Представляя энергетические состояния
Вокруг атома 7 различных электронных оболочек1. Когда электроны получают необходимое количество энергии, они перепрыгивают из одного состояния в другое (“основное состояние” и “возбужденное состояние”), как показано на изображении ниже:
Фигура (генерируемая POV-Ray) показывает возбуждение медных 3d орбиталей на CuO2-плоскости высокого Тс сверхпроводника; основное состояние (синее) - x2-y2 орбитали; возбужденные орбитали - зеленые; стрелки иллюстрируют неупругую рентгеновскую спектроскопию;
Когда молекула поглощает свет в области UV-vis (Ultra-Violet-Visible) в диапазоне длин волн от 400 нм до 780 нм, электрон переходит с орбиты с более низкой энергией, занятой на орбите, на пустую орбиту с более высокой энергией, в результате чего молекула находится в возбужденном состоянии. Одно из требований к молекуле для поглощения света заключается в том, что энергия фотона должна соответствовать разнице в энергии между орбитами.
Фотоны, имеющие недостаточную энергию, будут передаваться. Таким образом, цвета поглощенного света доказали нам экспериментальную информацию о разнице в энергии между орбиталями.
Источник: Scott Cummings, 2008; The Chemistry of Excited States _
Introduction Spectroscopy
Newton сначала имел представление о спектроскопии, а затем Уильям Волластон и Джозеф фон Фраунгофер построили первые спектрометры и обнаружили спектральные сигнатуры.
Поскольку различные элементы имеют разное расстояние между электронными орбитами, энергия, необходимая для поглощения или излучения фотонов, различна, и поэтому2 фотоны с разной длиной волны поглощаются или излучаются. Это приводит к специфическим спектральным признакам молекулы, набору спектральных линий.
Спектроскопия действительно важна для астрономов, потому что она может рассказать им о молекулярном строении планет, звезд и туманностей.
Дальнейшее Чтение: Фракной, Эндрю; Моррисон, Дэвид (13 октября 2016 года). “OpenStax Astronomy” _
Введение гемоглобина и оксигемоглобина
Красные кровяные тельца содержат гемоглобин, железосодержащий белок (таким образом, насыщенные кислородом гемоглобины красного цвета), который облегчает транспортировку кислорода путем обратимого связывания с этим респираторным газом и значительно увеличивает его растворимость в крови. Окисленный гемоглобин называется оксигемоглобин.
Слева : Молекулярная графика человеческий оксигемоглобин (HHO) , два из четырех кислородных модулей этого полностью насыщенного гемоглобина в настоящее время несет кружить синий меня (красная “палка” представляет молекулу кислорода в этой графике).
Правильно : Та же молекула в том же разрешении, на этот раз с выделенной растворителем доступной поверхности.
Складывая все вместе
К счастью для современной медицины, поглощение света на длинах волн 660 нм и 940 нм значительно отличается между гемоглобином, загруженным кислородом (оксигемоглобин) и гемоглобином, не хватает кислорода.
Изобиологическая точка - это точка, в которой два вещества поглощают свет определенной длины волны в одинаковой степени. В оксиметрии изобразительные точки оксигемоглобина (HbO) и дезоксигемоглобина (Hb) имеют длину волны 590 нм и 805 нм. Эти точки могут использоваться в качестве опорных точек, где поглощение света не зависит от степени насыщения. Некоторые более ранние оксиметры, скорректированные на концентрацию гемоглобина с использованием длины волны в изобиетических точках.
Таким образом, сравнение поглощений на разных длинах волн позволяет оценить относительные концентрации HbO (Hb) и Hb (haemoglobin) (т.е. насыщенность). Современные импульсные оксиметры могут использовать две и более длины волн, не обязательно включая изобиетическую точку.
Источник: Anaesthesia.uk _
В основном, так работает пульсоксиметрия. Она может различать насыщенный и ненасыщенный гемоглобин, используя разное поглощение света из-за различных электронных конфигураций в молекулах. Ниже приводится выдержка о технических аспектах пульсоксиметрии:
Существует два метода пропускания света через измерительный участок: пропускание и отражение. В методе пропускания, как показано на рисунке на предыдущей странице, излучатель и фотоприемник находятся напротив друг друга с промежуточным участком измерения. Свет может затем проникать через участок. При методе отражения излучатель и фотоприемник находятся сверху на участке измерения. Свет отскакивает от излучателя к детектору по всей площадке.
После прохождения красного ® и инфракрасного (IR) сигналов через измерительную площадку и их приема на фотоприемнике вычисляется отношение R/IR. Отношение R/IR сравнивается с таблицей “look-up” (состоящей из эмпирических формул), в которой это отношение преобразуется в значение SpO2. Большинство производителей имеют свои собственные таблицы поиска, основанные на калибровочных кривых, полученных от здоровых испытуемых на различных уровнях SpO2 (Периферийная насыщенность кислородом). Обычно отношение R/IR 0.5 соответствует приблизительно 100% SpO2, отношение 1.0 к приблизительно 82% SpO2, в то время как отношение 2.0 соответствует 0% SpO2.
Источник: Оксиметрия. org _
Опасности отравления угарным газом
Спектральная характеристика карбоксигемоглобина (гемоглобина, насыщенного СО) настолько схожа с характеристикой оксигемоглобина, что стандартные оксиметры перепутали один с другим, как показали многочисленные исследования:
Этот отчет подтверждает, что пульсоксиметрия может вводить в заблуждение при отравлении угарным газом, поскольку пульсоксиметр не различает HbO (оксигемоглобин) и HbCO (карбоксигемоглобин). Поэтому диагностика отравления угарным газом основана на клинических данных и должна быть подтверждена измерением концентрации HbCO с помощью многодиапазонного CO-оксиметра (карбоксигемоглобин).
Карбоксигемоглобинемия и пульсоксиметрия, Британский журнал анестезии, 1991
В настоящее время существуют СО-оксиметры, которые могут различать оксигемоглобин, карбоксигемоглобин и метгемоглобин.
1: Объяснение того, почему это так, зашло бы слишком далеко. Это связано с волно-частичным дуализмом квантовой механики, и хорошую аналогию можно найти в этот ответ на Physics.SE .
2: Энергия фотона пропорциональна его частоте и, таким образом, обратно пропорциональна длине волны. Все остальные факторы в уравнении Планка-Эйнштейна являются постоянными. Дополнительная информация можно найти на сайте Physics.SE .
