Инфразвуком (ИЗК) называют механические колебания, верхняя граница которых не превышает 16 – 20 Гц. Нижняя граница 10-3 Гц. Большой интерес представляют ИЗК частотой 0,1 и даже 0,01 Гц. ИЗ входят в состав шумов. Источниками ИЗК являются движение (штормовое) морской или речной воды, шум леса, ветра, грозовые разряды, землетрясение и обвалы, колебания фундаментов зданий, станков, дорог от движущегося транспорта. ИЗ возникает во время вибраций механизмов, при обдувании ветром зданий, деревьев, столбов, при движении человека и животных.
Характерным свойством ИЗ является его малая поглощаемость средами. Поэтому он распространяется на большие расстояния. ИЗ хорошо распространяется в ткани организма человека, особенно в костной ткани. Скорость ИЗ-волн в воздухе 1200 км/ч, в воде 6000 км/ч.
Малая поглощаемость ИЗ позволяет по распространению его в земной коре обнаружить взрывы на большом расстоянии от источника. По измеренным ИЗ колебаниям прогнозируют цунами. В настоящее время разработаны чувствительные приемники ИЗ, с помощью которых, например, удается предсказать шторм за много часов до его наступления.
ИЗ колебания обладают биологической активностью, которая объясняется совпадением их частоты с альфа ритмом головного мозга.
ИЗ частотой 1-7 Гц с интенсивностью в 70 Дб в течение 8-10 мин. облучения вызывают: головокружение, тошноту, затруднение дыхания, чувство угнетения, головную боль, удушье. Все эти факторы усиливаются при повторном воздействии ИЗ. ИЗ определенной частоты может привести к смертельному исходу.
Вибрации механизмов являются источником ИЗ. В связи с неблагоприятным действием вибрации и ИЗ на организм человека, возникает вибрационная болезнь (ВБ). ВБ возникает при длительном воздействии указанных факторов на определенный участок ткани или органа человека и приводит к утомляемости не только отдельных органов, но и всего организма человека. Она приводит вначале к атрофированию мышц рук и других органов, к понижению чувствительности к механическим вибрациям, к появлению судорог пальцев рук, ног и других органов.
Предполагают, что первичный механизм действия ИЗ на организм имеет резонансную природу. Внутренние органы человека имеют собственную частоту колебаний. При воздействии ИЗ с частотой, равной собственной, возникает резонанс, который и вызывает указанные неприятные ощущения, а в некоторых случаях может привести к тяжелым последствиям: остановке сердца или разрыву кровеносных сосудов.
Частота собственных колебаний тела человека в положении лежа – (3 – 4 Гц), стоя – (5 – 12 Гц), грудной клетки – (5 –8 Гц), брюшной полости – (3 – 4 Гц) и других органов соответствуют частоте ИЗ. Снижение уровня интенсивности инфразвука в жилых, производственных помещениях и на транспорте – одна из задач гигиены.
ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ.
Седиментация. При определении массы частиц обычным способом наблюдают их движение под действием силы тяжести. Неизвестную массу при этом находят исходя из законов Ньютона: отношение масс двух тел равно обратному отношению их ускорений, приобретаемых под действием одной и той же силы. Однако в случае небольших частиц такой способ опре--деления массы невозможен, т.к. случайные соударения с молекулами окружа-ющей среды вследствие теплового движения сильно искажают действие силы тяжести. Для иллюстрации сравним разность потенциальных энергий частицы массой 2·10-22 кг (по порядку величины соответствует массе одной молекулы) при изменении ее положения по высоте на 1 см с энергией ее теплового движения:
ΔWп = mgh = 2·10-22·9,8·10-2 = 2·10-23 Дж.
В тоже время энергия теплового движения при 200 С составляет:
WT = kT = 1,38·10-23·293 = 4·10-21 Дж,
т.е. WT в 200 раз больше, чем ΔWп . Кроме этого следует учесть выталкиваю-щую силу среды, которая уменьшает эффективную массу молекул. Это озна-чает, что для одной молекулы невозможно экспериментально обнаружить проявление силы тяжести.
Возникшее затруднение можно преодолеть с помощью центрифугирования – метода, который позволяет искуственно увеличить потенциальную энергию частиц до значений, превышающих энергию теплового движения kT. Достигается это путем сообщения исследуемым материалам вращатель-ного движения с постоянной угловой скоростью ω. При этом частицы ве-щества по воздействием искусственной силы тяжести совершают радиальное перемещение.
Процесс, происходящий в центрифуге, называется сепарацией - разде-лением неоднородных систем (суспензий, эмульсий, шламов и т.п.) на фрак-ции по какому то свойству (например, размеру) или совокупности свойств. Этот разделение является проявлением инерционных свойств частиц.
Центрифугирование используется:
1. для выделения различных фракций из суспензий и эмульсий;
2. при определении молярных масс полимеров;
3. при дисперсионном анализе смесей;
4. при определении формы и размеров молекул.
Рассмотрим для примера центрифугирование суспензии. Пусть твердая частица объемом V, массой m1, с плотностью вещества ρ взвешена в жид-кости плотностью ρж и вместе с ней равномерно вращается в центрифуге вокруг оси ОО с угловой скоростью ω. Расстояние от оси вращения до части-цы – r. Центростремительная сила, действующая на эту частицу
Fц.с. = m1ω2r (1)
| Центростремительная сила, действующая на такой же объем жидкости (выталкивающая сила)
 (2)
Разность этих сил
 . (3)
|
Величина 
m' = m(1- ρж /ρ) называется эффективной массой частицы в среде с плотностью ρж при центрифугировании.
Из (3) видно, что если F2 < F1, то ΔFцф <0 (ρж < ρ), т.е. результирующая сила направлена от оси вращения. Это означает, что выталкивающей силы недостаточно, чтобы удержать твердую частицу на круговой троектории радиуса r и она по инерции будет сдвигаться к периферии. Если же F2 > F1, то ΔFцф >0 (ρж > ρ), т.е. результирующая сила направлена к оси вращения и частица под действием этой силы будет двигаться к оси вращения.
Главным параметром, определяющим эффективность центрифугирования является, так называемый, фактор разделения:
, (4)
где R – радиус ротора центрифуги, ω – угловая скорость его вращения, g – ускорение свободного падения.
Трудность в практическом использовании уравнения (3) заключается в определении истинного значения плотности материала твердых частиц. Особенно сложно этот сделать если частицы пористые. Существует несколько способов обойти это затруднение. Рассмотрим для примера один из них.
Метод седиментационного равновесия. При достаточно долгом вращении центрифуги распределение частиц в пространстве барабана станет больцмановским:
(5)
Обозначим через n1 и n2 концентрацию частиц на расстояниях r1 и r2 от оси вращения. Энергии частиц на указанных расстояниях, соответственно – W1 и W2 , тогда на основании (5) имеем:
(6)
Это уравнение показывает, что распределение частиц зависит от соотношения между энергией искусственно созданного гравитационного поля в центрифуге и энергией теплового движения – kT. Т.к. температура раствора по объему центрифуги одинакова, то и кинетическая энергия частиц одинакова. Это означает, что разность W1 – W2 представляет собой разность потенциальных энергий частиц. Эта разность равна работе, которую необходимо совершить против результирующей силы, m΄ω2 r, чтобы переместить частицу от r1 до r2. Теперь получим:
(7)
Подставляя (7) в (6), получим:
(8)
Решая (8) относительно m΄, можно найти массу частицы m. Преимущество данного метода заключается в том, что не требуется знать ничего, кроме эффективной массы.
Пример: Предположим, что ротор центрифуги вращается со скоростью 103 рад/с, температура раствора – 300 К, молекулярная масса центрифугируемого вещества – 105 (это соответствует массе молекулы m = 1,6·10-22кг), значение (1- ρж/ρ)=0,25. Вычисления эффективной массы дает: m΄= 4·10-23кг. Теперь отношение концентраций частиц, которые находятся на расстояниях 10 и 9,8 см от оси вращения будет равно:
, откуда 
Видно, что для этой системы концентрация меняется очень быстро. Это затруднит проведение точных измерений.
Хорошие результаты дает метод седиментационного равновесия при центрифугировании в градиенте плотности. Такой градиент можно получить, если центрифугировать раствор соли с большой плотностью, например, CsCl. При этом между верхней и нижней частью кюветы возникает градиент плотности. Если в такой раствор поместить исследуемое вещество, плотность молекулы которого лежит в промежутке между крайними значениями плотности раствора, то такие молекулы будут стремится занять в кювете положения, соответствующие минимуму их энергии, т.е. места, где ρвещества = ρраствора. В этом случае эффективная масса, вычисленная по формуле будет равна нулю. Этот метод обеспечивает разрешение достаточное для того, например, чтобы отделить ДНК, содержащую изотоп азота 15, от нормальной ДНК с N15
Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 33 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Инфразвук, особенности распространения инфразвуковых колебаний. Действие инфразвуков на биологические объекты. | | | I. Определение эпидемического процесса и методологическое обоснование разделов учения об эпидемическом процессе. |