

    SrrL *PE ue alotlll olr(Jl ltr- lvlar l,v'Ni"stantele a caror molecule contin azot sau fosfor

    [=l=

    Dinpunctdevederealteorieielectronice,s-acxplicatrtrlil.cltr:pru*rirri'ae polarizare prin or1z7n\a moleculalor atlizotr()pc, cirl'c lI Inu au nici centru de si-etrie' nici plan de simetrie' A^ ,\ nrrlrrr. .- IFiecare substanta optic activa este catactetizata de o

    putorc ,' :

    rotatorie specifica, constanta -

    Je material' dependenta dctemperatura si inriJs pt"p""l"""l":".1"1"tT."? de unda la carc

    se I =

    [is. 26 obrin.,ea Jn,i -i,,i- de irumioare. extincrie. cind axere I i:::HfiG,.9;;;; ia:t'::f-":"#;";; t"X"l" si precisa. rapr f =*r". a"r"r""ii'"li'"11rfr'illx'"* | t"t't"au polarimetrica este o nI rl.}lili::t**l'lil'.:':l,;,:ill*:['l"i'"i"'li''1''ll"''t'11ilii: r =

    ::f;d;ti,]rtt, ,.'"rimetrul cu penurnbra' avind diferite variante : ,Laurent, Landolt, Lippich' etc'' cu sisteme clasice'd;-ti;t; t;"'

    E=moderne, cu sisteme computeri zate, princrpiul rarninid

    insa acelasi' E =

    dar deosebindu-se prin modul de iniicare a pozitiei de citire, t-elul

    lurninii care se potifl''"o'a si citirea sau prelucrarea computerizata 1=a datelor. t

    =

    g- [=

    fi1,zz' ottinerea uuui ma\im de iluminare. cind axele celor doi I s"oo,r, lucrarii csle de a determina calitativ si t:l:]t:t'l;'ticoli sint pa;;i;ie" I nu,..." roratorie srrec,r,ca ". :1",f ll,l."',*"" ffi:",.1i:::.,1 I =Ul:i,?'":""':;"Ji:,;i;;';;'"r"iii Je substai'l: "pll:."1:"1:;1,:l F

    ="^

    Instrxme ul folosit Denlnr cercetarea luminii polarizate, l. canlrrarrv acestea rolesc planul luminil-nstruir pe baza celor expuse

    -,, ,,i'i."1,-l"l'i ffi"$;it I ::::Xf. unshiurilor cu carcc,,-Juuil pe Daza celor exDuse mai sus se numeste porrrrrrrrrru, | -.,l".izate f=

    'u,,jr.""il-"ili'I";.iTXii.l'Jili",lii"" ";'i".ii.riJ.-"'u""."r" I o"''i.',liio,rr metodei in cazur porrrimetrurui . Lauretr_t,"pttc active. adica acir..rrlrtunr" care au proprietatea de a devia I _^,--r--.-., .,. nenrrmbra.

    ". our.ri, pe relatia liniara dintrc !="pti. *rir..

    "a"" ".Ii'.J;;r;;;;';" ;.op.i.rut"u de a

  • il Descrierea aparatuluiI Aparatul Lsurent este unpa larimetru cu penumbra, adica cu-, iluminare slaba si egala a celor doua jumatati ale cimpului vizual.

    -

    Irolosirea acestui aparat sebazeaza pe nesimetria provocata, atunci- cind s-e_produc doua planuri de lumina polaizata, care impart

    crmpul de observatie in doua parti.In functie de valoarea unghiului de rotire al analizodui, (fig.

    28), cimpul de observatie poate avea : jumatatea din stinga maiintunecata, (a), ambele jumatati egal luminate (c), sau jumatateadin dreapta mai intunecata, (b), pozitia corecta de citire aunghiului, fiind (c).

    :I:l #':"#::iff:?:;:r

    - t:ilfl,ff 1""",1*l;-,'#::,ll1l.u,,,I substanta optic activa, de concentratii ::t - pahare

    "".XiiuiX: 1o o/o' c3' c4 :

    a) b)l,'ig. 28. Alternanta iluminarii cimpului derotirea analizorului

    - un nicol - polarizor - p;- o diafragma, d si o placa subtire de cuart, astfel c,a razele care

    trec prin ea, sa se propage cu o diferenta de lungime de unda delv / 2;- un tub cilindric, T, cu fata interioara inegrita, in care seintroduce solutia de analizat;

    ' - un nicol - analizor - A, care se poate roti, cu ajutorul alidadei,in acelasi timp cu un disc gradat D, prevazut cu un cadran de cercgradat, cu vernier;- lentilele L1 si Ll formeaza o luneta Galilei, necesar

    observarii cimpului.

    b)Fig.29. Polarimetrul cu penumbra Laurent

    a) privire de ansamblu; b) schema _( detalii ir: text )

    :[iljD:D]IrIrIrIrILLLL

    diferite, dar din aceeasi

    2O o/o, ca

    observatie. in functie de

    Aparatul Laurent, (fig.29), este compus din urmatoarele pieseprincipale :

    - la extremitatea b se afla o placa mica si transparenta debicromat de potasiu, care are rolul de a absorbi orice radiatie inalirra de acelea date de sursa luminoasa intrebuintata;

    4948

  • Lumina monocromatica strabate fanta F a polarimetrului, treceprintr-o lentila care dirijeaza lumina, sub forma de fascicul paralelspre nicolul polarizor, P, apoi trece prin solutia de analizatajungind la nicolul analizor, A, de unde este directionata prinluneta spre ocular (fig.29).

    Unghiul c[, cu care este rotit analizorul, se citeste cu ajutorulunei lupe, atasata discului circular D, prevazut cu vernier, pentrucitirea zecimalelor.

    Determinarile se fac la temperatura constanta, de 20 "C sau 25"C. Pentru realizarea termostatarii, tubul cu solutia de studiat poatefi inconjurat de un manson metalic, prin care, cu ajutorul unuidispozitiv, poate circula apa la temperatura constanta.

    Modul de lucru

    - se urnple tubul polarimetmlui in totalitate, fara a ramine bule deaer, cu lichidul de referinta, ( apa distilata), se introduce tubul inpolarimetru si se citeste unghiul indicat de aparat, (conform fig.2B), dupa care se goleste tubul; pentru precizia rezultatului, se facl0 citiri:- se introduc, pe rind, solutiile de studiat si se noteaza unghiurilecitite, cite 10 citiri pentru f-recare solutie; intre etapele de analizarea solutiilor, se spala foarte bine tubul polarimetrului;- toate operatiile se efectueaza cu aceeasi sursa de lumina si latemperatura constanta.

    In cazul cind aparatul indica pentru apa distilata alt urighi decitzcro, aceasta indicatie fiind de tipul erorilor sistematicc, sc r-rotcazirindicatia aparatului, si se tine cont de ea, in masurarile pentrtrsolutiile din substantele optic active, dupa care se aplica calcululerorilor (cap. 1.3.3.. rel 10).

    Pentru. solutiile de concentratie cunoscuta se calculeaza puterearotatorie specifica, I crlr"t :

    lcrlr.' 100'cr /l.c (43)iar din reprezentarea grafica c[ : f (c), se detennina conccntratiilc

    50

    solutiilor necunoscute, c1, c3, cs, prin interpolare si extraporare si sethce verificarea prin calcul, cu ajutorul relatiei (42).Nota. Rezultatele precise in masurarea puterii rotatoriispecifice a unei substante se pot obtine, daca se tine cont delungimea de unda a radiatiei folosite si de temperatura la care areloc cercetarea, deoarece unghiul de rotatie al u,ui lichid activ oplicdepinde de natura substa,tei, de rungimea coloanei cle lichicl princare trece lumina, de lungimea de unda a radiatiei folosite si cletemperatura la care se lucreaza.

    Aplicatii. Polarirnetria este fblosita pe scara larga in medicinasi biologie. In laboratoarele clinice, pentru determinarea expeclitivaa glucozei si a albuminei in urina se folosesc polarimetre, clLnurniteL-Irometre, sau comercial, polamat, dincl, prin etalonare, directcantitatea cle zahar din probe - Zaharoza are puterea rotatoricspecifica + 66,5" si glucoza + I09,5o, iar lel,uloza _ 91,5".

    Determinarile pri, metoda polarimetrica se coreleaza cu celeprin rnicroscopin in lurni,a polarizata, care serweste ladetenni,area izotropiei si anizotropiei diverselor elenrentchistologicc, cl,n err fi: lzr,-relelc osoase, fiL-lrele cle colugcr,cromatina, mielina, cliscurile intunecate aie fibrelor muscula.",

    "1,r.

    !I

    E

    F

    ET

    [![=F=E=F-

    4.3. DETERMINARIIA CONCENTRATIILOR UNOI{ } =SOLUTII PRIN ME IODA COLORTMETRICA E

    =colorimetria este o medota de analiza fizica, utiiizata flrecvcrrr f

    =in laboratoarele biomedicale, alati-rri cle .rct.clclcspectrotbtometrice. :

    =Metoda colorimetrica pennite determinarea concentratici trrrr.isolutii dc substatrta colorata^ clupa intensitatea culorii ci, pr.irr l!:cclmparatie cll o solutie etalon, der concentratie cut'roscullr. tlrraceeasi substanta, deci in functie c1c al-.sorbtia ait...rrti,,r,, ,, lt :radiatiilor luntinoase. colorinretria ilincl un cazlbtonretriei.

    Jase. colorlntetrla Irr,cl un caz partictrlirr irl I!:Vlctocla coloritrletrica, lolosind racliatii rlin rklnelliLrl r.i,,ilril ,(. l!:aplica la doua categorii prir-rcip:rle cle substante :

    rl:t:

    :\J1

  • ililililrIII!

    Til

    ,tril-:!-:I,:tr:I!::tr-ilt=!rI:I:!

    - substante colorate si solvent incolor : solutii neorganice' (de ex'sulfat de cupru in apa), solutii organice, (iodoform' acridine -trrange), si solutii lrr{o("gice animalE sau vegetale, ( hemoglobinasau clorofila);- substante care fomeaza solutii colorate cu diversi reactiviohimici: solutii de substante neorganice (de ex' sarurilecuproamoniacale) si solutii de substante organice sau fiziologice (de ex. acidul uric in prezenta cianurilor)-

    Scopul lucrarii consta in determinarea concentraiilor unorsolutii

    "olorut., prin evaluarea luminii absorbite de respectivele

    solutii.

    Principiul metodei se bazeaza pe fenomenul de atenuare' deabsorbtie,' u i.,t".rritatii luminoasa d.rp. traversare unui strat desubstanta colorata. Atenuarea este cu aiit mai intensa cu cit solutiaeste mai concentrata si cu cit gfosimea stratului de solutie este maimare.

    Cantitativ, fenomenul este descris de legea Beer - Lambert "

    I -

    16 "

    -ecr (44)runde : I - intensitatea fascicolului luminos emergent din solutie; fo- intensitatea fascicolului incident pe solutie : e - coeficient deextinctie, dependent de lungimea de unda, X' a radiatiei incidente'si de frecventa proprie de rezonanta, Y r, ? respectivei speciiatomice, deci constanta de material, (care poate fi defrnit in douavariante : coeficient natural de extinctie, t1 , si coeficient zecimalde extinctie, e1,, ), c - concentratia solutiei (y"), I - lungimea

  • rtr+qErara+r1

    l1I,t

    al+=|+-

    C

    P6fuo',1tl.t,1t

    ffim:.+.

    [t"-;,,li; rt:,oit""tarea schematica a colorimetrului DuboscqCele doua vase C si C,, asezate pe suporti rnobili, pot fideplasate c* aiutorul vizelor micrometrice, incit rungimea variabilaa coloanelo. ie richid ufrr; .;;;Jgn"t.t" cre sticra se poate rnasuraPe o scara graclata, cu venrier.siste'rul ontic este format dintr-o rentila Ia care ajung, prir-rtnten,ecliul a i.,ua serii cie prisme cu reflexie totara, p si p,,tmagi,ile celor cloua coroa,e, privite pe verticala. cinrpul oculareste clivizat in doua sernicimp.r.i, fi."u.e a'ind culoarea cili,cln:iuicu substanta respectiva. In

    ";.;;, v, ," pot rnonta flltre colorate, i,rutlctte de culoarea complernentara culorii solutiei cle studiat..

    Pri. actiorterrea ,ricrorrizelor se realizeaz.:r o colortrtic unifon,irst clc inlcrsitatc ctrila a cclt.rr,1n,,r,, r.,rricei.crrr.i" rlcci Ir : I2, iirrlurrginrilc cor.a.cror de licrrid ,ro. Ir irr'crs pr.porliorarc cu

  • IIIIIril:I:I:II:!:I:I:I:!|I:ll:!::llrIII

    4.4. MICROSCOPIE OPTICA

    Microscopia rezida in ansamblul metodelor de explorare sistudiere a corpurilor de dimensiuni foarte mici, care nu pot fivizualizate cu ochiul liber.

    Evolutia tehnicilor de microscopie a pornit de la microscopulsimplu, sau lupa, (cu ajutorul careia Leeuwenhoek, cel mai renumitobservator al secolului XVII, a facut descoperiri epocale: globulede singe, infuzori, microbi etc.), trecind apoi la microscopulcompus

    - rnicroscopul propriu-zis, uzual denumit doar microscop,ajungindu-se la microscopul electronic, cu o putere separatoareasub 0,1 nm, folosit in investigarea structurii macromoleculelor, saumicroscopia confocala si microscopia de forta atomica, cuperformante mult mai elevate.

    Scopul lucrarii consta in studierea microscopului, realizareaabilitatii de a folosi microscopul in conditii optime pentrucercetarea unor preparate celulare si determinarea, prin metodamicrometrica, a dimensiunilor hematiilor.

    Principiul metodeiMicroscopul (fig. 3l) reprezinta un instrument optic centrat,

    alcatuit din sisteme de lentile, diafragme, oglinzi, diferentiate indoua parti : partea optica de formare a imaginii si dispozitivul deiluminare a obiectului, insotite de diverse dispozitive mecanice, demare precizie, necesare functionarii aparatului.

    Optica microscopului. Microscopul este format din douagrupe de lentile, sau din doua sisteme de lentile convergente :obiectiv si ocular.

    Obiectivul este foarte convergent, cu distanta focala mica, decitiva milimetri si cu deschidere mica, formind o imagine reala,rasturnata si mai mare a obiectului.

    Ocularul este mai putin convergent, cu distanta focala de citivacerrtimetri si cu o deschidere mai mare decit cea a obiectiwului, ellirnctionind ca o lupa

    Fig. 31. Microscopul binocular : I - formarea imaginii;II - schema mersului razelor; Fr plan focal inferior alobiectivului; F - plan focal al ocularului; F * - plan focal alintregului microscop; S - dispozitiv pentru impartirea fascicoluluiluminos in doua; O - obiectul; O' - imaginea reala; O** - imagineafinala virtuala.

    Microscopul este un instrument care forrneaza imagineafinalavirtuala, mult mai mare decit obiectul (fig. 3l). Folosind unobiectiv de distanta focala mica, f1, si plasind obiectul inainteafocarului obiect F1 al lentilei obiectiv, se obtine imaginea reala, O*, rasturnata si mai mare ca obiectul, care va deveni obiect virtual

    5657

  • 3:T3].:rila ocular, de distanta focala mai mare, f2; imaginea data*o oDtectlv.fiind_plasata aproape de focarul lentirei oculir, F2 , v&;::llta tmaginea finala, O'*, virtuala si mult mai mare ca obiectul.

    *:"i;;::,i;x:i""::;:;,ilT.ffi .;ff ;iJ:.#,f:::1,sf i;ansamblul obiectiv ob. - ocurar oc. ar microscopurui, care esternontat intr-un tub metalic T, este deplasat in raport cu obiectur,il:.^.".r: fixar pe platina, p, a microscopului (fie. 3l). punerea la;,::l l tmaginii este inlesnita de surubul micrometric, denumit si'tttcrovlZo, care perrnite o deplasare lenta, foarte mica, de ordinul r

    'uuU rturl, pe cind deplasarea rapida se realizeaza prinintermediulrlacrovizei.

    cr.Iicroscopul este inzestrat si cu un dispozitiv, numit revorver,#:,-l'. posibilitatea selectarii cimpului vizuar, prin schimbarea;:ltl' tntrodusa de obiective, inclusiv a tblosirii obiectivelor cu"rrcrsre, unde transmisia este optima (fig.32)

    fl'l.- :r. obiectivul microscopuluiu/ schema obiectivului cu imersie,

    4

    : a) schema obiectivului uscat;unde l, lichidul de imersie.

    ." ^11

    c.azul unor obiective uscate, o parte din radiatiile incidente,.*jj^":d". prin refractie si reflexie totala, pe cind la obiectivele cu,.;.1'st, tndicele de refractie al lichidului de imersie, l, fiind fbarteifltopi" de cel al Ientirei, toate radiatiire incicle,te vor trece spre"Dlectiv..o,, 9}r:"tivrrl unui microscop este cori-1at cle etberatr-r, cromatice

    - sterrce- pri, ,sambiarca u,or lcrtile cu indici de relracl!t:58

    diferiti pentru diverse lungimi de unda ale spectrului, avintl razclcde curbura in anumite rapoarte. Spre exemplu, o lentila cor-rvcxzr clccrown (silicat de calciu si potasiu) si una plan - convexa cle llint (silicat de potasiu si plumb) au aberatii cromatice egale si de semncontrar, focarul radiatiilor galbele coincizind cu cel al radiatiilorviolete, fiind un sistem acromatic. Aberatia de sfericitate secorecteaza printr-un sistem aplanetic, unde lentila de crown areraza de curbura l/6 din cea a celei de flint. Astfel se pot realizasisteme obiectiv apocromatice, la care aberatia cromatica si cea desfericitate este corectata, pentru diferite lungimi de unda.

    Ocularele sint construite, in general, din doua lentile : lentila decimp si lentila oculara propriu-zisa, ambele plasate unitar, in parteasuperioara a fubului microscopului. Ocularele curente sint de douafeluri : oculare Huygens si oculare Ramsden (frg. 33 si 34).

    Fig. 33. Ocular Huygens, cu lentila ocular rnica si lentila de cimp nrare

    Ocularele lluygens au lentile plan-convexe, cu concavitatea injos, spre obiectiv (fig. 33). In speta, lentila inferioara a ocularuluiface parte din sistemul obiectiv : restringe imaginea, o face maiclara si o formeaza in planul diafragmei D , care limiteaza cimpuloptic. Lentila superioara a ocularului este o lupa care maresteimaginea formata in lentila de cimp, dind imaginea finala virtuala,marita si la distanta de 6 :25 crr:, de ochi.

    E-ig" 3.$. Ocuiar Ramsclen, cu leutiie cle rnarii-ne eg;ria

    B'

    rr,rfEIrIi,rrIJrrIIrrI

  • ilil ()cularere Ramsdensint formate din doua lentile plan-convexe=t

    itsczatc cu convexitatire fata in.f:? (fi;.i+1.-irrr"ginea data de()Drectrv se formeaza in planur diafrail?i 6. acest ocurar mai:r cste clenumit si ocular'".to""opic, lntrebuintindu-se cind settrt,arcste determinarea puterii a" *u.i..-;;;;;:"opurui, sau cindr sc cloreste executarea unor desene microscopice, deoarece da unt **Bft::T"{',$&+:Sx1uterea rezorutiva este caritatea cean ;11:.Ho,;I;3" in practicu u '''',ri *i..or"op, ea reprezentind

    l.:y.::-r;;'-:;,'"',?;;lJ";i"ffi ,#,:li"'ilX;ff'::?::,.",",::Si,I3;scparatoare riniara este invers proportionala cu distanta! scparatoare, d , iar apertura num.ri"a, (denumita astfel de catre,bbe" creatorur te6riei ;;;;*" a microscopiei), reprezintaI dcschiderea sub care .. ";;;-;biectul : A : ,, ,i, or, n fiind

    "reliiii{.'..!::x;lift*'yhf;ilf :*:.#';::x#tr";;il illF *,,::ii ?ffi l,:i 3T * ?fi :h. *::k*f * *l;, :;5(lcular.D Materiale necesare

    - microscon optic, cu obiective diferite ( I5X si 40X)n - micrometre obiectiv si ocularn

    - frotiuri de singe, o..or*"Tistologie fixate

    ?,.,,i:iii:i:r.io1Hlt"l,, este arcatuit din urmatoarere1:

  • - privind aparatul din raterar, se coboara tubur microscopurui.actionind macroviza, pina cind fata i"r..i*.u a obiectivur vineaproape in contact cu preparatul; privind prin ocular, actionindmicroviza, s6 pune. la punct imaginea, r"gfiia*r"-concomitent siiluminarea preparatului, prin dep-rasarea condensorului,( pentru sobtine o apertura egala ".i ""u a obiectivur"il ,i"".i"tia deschideriidiafragmei, pentru reafizareaunui contrast optim;

    - se selecteaza din preparat zona-cu_ o imagine cit mai buna,(hematii inlantuite); - .iai"i.rJ tubul mlcr6sclpului, rotindrevolverul, se inlocuieste obiectivul cu mari..a tsx ., cel demarire 4ox, dupa care se pune imaginea la punct si se numarahematiile corespunzatoare scarei micromet*rrri o"rrrar, scala careeste suprapusa peste imagine;

    lflr

    ohecliyFig' 35 Determinarea dimensiunilor unui obiect cu ajutorulmicrometrului ocular si a riglei micrometrului obiectiv.- se inlocuieste preparatul cu micrometrul obiectiv, se aduce i,cimpul vizuar irnaginea rigrei acestuia si se suprapune cu scaramicrometului ocutar 1ng.. 5s;, reglincl ;.;;;;;uio. ,r*inarea.observind diviziunir. rri"

    ""i" doiru scare se suprapun, prin repurade trei simplu se carcureaza cite ciivizir-rni ale' mic.on-rctrurr_ri.biectiv corespund unei diviziuni a nricrometrurui ocurar" deci se

    Diuiziunt ngti

    l$/r $,,$,dngr

    \D*,ziuni rnicromelru

    62

    t=E=

    stabileste dimensiunea unitatii cu care s-a masurat obiecttrl. F,,-calculindu-se diametrul unei hematii. [Alta varianta ;; "rd;il;;

    [ -

    determinarea grosismentului microscopului: daca No" diviziuni ale f :imaginii micrometrurui ocular corespund la No6 diviziuni arcimaginii scalei micrometrului obiectiv, ii daca, a".*. "

    di"i;;;";'; f :micrometruluioculareate|/lomIIl,atunci,;.;;i;;;;,jmicroscopului va fi dat de expresia: G : 10 Nor, / N"-" i. '"^" t

    =Pentru precizia masurarii se fac cite lo dete[rinari, apricinclu_ rse calculul erorilor (cap. 1.3.3. relatia l0). f =

    In afara de microscopur obisnuit, in cercetarire cito- histologice f =se mai folosesc alte microscoape, cum ar fi : microscop,.t-

    ",., E,Ilumina polaizata. microscopul cu raze urtraviolete,

    .rri".or"op,rr "i

    lfond intunecat, sau urtramicroscopul, microscopul fluor.r..rrt, .J f

    =mi croscopul electronic.

    5. ME-IODA FOCOMETRICA APLICATA IN STUDJULANAL IZORIII,UI V IZTJ AL

    5.1. Metoda focometrului simplu

    Pentru determinarea distantei focale a unei le,tile convergentepot fi folosite diverse metode : metoda focomelmrui siripru,metoda Silberman, metoda Bassel, metoda colimatorurui, toatcrbazate pe formula redusa a lentilelor.scopul lucrarii consta in determinarea distantei focale a u,eile,tile convergente sau a unui sistem convergent, de le,tire alipitc.Principiul metodei.Metoda focometrului sir,plu se bazeaza pe masurarea directa irdistar-rtelor x1 si X2, prin fixarea dista,tei dintre obiect si lentila sideplasarea ecranului in lunglrl bancu!ui optic, pi*a se obtir,.iru:isinea optirna a obiectului.

    J:f=F=r-

    OJ

    f=tirl]J,l

    ll

  • t!.:[:f:f.:f:f Materiale necesare

    il - un focometru simplu (fig. 36) format dintr_un banc optic,:I:I:[:tr:r:l,u

    ",il u;'f;

    "? Tffi i:t ".:fl:ffi :lj:, ,I :lJH

    :il'ttnde Xr:Psix,:Pr'cu lungimea de 80 cm, divizat in centimetri, obiectul!P".1 fixat pe un suport mobil, suportul pentru lentile,

    :[E: cu suport, pentru prinderea imaginii- trusa de lentile

    :!Modul de lucru

    =lldq$xT:x1i;#'f,;h11i*,1;liffi m,..,"(ilTJi?affi H:il]Ie 6 V);! sc deplaseaza ecranul pina cind se obtine imaginea optima a-I|bicctului.(filamentul becului), si se noteaza distanta x2;-: aplicind relatia (47) se 'calculeaza distanta focala, f, sauI

    :D:I

    Cu ajutorul formulei reduse a lentilelor:C : llt:-1lx1 + l/x2 (47)masurind pe bancul optic, divizat in centimetri, distantele: Xrrclistanta obiect - lentili si x2 ,distanta lentila - imagine, se poatecalcula f, distanta focala ,ruu C, convergenta lentilei.

    convergenta, C, a lentilei folosite;--,se alatura de prima rentila, o a doua lentila, convergenta saudivergenta, (dar de convergenta mai mica, pentru a ramine sistemconvergent) si prin deplasarea ecranului se obtine noua imagine,pentru valoarea x2r; cu valorile x1 si x2r se carculeaza, cvreratia(47) distanta focala, sau convergenta sistemului.Darl/f":El/fi sau C.:ECr (4g)unde convergenta sistemului, c. reprezinta stuna afgebrica aconvergentelor componente, C;.Stiind f1, respectiv c 1 pentru prima lentila, se carcule aza fz , sauC2 pentru a doua lentila.

    5.2. OCHIUL CA SISTEMCORECTAREA DEFECTELOROCHIULUI

    OPTIC CENTRAT.GEOMETRICE ALE

    determinarea distanteifocometrului simplu,

    luminos, S,L si ecranul

    Studiul functionarii ochiului, sistem foarte cornplex, poate fimult facilitat, aplicind modelul "ochiului redus,,, cind intregulsistem dioptric ocular poate fi inlocuit - teoretic - printr-o singiraIentila subtire convergenta, avind retina plasata in planui focal.

    ochiul normal, sau emetrop, (fig. 37, r) focaiizeaza imagineaunui obiect plasat la infinit, punctul remotum, fara acomodare, peretina.

    Anomaliile ochiului, din punct de vedere al refractiei senumesc ametropii (fie. 37).

    Cele mai frecvente ametropii sint :- hipermetropia, (axa antero-posterioara a ochiului mai scurta decitla ochiul emetrop, frg. 37, 3);- presbiopia (imposibilitatea realizarli acomodarii datoritasclerozarii cristalinului, ochiur capatind caracteristicilehipermetropului, fig. 37, 3);- miopia ( axa antero-posterioara prea lunga , fig. 37,2);-_ astigmatismul (sectiunile in cornee si cristalin, dupadiferite nu sint identice si refringenta variaza diferit.rneridian Ia altul).

    meridianede la un

    6564

  • 8tAt

    3Fig.37. Ochiul emetrop (t);scopul lucrarii consta in modelarea ochiurui emetrop sicorectarea defectelor geometrice ale ochiului ametrop.Principiul metodeiAplicind metoda focometrului simplu, se mod ereaza ochiulemetrop, iar cu relatia (47) se calculeaza-convergenta acestuia.In cazul ochiului ametrop, in functie de variatia distantei lentila

    - imagine, care simureaza diarnetrul antero-posterior ar ochiului sicu relatia (48) se determina convergenta le,tilelor cr-rrectoare.Materiale necesare- fbcometru simplu (banc optic cu accesorii)- trusa de lentile

    II

    miop (2) si hipermetrop (3)

    66 6't

    Ittt

    Modul de lucru1. modelarea ochiului emetrop :

    - se aleg distantele obiect - lentila, X1 : 015 m si lentila _imagine, x2: 0,25 m, ( diametrul ochiului ); aplicind relatia (47) secalculeaza convergenta Co ;

    2. modelarea hipermetropiei / presbiopiei :- se lasa distanta obiect - lentila aceeasi, X1: 0r5 m, si se

    ftxeaza distanta X2t : or20 m, se calculeaza convergenta sistemuluics' si aplicind relatia (48) se determina convergenta lentileinecesare pentru obtinerea corecta a imaginii, c' ; se verificaexperimental, prin introducerea unei lentile de convergenta c'calculata, in suportul pentru lentile, obtinindu-se imagineacorectata;

    3. modelarea miopiei:- lasind acelasi x1, dar luind x2" : 0130 m , se calculeaza

    convergenta sistemului cs" si cu formula (4g) se determinaconvergenta lentilei necesare pentru corectarea imaginii, C"; severifica experimental corectitudinea determinarii, ca in cazulprecedent.

    Nota. corectarea hipermetropiei si a prezbitiei se realizeaza culentiie sferice convergente, (convergenta pozitiva), corectareamiopiei cu lentile sferice divergente, (convergenta negativa) iarcorectarea astigmatismului, cu lentile cilindrice (convergente, dacaeste asociat cu hipermetropie, si divergente, daca este asociat cumiopie).

    6. METODE ELECTRTCE UTILI.ZATE IN BIOLOGIE SIlVIEDICINA

    6.1. STUDIUL OSCILOSCOPIII.UI CATODICIn practica medicala, osciloscopul catodic este utilizat pentru

    vizualizarea si masurarea variatiei in timp a biocurentilor, generatide celule, tesuturi sau organe, obtinindu-se electrograme, (de cx.el ectrocardio grarna. EKG

    " el ectroencefa logSama. EEG, el ectrom ir.i-

    giarna, EMG. electroretinog;rarna" ERG" etc.) care arjuc informertii

    E=E!tlfiE=F=

    f=

    E=E=3=9=r=r=r=r=r=l=

    r:ri'i

  • It-- prctioase in stabilirea unui diagnostic corect.I

    scoprrl lucrarii consta in farniliarizarea studentului cuf rrl ilizarea osciloscopului, ca instrument de vizualizare si masurare aur)()r scmnale electrice simple, tehnica necesara in interpretareaIl,i.',"ur"ntilor, semnale electrice complexe.

    ! Principiul metodei-( )sciloscopul catodic este un aparat destinat studiului, calitativ si-ciurtitativ, al semnalelor electrice. El permite cunoasterea moduluiUi,].carc tensiunea unui curent electric vaiaza in functie de timp si

    .lc'l'ir posibilitatea masurarii unor marimi electrice, cum .i.rt!t'tlsitrlrca si intensitatea curentului continuu si alternativ, frecventa

    t:trrcntului alternativ, amplitudinea si durata impulsurilor, precumil;i caractcristicile curentuiui alternativ redresat.il Materiale necesare5

  • fapt pentru care dioda se mai numeste si kenotron) sau cu diodabialternanta, (fwrctioneaza ;ei anozi, "*"

    ro.rdrc alternativ,cind se obtine ,n curent continuu pulsanf ut" "u*i * rof_ vaiazaintre zero si valoarea maxima); aioaa se leaga in serie cu bobinasecundara a transformatorului;

    Fig' 39' Redresor cu dioda monoalternanta : r secundarultransformatorului coboritor de tensiun e; 2 - aioau monoarternanta;3 - condensator de filtrai; a,n,C, _ 6o_. d. *u".r.u.., D _ punct demasa (referinta)- sistem de filtrare, sau firtru de netezir e, bazat pe antagonismurbobina

    - condensator de filtraj, care real izeaza, din tensiunearedresata o tensiune aproape continua.Modul de lucru

    - se conectea-a osciloscopul (fig.actioneaza butonul de pornire siapara spotul luminos sau o liniepropaga cu rapiditate;

    40) Ia retea, 22O V, sese asteapta ca pe ecran saluminoasa, cind spoful se

    se regleaza stralucirea spotului cu ajutorul potentiometrului L;-se pozitioneaza snotur cLntrar pe @ran, cu potentiometrere X siY;

    7071

    tIrft

    Fig. 40. osciloscopul catodic : L - luminozitate; F - focalizare; A -astigmatism; S - sincronizare; X Ext. - intrarea amplificatorulii p.orizontala; Y - intrarea amplificatorului pe verticaia; g

    - erenrcntcpentru etalonare.

    1. Etalonari preliminare (fig. 41, a si b)- se conecteaza iesirea calibratorului cu intrarea amplificatorului clcdeflexie verticala; pe ecran apar impulsuri rectargrlu." (fig. 4 r.a);

    fIrE.

    Irf=

    ECE]C1!i:l:1lt:iC

    rE

    Fig.41. a) Etalollarea coef-rcientului de cleviatie verticala

  • I:I{-..s: noteaza valorile amplitudinii si duratei unui impuls, utilizind-rclrvrzrunile existente pe placa transparenta suprapusa pentru ecran;-variind

    amplificarea (v) si baza de timp (ms), ie determina{ c:r racteristicile impulsurilor;ilil!:I:!:il:[:U[ig. 41. b) Etalonarea

    , (linii reticulare f si g)

    :[

    - se conecteaza montajul de redresare (fig. 39) la intrarea y, bornaA, cind se obtine sinusoida de curent monofazat si se noteazaextremele curbei; stiind numarur de v/div, se determina {.ryy,valoarea de virf a tensiunii;- se calculeaza tensiunea efectiva, folosind relatia U"r : LJvvl ZlZ.

    2. masurarea perioadei si a frecventei- mentinind aceleasi conditii, se rrrasoara numarul de diviziunicorespunzatoare unei perioade a sinusoidei, determinindu-se perioada,T, a ctrrenfului altemativ si frecventa, stiind ca v : I / T Hz.

    c. curent alternativ redresat (frg. 42- b,c,)- mentinind aceleasi conditii, dar folosind bornele B si c alemontajului de redresare, se determina caracteristicile tensiuniiredresate monoalternanta si a tensiunii filtrate.

    coeficientului de baleiaj

    amplitudinea impulsurilor este de 80 mV, incalibratorului, care a fost conectata la intrarea

    u^

    _- sc verifica dacaI0irncric de iesirea

    lsciloscopului.:U 2. Masurarea tensiunilor:il a. curent continuu

    - sc comuta intrarea osciloscopului pe pozitia c.c.]il se conecteaza sursa de curent .ortirrrrrr, o baterie, la intrarea y sisc noteaza numarul de diviziuni, corespunzator deplasarii spotului;riliind, din pozitia cornutatorului, numarul de v / div., se determina)rlslunea sursel.

    il b. curent alternativ (fig.42.a)t. masurarea tensiunii efectiv U"rI1t.ic c

  • 6.2. STUDIUL TRANSPORTULUI PASIV PRINMEMBRANE pERMEAnir-pDoua sau mai multe lichide (diferite si miscibile) puse incontact se amesteca spontan, formind ,, u-".t.c omogen, chiar

    *:'rl;l'3:lj' densiiate -ui--u.. era initiar prasat sub richidulFenomenur poate avea trei cauze (citate in ordinea descresteriiimportantei) :

    - secusele mecanice, vibratiile, etc.;- inegalitatea temperaturii in interiorur ricrridurui, care antreneazacurenti de conventie, de densitate neunifonna;- agitatia termica a moleculelor.

    Difuzio reprezinta fenomenur de intrepatmndere a molecurelora doua sau mai multe r"urta.ri", uflate i" ;;";;.;are de agregare,ilffi:.:-d si,r aduse in contacj, fenomen auto.rt""*clusiv agitatiei

    Difuzia poate fi evidentiata experimental, numai daca seelimina celelalte doua cauze (vibratia si convectia, care sint de u,ordin de marime mai nrare), iupl "u.. ridica o ,"ii" de dificurtatiexperimentare, mai

    ,ulgr de i"prli, in cazu,ichideror, separate prinff:i}|?fi,,!::1:,:ire

    -.Datoriia agitatiei termice, moteculere

    omosenap"o.i":"Jffi lJ:::ll".""yL*i,"H3*"t#H,".Hi;solutiei vor fi maxime- Difuzia este deci perfect previzibila,plecind de la al doilea p.i".ipi" ,itermodinamicii.

    Legile drfuziei au fbst stabirite .cr.e

    Flck. ponrind de ra ipoteza:j,fi:.Jj:i*: jl,",ie esr e ro._u r id enrica c; ;;;;;s,rea card uri i

    Prims lege a rui r-ick 'izeazu rrlasa, Arn. a u,ui solvit carepoate difuza intr-u, anu,rit interval a" ri,rrrlr', " "''Am / At : _D S AC / Axuncle s - aria sectir-r'ii 1-,.i,,

    "o.. ,[.. ilebitul diluzar., - .o.Iiaj)",r,de difuzie (masurat i, rn r ,", -il;"tie de variatia numan:lui de'7

    ,1/1

    75

    [=3=

    molecule in timp, experimental, dificil de determinat) si AC / Ax _ Egradientul de concentratie, cu AC < o. LVL, o' ov

    ' a^

    fA doua rege a tui Fick introduce variatia concentratiei in ffunctiedetimp, ag, Et1unde 0 _derivaoouiiuful

    ,D D2C /dx2 : dc t}t '\q'' /E,'\ Icind se poate carcula D, masurind experimentur

    (sl].i.tiu rconcentratiei in functie de timp, iar pentm -o.i". solutie deelectrolit, variatia concentratiei

    variatia 'p,,taio.lo. de J*,ijl. 1fffi:,XJ*:;t,"Tli# rconductivitatii, respectiv a rezistivitatii si a rezistentei solutiei. GFenomenul de difuzie, care sta ra urru p.o..".io. a" transportpasiv, joaca un rol determinant, atit in cazui;;;;*"elor intra_ si fextracelulare, memtrane biologice ,*urui., -.ii si in cazurmembraneror artificiare,cum a. fi] de exemf .*-,'rrii)nrur orrificiar. rIn cazul rinichiului artificial, pentru eliminarea moleculelor mici, fin mod normar excretate in urina si restabilir"u ".rrilibrului ionic,se practica circu.rarea- singerui pac-ientur"i, p.i"t.-un dispozitiv, ]apelat rinichi artificial, acLsta riina format, i"-fir"ipiu, dintr_omembrana de cerofan, prin care sing

    "t" iiutirziru "orrra unei rsolutii tampon- Excesul de sodiu, potasiu, uree si alti metabolititraverseaza mernbana prin difuzie pasiva, pe cind protei.ere si relementele figurate are iingelui sint retinute. Pr.,LErrrer., sl ;'

    scopul lucrarii rezida in detemrinarea variatiei conductivitatii junei solutii de crectrolit, Nacl, care poate traversa o membranapermeabila, sub actiunea unui gradient de concentratie. ]

    =

    :

    f,fIf],f

    Principiul metodeiMosurarea coruductivitatii unei sorutii de erectroritse face cuajutorul puntii Kohrrousch (fig. 43), i, .p"iu-o trtunte cu firwheatstone, alimentata cu curent continuu, dar modificata de catrcKohlrausch, peniru a evita, in tir'p*l iucrului, p..rOr.*r"a u.citensiuni conira*reciromotcare de poiai-izare, ,u.* o. procruce .

  • 'I=:I::tr.tr:I::!:ilt:I::T:[

    {alcularea

    crestere aparenta o rezistentei electrolitului. Infoloseste un generator de ..r* alternativ, iarmasurare este 1,multimetru,

    "rpuUit J;;;;"..curcntul ui alternativ.B

    Materiale necesare- cutie de rezistente cunoscute, pentru Rr i- camera (celula) de transport pentru R2;-

    puntea cu fir, bine calibrat, l*ngimea Arl a firurui fiind 50 cm;- aparat de masura, pentru 15, multimetru;- generator de inalta frecventa;- solutie pentru determinarea constantei camerei de transport, KCr;- solutii de concentratii diferite, de NaCl.

    Descrierea aparatuluiSe realizeaza circuitul, tip punte Kohlrausch (fig. 43), undecamera de transport corespunde iezistentei R2.Ce reprezinta camera de transport ?Daca intre doua compartim"rt., a"prrate printr_o membranapermeabila, se introduc solutii de concentratii deferite. dar dinaceeasi substanta, datorita difuziei, se va instala un gradient deconcentratie, difuzia ionilor putind fi urmarita pri., ,.ru.urareavariatiei rezistentei electrice, respectiv a conductiviiatii solutiei dincompartimentul catre care are loc fluxul de difuzie.

    cele doua cornpartimente separate prin membrana penneabilafbrmeaza asa-numita camera de transport (fig. 44), in carneraexterioara, camera mare, sau vasul de coniuctibilitate, fiindimplantati electrozii de platina, in mercur.

    acest scop, seelementul de

    caracteristicile

    A

    :[ Fig- 43- scherna circuiturui puntii Kohrrausch, unde AD reprezi,ta5 l"gimea rezistentei &, ia.5b, trrgr-;;;i:tlntei R.a,"*,7"i:#';;;:;::i;TT#,"",":::::.1ffi i::;:"*1##.;:T,l:=q; h;T;:',\:.:;;:;:,";;,';;;;ti"i d; ;;;;il' "i.,0 puntea este:U R2 : Rr 13 / 14 (sr):N:ig:. t:

    . "i _to . reprezinra lungirnite firelorrezrstenteror R3 si R4, care in montajur tip punte ff?:'rH:?:T,T-fiacerasi fir co,dt'r'"" a"l"."uri .ri"tivitate, p si sectiune, s.

    =[,, "

    i,'] ::#J,,; ^l "l:, :7,,*

    n, .,,,,,.u,- "f p"..i,.",ta r, s e po a r e

    {|,,4.o tr, ft,.:}Tl :*,"j, *, a. camere, j:r?..,rspoft, seq,'j;?';;,fj i,Ti :;:i:::i _T g,,, de c o n d u c 1 i v i t a r e c u r l o s c u r a,include si marimeaconductivitatii o.

    raportului p / S, altfel necesar p.rr,rirT

    {*n' { fthdLr_____-_ th0 gatransport, c:u rnembrana pernreabiia

    77

    I _-_-tsE:l--

    t--76

    E,-ig. 44" Canrera de

  • Modul de lucruI ' Determinarea constantei celulei, K, se rearizeazaintroducind invasul de conductibilitate o .ot.rti" ae tr(ct nl2o de conductivitatecunoscuta, si se calculeaza valoarea rezistentei?cesteia, R2: R

    ",masuraind lungimile 13 si la, cind puntea este echilibrat?, f5 _ 6.::iffiffductivitatea solutiei ae rdl n/zo, o.: ii;c) _rcm _r, se2' rn camera cerrtrala, prevazutacu mernbrana, se introduce solutie deNaCI n / 2o, iar in yu*t d" ;;;;;tivitats solutie de NaCI n / 4o.3. Se determina va-loarea R;" ;;;;;punzatoare came.ei de transportla rnomentul initial, p.i" o-.piu"*I. contactului mobil, D, pina cindrs

    - 0' dupa care se masoara valorile 13 si ra, la intervare de timpegale, din l0 in lo minute

    "i "".ur. ,eaza;;;"il" (51),valorileIui R2; si cu (52), valorile conductivitatii respective, o;.Se reprezinta grafic variatia conductivitatii in timp, oi : f (t).Nota La multimetru, intrerupatorul de retea este de tipbasculant, avind indicatiile fCi*nn (retea) si pLILL _ OUT(tras)' indicind pozitiire oe nrnction;;"]^i;;"lu-i,r, c.mutatorFUNcrroN (functionare)

    "" ""'.t,iona tasta AC mA sau Ac v,iar Ia ansamblul RANGE (scara) se va apasa tasta 2OO.

    K : o. R" (s3)

    MEMBRANELORTENSIUNE

    6.3. MODELAREA ELECTRTCA ACELULARE. CARACTERISTICA{NTENSITATEMembanele biorogice sint structuri continui, formate din lipidei proteine, rerativ i,-"p*.',"ui,.-.p"rr,* cornpusii hiclrosorubiri,

    ,,,iF.H:O doua faze apoase, s.lutii de electroil;, -;" concenrratii

    Fiincl formata cri,tr-un strat lipiciic rzolant, dar strabatui de pori78

    B,

    79

    care ii asigura o conductivitate cel putin pentru ionii difuzatrili,membrana poate fi asimilata, din punct de vedere electric, cu .capacitate electrica imperfecta,

    "u." prezinta pierderi, avind

    valoarea de ordinul I pFl crn', data fiind grosimea foarte mica amembranei, cu o rezistenta transversala de ordinul I kc).cm2.

    o schema electrica echivalenta simpla, implica deci, cel putin ocapacitate ideala, shuntata cu o rezistenta, in care constanta de timpcorespunde produsului RC. Dar o asemenea schema nu poate redicorect variatia potentialului transmembranar, deoarece rezistenta I(nu este independenta de curentul r, care o traverse aza, iar curentiiintra- si extramembranari sint, in realitate foarte diferiti. seimpune deci modelarea membranei celulare folosind douarezistente diferite, pentru cele doua fete, intra- si extracelulara alemembranei, cerinta realizata in cazul modelului propus de Fricke.

    Scopul lucrarii rezida in trasarea caracteristicii tensiune -intensitate, in conditiile in care rezistenta electrica a celor doua

    suprafete membranare, intra- si extracitoplasmatica, poate savarieze.

    Principiul metodeifufodelul Fricke (fig. 45) presupune membrana ca fiincl

    alcatuita dintr-o capacitate, c, reprezentind contributia capacitiva amembranei, o rezistenta Ri , corespunzind fetei interne amembranei, seriata cu capacitatea

    f!r:r;r=I:IiIlEif=rl

    Ri

    electrica

    r}CGrrCFCCrFE

    C

    Fig. 45. SchemaFrickc

    a nrodelului de men-lbrana pr-opus rit

  • 5,tI:Iu:!il

    (l si . rezistenta.R*, corespunzint fetei exterire a membranei, catrerrrediur extracerurar. Imped "ir^'i" t zu ,rrr.ri;;;;"rr"u

    -ooel este :I / z : 1/R*. + j arC / (t+j..&.ocl :-* i iv (54)ll:li:fi::H impedanta"p"ui" riasimiraL ", ."u Jrrri dierectric cul/Z: x + jy: jorCtr(* : jorc(tr(,

    _ K,,)s:ru I /z : rrlcrc' *ircK, - Jq'L(^' - ^,uOil"r""I'ffi

    ";_l1,,irx,rry;ffi txT*::l;*#T;.fr l.[.1:::[j:]::.Jarametrii K, ri---[i^',ro. demonstra;ifff*Har,drrerentiat, in tunctie de,d--:ffi'.."*11','"HStudiile experimentale, folosind modelul Fricke, pentru{}liverse frecventa, conduc ra coicruz*

    ., p..-i,irrrrur.u membranei=d:l'i*:1.(::[:ii"iffi?ix"t?:*#fl ltg:xtft,*T;{; :::ffi r' T ry:litx ".::i"j ffi "*: *";"lhi:;l* x* *=d*,;o"H',::T::#il:4 j,':x,TH.;:;.;;:,"",romo,oareE:[frcrrtine capacitatea c in"u..riu si se poate- r.mun influentav:l'atrei rezistentei membranare, corespunzind variatiei mediilorfs t ra- si extraceru rare,

    "."r*;;;Lntialului transmembranar.:il Materiale necesare:il

    .

    .Ji,T"*.'0";i"X direrite{ili',iffi :ffe?;var oare nxa

    Modul de lucrurealizeaza montajul pentru modelult\g. 46, unde R : 1,5 kC);

    Itfilc

    lindil:!

    Fricke conforn-r

    Fig- 46- Schema circuitului pentru modelul de membrana Frickel. se variaza R; ( 1; 1,5; 2,7;3,9;12 kC) ), mentinind R" : 12 kdl,notind de fiecare data indicatiile miliampermetrului, f; ;2-_se calculeaza pentru fiecare r; , diferenta de potentiar r]as i duparelatia :IJasi: U - f1 R (56)3. se reprezinta grafic fJ^s : f ( I X- se inlocuieste R" cu o rezistenta de valoare mica, R* = 150 C) si sereiauoperatiile I -3.

    Nota Rezistivitatea Extracelulara este conditionata de mediulextracelular: este practic, neglijabila in vitro, iar in mediileinterstitiale are valori relativ scazute.

    7. PROTECTIA F.IZICA TMPOTRIVA RADIATIILORIONIZANTE. LEGEA DE ATENUARE A RADIATIILOR7.1. PRINCIPIILE PROTECTIEI FIZTCE IMPOTRfVARADIATIILOR IONIZANTEI)ata fiind noci,itatea racriatiilor ionizante, precurlr si a

    ni'"'elului rnaxim de iradiere permis, (iradiere profesionala sau80

    schernei

    8l

  • rezidentiala), se impunradiatiilor ionizante, cumbiologica.

    diverse masuri de protectie contraar fi : protEctie frzica, chimica si / sau

    Pentru realizarea unei protectii frzice adecvate, trebuiecunoscute bazele ftzice privind legea de atenuare a radizitiilor sieficienta materialelor protectoare, in ideea de a reduce, eventualpina la anihilare, fluxui radiant incident.In vederea obtinerii unei protectii frzice corecte trebuieconsiderati doi factori :- factorul timp, incit se recomanda ca operatiile cu surseleradioactive sa se desfasoare intr_un timp cit mai scurt;- factorul distanta, tinind cont ca activitatea radioactiva scade cuinversul patrafului distantelor, marirea distantei fata de sursa poateasigura o oarecare protectie, dar nu si pentru radiatiile X si l cindatenuarea totala necesita distante foarte mari.rn plus, intervine natura ecranelor protectoare, care trebuiealeasa in functie de tipul de radiatiilor, astfel :- ecranarea radiatiilor ct, cu un parcurs de ordinul micronilor, sepoate realiza cu o foaie de hirtie, sau manusi protectoare;- ecranarea radiatiilor B se realizeaza cu ecrane din materialeplastice, dar in nici un caz cu ecrane de plumb ) carela interactia curadiatiile B, formeaza radiatii de frinare, y, foarte penetrante;- ecranarea radiatiilor y si X se realizeaza cu straturi succesive demateriale, fiecare reusind sa irliumatateasca fluxur pe care ilprimeste, incit fluxul emergent, sa fie in limite admisiblie, faptpentru care se folosesc materiale precum plumbul, fierur, sticla,sau in general, elemente cu numarur atomic ( z) rnare, prevazutecatre operator, cu un strat suplimentar de plasiic, care absoarbeelectronii secundari;- ecranarea neutronilor se realizeaza in primul rind, prinincetinire, lg{,_ prin moderatori (apa, upu g."r, grafit, parafina,sau cadmiu,

    "-'cd, care bombardat cu neutroni, tr;c;'i; ila;,izotop stabil, cu emitere de radiatie y, atenuat prin ecrane deplurnb), pentru a deveni neutroni lenti, tenrlici, de energii rnici,care pot fi absorbiti de materiale flzice.

    82

    7.2. STTJDIEREARADIATIII.ORCOEF.ICIENTT]LUI DE

    Scopul lucrarii :

    LEGII DE ATENUARE ADETERMINAREAIONIZANTE.

    ATEATUARE

    frIrfIfCEE}IfI]r]IGEiG

    iC

    IE

    - studierea legii de atenuare a intensitatiitrecerea printr-un strat de substanta.

    determinarea coeficientilor de atenuare ai unor materiale folositcprotectia frzica impotriva radiatiilor ionizante.Principiul lucrarii

    ln

    Legea de atenuare a rodiatiilorexponentiala a radiatiilor, cind sintmaterial, de grosime x :

    radiatiilor ionizante la

    ionizante indica -o scadereabsorbite de un strat de

    (s7)unde : r o - intensitatea radiatiilor incidente, r - intensitatearadiatiilor emergente din stratul de substanta cle grosirne x, iar p

    -coeficient de atenuare, constanta de material care depinde si'denatura radiatiilor-

    Pentru orice sursa ,uaioi"tiua, se defineste activitatea sursei,A, prin numarul de dezintegrari pe secunda, regea dezintegrariiradioactive indicind ca activitatea sursei la momentul t, A(t), scadcexponential, in functie de constanta sa de dezintegrare, l, si detimpul t, fata de activitatea sa la momentul considerat zero, A6:

    Ao e -r'

    constanta radioactiva,in unitatea cie iimp.

    16 6 -Fx

    A (s8)reprezinta probabilitatea deunde Xdezintegrare

  • I=il:l::il=lil:!|:il:I|:E|:ll:[l:u:ilJU

    dfereastra_ de intrare a radiatiitor ioniza"i";-s"irtilatorur; r( _-_

    fotocatod; D - dinode (etaje de amplificare); A _ anodilIn olus- pentru orice sursa radioactiva, exista directailpr.porti.,.rarirrt. intre activitatea sursei, A, sau inlensitatea

    il:xf ':1ll;"1i,*.1:';:si:,Jffi "H::ff

    x*,:#t*#l:lqradiatii, cum ar fi fotomuitipricatorul cu scintilatie {frg. ar.r' .

    Principiur detectiei cu fotomultipricatorul, sau detectorur cu[scintilatie se bazeaza pe generarea scint,atiilor, ra impacturr,diatiilor ionizante cu un scintirator, (cristare anorganice sauI

    organice, curn ar fi stilbenul), care determina generarea emisieiprimare de electroni la fotocatod, multiplicata prin sistemul deelectrozi secundari de accelerare, denumiti si dinode, incit la anodse inregistreaza un potential de 106 - lOe ori mai mare decitpotentialul catodu[ui.

    Aceasta multiplicare da posibiritatea determinarii si a unorfluxuri foarte slabe, incit detectorul cu scintilatie este utilizabilpentru diverse tipuri de radiatii ionizante.

    Legea de atenuare, pentru radiatiile X si y, indica faptul caacestea nu pot fr total ecranate, grosimea materialului ecranatortinzind la infinit, iar pentru radiatiile F, se aplica intre anumitelimite.

    Lr cazul interactiei neutronilor cu substanta, legea de atenuareeste analoga, dar in locul coeficientului de atenuare, se introduceprobabilitatea de captura a neutronilor pe unitatea de parcurs,de catre nucleele tinta, principiul detectiei iaminincl acelasi.

    Materiale necesare- numarator de particule (Nl.rP) cu detector cu scintilatie- surse gamma, y ( uoCo) si beta, F ( ,,p)- ecrane de Pb, Al, Cu, plexiglas.

    Modul de Iucru- se rtronteaza detectorul cu scintilatie pe suport si se

    conecteaza cu numaratorul de particule;- se fixeaza baza de timp a numaratorului la l0 s, si se

    actioneaza comutatotul multifunctional, srART, srop si RESET;- se determina fondul cosmic al laboratorului, pentru care se

    fac 10 masurari, calculindu-se apoi media aritmetica, Rs;- se plaseaza sursa radioactiva, in container-ul sau descoperit, subfereastra detectorului, la o anumita distanta, care se mentine apoiconstanta.

    Yiteza de inregistrare a cletectorului, ca si viteza de numarare anumaratorului de particule, R, este direct proportionala cuactivitatea sursei :

    R : gAIU

    rA

    8485

    ( s7)

    D- {,4

  • 1=

    unde g este denurnit factor geometric, depinzind de conditiilespatiale de lucru, ( distanta intre sursa si feriastra detectorului siunghiul solid, C), in care se emit radiatiile).Mentinind conditiile spatiale de lucru aceleasi in timpurmasur:arilor, deci g'- const- legea de atenuare poate fi scrisadirect pentru vitezade_numarare, RI in impulsu.i pL .*,rnda :R : Rss-px (5s)unde: Ro - viteza de numarare direct pentru activitatea sursei, R -viteza de numarare pentru activitatea radioactiva emergenta dinstratul de material de grosime x si p - coeficientul de atenuare prinmaterialul respectiv, pentru sursa data-Pentru masurarea activitatii directe a sursei, actionindcomutatorul sTART,r srop, RESET, se vor face cite lodeterrninari, din'media carora se va scadea media fondului , R6pentru a obtiire activitatea intrinseca a sursei, Ro;- se interpune prirnul ecran, de grosime x1, pestie sursa, se fac 10masurari, din media carora de scade Rr, deterrninindu_se R1;- se continua, cu celelalte ecrane, adaugate pe rind, peste primul,determinindu-se R.2, R3, etc., de aceeasilnu.r'i"*, pina se revine lavaloarea de fond, cind deci toata activitatea sursei a fost absorbitain stratul atenuator, de grosime totara x; pentru toate masurarile seaplica relatia (lO),calculul erorilor, cap. i.:.:.;-

    ise_rq)rezinta q"!" R : f (x), curta exponentiala de atenuare,(cap. 2.4.3.) iar prin Iogaritmarea ielatiei (5ti) I *

    3=7.3. LEGEA DE ATENUARE A RADIA'I'III,()R f :

    IONIZANTTE. EFICIENTA ECRANELOR. pARrTNJUMATATTRE cuRs[JL l)l'] I =

    scopul lucrarii este de a stabili, in functie de masurarile f -experimentale si de tipul surselor de radiatii cu care se lucrezrza- ;