Флуктуационные и флуктуационно-корреляционные преобразователи. Частотометрия.

Флуктуационные

Пусть биологические объекты(БО) образуют равномерную концентрацию С в среде и движутся в ней, случайно меняя направление. Если с помощью сфокусированного источника излучения сформировать тонкий луч, улавливаемый фотоприемником, то каждое пересечение луча БО, будет создавать флуктуацию оптического потока, которую можно полагать случайным событием, а множество событий – случайным потоком с интенсивностью L. Среднее число mT таких пересечений БО за время:  mT =L T = kC,

где k – коэффициент, зависящий от вида БО и параметров просвечиваемого слоя. Приемник преобразует изменения БО светового потока в амплитуду импульсов. На их величину влияет поглощение излучения слоем БО с конц-цией С. Поэтому за время T среднее значение случ сигнала Um(T) = КС exp(–aC),

где коэффициент К зависит от параметров ИП и времени усреднения T, а a=SБО b, поскольку характер экспоненциальной зависимости такой же, как и при измерении полезного сигнала турбидиметра.

Многие плавающие инфузории обладают локомоциями, харак-щимися прямолинейными перемещениями со случайным изменением направления. Размеры инфузорий довольно велики (0,1 мм), поэтому «на просвет» можно обнаруживать флуктуации от единичных подвижных инфузорий.

Данный метод применен в БСС типа «БИОТЕСТЕР» для оценки токсичности водных сред с БХП на основе хемотаксиса инфузорий P.caudatum.

 Флуктуационно-корреляционные

N движущихся БО, находящихся в лазерном луче, рассеивают свет, создавая случайные флуктуации не только интенсивности излучения, но и его частоты (за счет эффекта Доплера). Множество флуктуаций интенсивности, измеряемых с помощью фотоприемника, образует случайный процесс I(t) .

На него влияют два источника флуктуаций: 1) пересечение БО луча лазера; 2) перемещение БО внутри луча на расстояние, сравнимое с длиной волны лазера. Эти факторы обусловливают появление двух частотных компонент спектральной плотности S(w) случайного процесса: S (w) = S1 (w) + S2 (w).

Подвижность быстрых БО с небольшими концентрациями в объеме, напр сперматозоидов, анализ-ют по первой ее компонент: S1 (w)= f (w, v1, DN ),

где DN – изменение числа БО в объеме; v1 – множество скоростей поступательного движения БО на расстояние, большее диаметра луча.

Подвижность малых БО с большой концентрацией и небольшими скоростями (например бактерий с количеством 107 в объеме) исследуют с помощью второй компоненты спектральной плотности: S2 (w) = f (w, v2, Q),

где v2 – множество скоростей смещения частиц на расстояние, большее длины волны лазера; Q – коэффициент, характеризующий плотность размещения БО в объеме.

Подобный ИП применен в разработанной во ВНИИМП (Москва) БСС для измерения коэффициента токсичности вытяжек полимеров с БХП на основе локомоций сперматозоидов крупного рогатого скота.

Лазерный зонд с длиной волны 0,6328 мкм создает пучок излучения диаметром 25 мкм. В результате подсчета числа флуктуаций за 10...60 с измеряется показатель подвижники: Мп = ACv1,

где С – концентрация подвижных клеток; А – коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей прибора и вида биообъекта.

Частотоме́р (неправ. частотометр) — измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.