시각 광학 현상 정보의 광화학 반응 분석. 광화학

망막에 대한 빛의 작용으로 막대와 원뿔의 바깥 쪽 부분에 위치한 색소에서 화학적 변화가 발생합니다. 결과적으로 광화학 반응광수용기가 자극된다 망막.

감광성 색소는 지난 세기 70년대 후반에 동물의 망막에서 발견되었으며, 이러한 물질은 빛에 의해 퇴색되는 것으로 나타났습니다. 인간과 많은 동물의 망막 간상체에는 로돕신 색소 또는 시각적 보라색이 포함되어 있으며, 이들의 구성, 특성 및 화학적 변형은 최근 수십 년 동안 자세히 연구되었습니다(Wold et al.). 색소 요오돕신은 새의 원뿔에서 발견되었습니다. 분명히, 콘에는 다른 빛에 민감한 안료도 있습니다. Rushton은 원뿔에 색소가 있음을 나타냅니다 - chlorolab 및 erythrolab; 그 중 첫 번째는 녹색에 해당하는 광선을 흡수하고 두 번째는 스펙트럼의 빨간색 부분을 흡수합니다.

로돕신레티넨 - 비타민 A 알데히드 - 및 옵신 단백질로 구성된 고분자량 화합물입니다. 빛의 작용으로이 물질의 화학적 변형주기가 발생합니다. 빛을 흡수함으로써 레티넨은 측쇄가 곧게 펴져 레티넨과 단백질의 결합이 파괴된다는 사실을 특징으로 하는 기하학적 이성질체로 전달됩니다. 이 경우, 일부 중간 물질인 룸프로돕신과 메타로돕신이 먼저 형성되고, 그 후 레티넨이 옵신에서 절단됩니다. 레티넨 환원효소라고 불리는 효소의 영향으로 후자는 비타민 A로 전환되며, 이는 간상체의 바깥 부분에서 색소층의 세포로 들어옵니다.

눈이 어두워지면 시각적 보라색의 재생, 즉 로돕신의 재합성이 발생합니다. 이 과정은 망막이 비타민 A의 시스 이성질체를 받아야 하며, 이로부터 레티넨이 형성됩니다. 신체에 비타민 A가 없으면 로돕신의 형성이 급격히 방해되어 위에서 언급 한 야맹증이 발생합니다. 비타민 A로부터 레티넨의 형성은 효소 시스템의 참여로 발생하는 산화 과정입니다. 산화 과정이 방해받는 포유 동물의 고립 된 망막에서 로돕신은 환원되지 않습니다.

망막의 광화학 과정매우 경제적으로 발생합니다. 즉, 매우 밝은 빛의 작용하에 스틱에 존재하는 로돕신의 작은 부분만 분할됩니다. 따라서 Wald에 따르면 100룩스의 강도를 가진 빛의 작용으로 5초 후에 이 물질의 1,800만 분자 중 각 막대에서 1200개의 시각적 보라색 분자만 분할됩니다. 0.005%의 로돕신이 분해됩니다.

로돕신에 의한 빛의 흡수와 분열은 그것에 작용하는 광선의 파장에 따라 다릅니다. 인간의 망막에서 추출한 로돕신은 스펙트럼의 녹색 부분에 있는 약 500mm k 파장의 광선의 영향으로 최대 흡수를 나타냅니다. 어둠 속에서 가장 밝게 보이는 것은 바로 이 광선입니다. 다른 파장의 빛의 작용하에 로돕신의 흡수 및 변색 곡선을 어둠 속에서 빛의 밝기에 대한 주관적인 평가 곡선과 비교하면 완전한 일치가 드러납니다. 쌀. 215).

망막을 명반 용액, 즉 고정 처리하면 로돕신이 더 이상 분해되는 것을 방지하고 망막에서 이전에 보았던 대상의 이미지를 볼 수 있습니다(소위 옵토그램). 요오돕신의 구조는 로돕신의 구조에 가깝습니다. Iodopsin은 또한 레티넨과 단백질 옵신의 조합으로, 원뿔 형태로 형성되며 로드 옵신과는 다릅니다. 로돕신과 요오돕신의 빛 흡수는 다릅니다. Iodopsin은 스펙트럼의 황색 시간에 속하는 약 560미크론의 파장을 가진 광선을 가장 많이 흡수합니다. 쌀. 215. 어둠 속에서 인간의 눈의 감도와 시각적 보라색의 흡수 스펙트럼 비교. 점은 감도를 나타냅니다.

망막의 광화학 과정막대의 바깥 쪽 부분에 위치한 시각적 보라색 (로돕신)이 빛에 의해 파괴되고 어둠 속에서 복원된다는 사실로 구성됩니다. 최근 Rushton(1967)과 Weale(1962)은 빛이 눈에 작용하는 과정에서 시각적 보라색의 역할에 대해 매우 광범위하게 연구하고 있습니다.

그들이 만든 장치는 살아있는 인간 눈의 망막에서 빛의 영향으로 분해되는 로돕신 층의 두께를 측정하는 것을 가능하게 합니다. 수행된 연구 결과를 통해 저자는 광감도의 변화와 분해된 시각적 보라색의 양 사이에 직접적인 관계가 없다는 결론을 내릴 수 있었습니다.

이것은 가시 광선의 작용으로 망막에서 발생하는보다 복잡한 과정을 나타내거나 우리에게 보이는 것처럼 방법 론적 기술의 불완전성 (아트로핀 사용, 인공 동공 사용 등)을 나타낼 수 있습니다.

빛의 작용은 광화학 반응만으로는 설명되지 않습니다. 빛이 망막에 닿으면 대뇌 피질의 더 높은 중심에 의해 고정되는 시신경에서 활동 전류가 발생한다는 것이 일반적으로 받아들여지고 있습니다.

작용의 흐름이 적시에 등록되면 레티노그램이 얻어진다. 망막전위도 분석에서 알 수 있듯이 초기 잠복기(광속에 노출된 순간부터 첫 번째 펄스가 나타날 때까지의 시간), 최대(펄스 수의 증가) 및 부드러운 감소가 특징입니다. 예비 약간의 증가 (최종 효과의 잠복기).

따라서 자극의 동일한 밝기에서 충격의 주파수는 눈의 예비 적응의 특성에 따라 달라지며 눈이 빛에 적응하면 감소하고 어둠에 적응하면 증가합니다. .

빛에 대한 반응 외에도 시각적 분석기는 특정 시각적 작업을 수행합니다. 그러나 빛의 인식 과정과 관련된 메커니즘과 시각적 작업을 수행할 때 물체의 세부 사항은 완전히 동일하지 않을 가능성이 높습니다.

분석기가 망막 수용 필드의 면적을 늘리거나 줄임으로써 광속 수준의 변동에 반응하면 지각 대상의 합병증 - 눈의 광학 시스템 (수렴, 조절, 유두 운동)을 변경하여 반응 등).

가시 광선은 시각 분석기의 다양한 기능에 영향을 미칩니다.광감도와 적응, 대비감도와 시력, 선명한 시야의 안정성과 분별속도 등

"청소년기의 질병, 생리학 및 위생 클리닉", G.N. Serdyukovskaya

D 신호를 받은 동공의 근육은 E 신호에 의해 보고된 G 신호에 반응을 멈추고, 이때부터 동공은 물체에 대한 이미지의 선명도를 높이는 데 가능한 모든 역할을 합니다. 이 과정의 주요 역할은 수정체에 속합니다. 차례로, 신호 E를받은 "망막 자극의 강도 조절 센터"는 정보를 다른 센터로 전송합니다.

E. S. Avetisov는 근시 진행을 "과잉 조절"의 결과로 간주합니다. 조절 능력이 약해진 눈을 근거리에서 작동하도록 적응시키는 "편리한" 과정이 그 반대일 때입니다. 위에서 말한 것으로부터 충분한 합리적 조명이 눈의 성능에 얼마나 중요한지 분명해집니다. 일과 공부를 병행하는 청소년들에게 특별한 의미를 부여합니다. 그러나 현재…

광도와 표면 조명은 다음 방정식과 관련이 있습니다. I=EH2; E=I/H2; E=I*cos a/H2. 여기서 E는 럭스 단위의 표면 조명입니다. H는 조명된 표면 위 등기구의 설치 높이(미터)입니다. I - 양초의 광도; a는 광도의 방향과 등기구의 축 사이의 각도입니다. 밝기 (B) - 방향으로 표면에서 반사된 빛의 강도 ...

인공 조명 시각 작업의 긴장 정도를 결정하는 정규화의 기초로 다음과 같은 특성이 사용됩니다. 해당 부품의 가장 작은 크기를 특징으로 하는 시각적 작업의 정확도. 규범에서 “디테일”이라는 용어는 가공되는 제품을 의미하는 것이 아니라 작업 과정에서 고려해야 하는 “대상”(예: 천의 실, 제품 표면의 흠집 등) .. 물체가 고려되는 배경의 밝기 정도 ....

사람들이 짧은 체류를하는 산업 건물과 지속적인 유지 관리가 필요하지 않은 장비가있는 건물의 경우 조명을 한 단계 낮추는 것이 허용됩니다. 작업 표면에 결합 조명을 설치할 때 일반 조명기구의 조명은 결합 조명 표준의 10 % 이상이어야하지만 십대의 경우 분명히 300lux 이상이어야합니다 ....

인간과 많은 동물의 망막 간상체에는 색소가 포함되어 있습니다. 로돕신, 또는 시각적 자주색, 구성, 특성 및 화학적 변형이 최근 수십 년 동안 자세히 연구되었습니다. 콘에서 발견되는 안료 아이오돕신. 원뿔에는 클로로랩과 에리트로랩이라는 색소도 들어 있습니다. 그 중 첫 번째는 녹색에 해당하는 광선을 흡수하고 두 번째는 스펙트럼의 빨간색 부분을 흡수합니다.

로돕신레티날 - 비타민 A 알데히드 및 ​​옵신 단백질로 구성된 고분자 화합물(분자량 270,000)입니다. 광 양자의 작용에 따라 이 물질의 광물리학적 및 광화학적 변형 주기가 발생합니다. 망막이 이성질체화되고, 측쇄가 곧게 펴지고, 망막과 단백질 사이의 결합이 끊어지고, 단백질 분자의 효소 중심이 활성화됩니다. 그런 다음 망막은 옵신에서 절단됩니다. 망막 환원효소라는 효소의 영향으로 후자는 비타민 A로 전환됩니다.

눈이 어두워지면 시각적 보라색의 재생이 발생합니다. 로돕신의 재합성. 이 과정은 망막이 비타민 A의 시스 이성질체를 받아야 하며, 이로부터 망막이 형성됩니다. 신체에 비타민 A가 없으면 로돕신의 형성이 급격히 방해되어 위에서 언급 한 야맹증이 발생합니다.

망막의 광화학 과정은 매우 드물게 발생합니다. 아주 밝은 빛에도 불구하고 막대기에 존재하는 로돕신의 작은 부분만 쪼개집니다.

요오돕신의 구조는 로돕신의 구조에 가깝습니다. 아이오돕신은 또한 레티날과 단백질 옵신의 화합물로, 원뿔 형태로 생산되며 간상 옵신과는 다릅니다.

로돕신과 요오돕신의 빛 흡수는 다릅니다. Iodopsip은 파장이 약 560nm인 황색광을 가장 많이 흡수합니다.

색각

가시 스펙트럼의 장파장 가장자리에는 적색 광선(파장 723-647nm)이 있으며 단파장-보라색(파장 424-397nm)에 있습니다. 모든 스펙트럼 색상의 광선을 혼합하면 흰색이 됩니다. 흰색은 빨간색과 파란색, 노란색과 파란색의 두 가지 소위 쌍을 이루는 보색을 혼합하여 얻을 수도 있습니다. 다른 쌍에서 가져온 색상을 혼합하면 중간 색상을 얻을 수 있습니다. 스펙트럼의 세 가지 기본 색상(빨강, 녹색 및 파랑)을 혼합한 결과 모든 색상을 얻을 수 있습니다.

색 지각 이론. 색상 인식에 대한 여러 이론이 있습니다. 3성분 이론이 가장 큰 인정을 받고 있습니다. 그것은 망막에 세 가지 유형의 색 지각 광수용체(원추체)가 존재함을 나타냅니다.

색상 인식을 위한 세 가지 구성 요소 메커니즘의 존재도 다음과 같이 언급되었습니다. 뮤직비디오 로모노소프. 이 이론은 나중에 1801년에 공식화되었습니다. 티영그런 다음 개발 G. 헬름홀츠. 이 이론에 따르면 원뿔에는 다양한 감광성 물질이 포함되어 있습니다. 일부 원뿔에는 빨강에, 다른 원뿔에는 녹색, 또 다른 원뿔에는 보라색에 민감한 물질이 포함되어 있습니다. 모든 색상은 세 가지 색상 감지 요소 모두에 영향을 미치지만 정도는 다릅니다. 이러한 흥분은 시각 뉴런에 의해 요약되며 피질에 도달하면 한 가지 또는 다른 색상의 감각을 제공합니다.

제안된 다른 이론에 따르면 E. 괴링, 망막의 원추체에는 1) 백색-검정, 2) 적-녹색, 3) 황-청의 세 가지 가상의 감광 물질이 있습니다. 빛의 영향으로 이러한 물질이 분해되면 흰색, 빨간색 또는 노란색의 감각이 생깁니다. 다른 광선은 이러한 가상 물질의 합성을 일으켜 검정색, 녹색 및 파란색의 감각을 유발합니다.

전기 생리학 연구에서 가장 설득력 있는 확인은 색각의 3성분 이론에 의해 받아들여졌습니다. 동물 실험에서 미세전극은 망막에 다양한 단색광선을 비추었을 때 망막의 단일 신경절 세포로부터 자극을 전환하는 데 사용되었습니다. 대부분의 뉴런에서 전기적 활동은 스펙트럼의 가시 영역에서 모든 파장의 광선의 작용으로 발생하는 것으로 나타났습니다. 이러한 망막 요소를 도미네이터라고 합니다. 다른 신경절 세포(변조기)에서 자극은 특정 파장의 광선에 의해 조명될 때만 발생했습니다. 다양한 파장(400~600nm)의 빛에 최적으로 반응하는 7개의 변조기가 확인되었습니다. R. Granit는 T. Jung과 G. Helmholtz가 제안한 색상 인식의 세 가지 구성 요소가 스펙트럼의 세 가지 주요 부분에 따라 그룹화될 수 있는 변조기의 스펙트럼 감도 곡선을 평균화하여 얻을 수 있다고 믿습니다: 청자색 , 녹색 및 주황색.

마이크로 분광 광도계로 단일 원뿔로 다른 파장의 광선 흡수를 측정 할 때 일부 원뿔은 빨간색 주황색 광선을 최대로 흡수하고 다른 원뿔은 녹색 광선을, 다른 원뿔은 파란색 광선을 흡수하는 것으로 나타났습니다. 따라서 망막에서 세 그룹의 원뿔이 확인되었으며 각 그룹은 스펙트럼의 기본 색상 중 하나에 해당하는 광선을 인식합니다.

색각의 3 구성 요소 이론은 순차적 색 이미지와 같은 여러 정신 생리 학적 현상과 색 인식의 병리학 (개별 색과 관련된 실명)에 대한 몇 가지 사실을 설명합니다. 최근 몇 년 동안 많은 소위 상대 뉴런이 망막과 시각 중추에서 연구되었습니다. 스펙트럼의 일부에서는 눈에 대한 방사선의 작용이 눈을 자극하고 스펙트럼의 다른 부분에서는 억제한다는 점에서 다릅니다. 이러한 뉴런은 색상 정보를 가장 효과적으로 인코딩하는 것으로 믿어집니다.

색맹. 색맹은 남성의 8%에서 발생하며 남성의 성을 결정하는 짝을 이루지 않은 X 염색체에 특정 유전자가 유전적으로 없기 때문에 발생합니다. 색맹을 진단하기 위해 피험자는 일련의 다색 테이블을 제공하거나 색상별로 다른 색상의 동일한 개체를 선택할 수 있습니다. 색맹 진단은 직업 선택에서 중요합니다. 색맹은 신호등의 색을 구별하지 못하기 때문에 교통수단을 운전할 수 없습니다.

부분 색맹에는 3가지 유형이 있습니다. 그들 각각은 세 가지 기본 색상 중 하나에 대한 인식이 없다는 것이 특징입니다. protanopia ( "적색맹")로 고통받는 사람들은 빨간색을 인식하지 못하고 파란색 - 파란색 광선은 무색으로 보입니다. 듀테라노피아("녹색맹")를 앓고 있는 사람은 녹색과 진한 빨간색 및 파란색을 구별하지 못합니다. 드문 색각 이상인 삼색맹에서는 파란색과 보라색 광선이 감지되지 않습니다.

숙소

물체의 선명한 시야를 위해서는 그 지점의 광선이 망막 표면에 떨어지는 것이 필요합니다. 여기에 집중했다. 사람이 멀리 있는 물체를 볼 때 그 상이 망막에 초점이 맞춰져 선명하게 보입니다. 동시에 가까운 물체는 명확하게 보이지 않고 망막의 이미지는 흐릿합니다. 그 물체의 광선이 망막 뒤에 모이기 때문입니다. 동시에 눈에서 다른 거리에 있는 물체를 똑같이 선명하게 보는 것은 불가능합니다. 이것은 쉽게 알 수 있습니다. 가까운 곳에서 먼 곳의 물체를 볼 때 명확하게 보는 것을 멈춥니다.

서로 다른 거리에 있는 물체를 명확하게 보기 위한 눈의 적응이라고 합니다. 숙소 . 조절하는 동안 수정체의 곡률과 결과적으로 굴절력의 변화가 있습니다. 가까운 물체를 볼 때 렌즈가 더 볼록해지기 때문에 광점에서 발산하는 광선이 망막에 수렴됩니다. 조절 메커니즘은 수정체의 볼록성을 변경하는 모양체 근육의 수축으로 축소됩니다. 수정체는 얇은 투명 캡슐로 둘러싸여 있으며 가장자리를 따라 모양체에 부착된 아연 인대의 섬유로 전달됩니다. 이 섬유는 항상 팽팽하고 수정체를 압축하고 평평하게 하는 캡슐을 늘립니다. 모양체에는 평활근 섬유가 있습니다. 수축으로 인해 아연 인대의 견인력이 약화되어 렌즈에 가해지는 압력이 감소하여 탄성으로 인해 더 볼록한 모양을 취합니다. 따라서 모양체 근육은 조절 근육입니다. 그들은 안구 운동 신경의 부교감 신경 섬유에 의해 신경이 지배됩니다. 눈에 아트로핀을 도입하면이 근육으로의 흥분 전달을 위반하므로 가까운 물체를 고려할 때 눈의 조절이 제한됩니다. 반대로 부교감신경 유사 물질인 필로카르핀과 에제린은 이 근육을 수축시킵니다.

노시.수정체는 나이가 들어감에 따라 탄력이 떨어지고 아연 인대의 장력이 약해지면 볼록함이 변하지 않거나 약간만 증가합니다. 따라서 가장 가까운 선명한 시야가 눈에서 멀어집니다. 이 상태를 노인성 원시또는 노안.

분자 흡수 단면

1차 광화학 변환은 분자 양자 과정입니다. 그들의 규칙성을 이해하기 위해 분자 수준에서 빛 흡수 과정을 고려합시다. 이를 위해 발색단 C의 몰 농도를 분자의 "조각" 농도로 표현합니다(n = N/V는 단위 부피당 분자 수).

쌀. 30.3.기하학적 해석 단면 흡수

이 경우 식 (28.4)는 다음 형식을 취합니다.

아보가드로 상수에 대한 자연 어금니 흡수 지수의 비율은 치수가 [m 2 ]이고 다음과 같이 불립니다. 분자의 흡수 단면:

단면은 분자흡수 과정의 특징. 그 값은 분자의 구조, 빛의 파장에 따라 달라지며 다음과 같은 기하학적 해석이 있습니다. 중심에 이러한 유형의 분자가 있는 영역 s의 원을 상상해 보십시오. 분자의 광여기를 일으킬 수 있는 광자의 궤적이 이 원을 통과하면 광자가 흡수됩니다(그림 30.3).

이제 우리는 흡수의 분자적 특성을 고려한 형태로 빛의 강도를 변경하는 방정식을 작성할 수 있습니다.

분자는 하나의 광양자만을 흡수합니다. 고려하기 위해 포토닉흡수의 본질, 우리는 특별한 가치를 소개합니다 - 광자 플럭스 강도(만약에).

광자 플럭스 강도- 단위 시간당 단위 면적의 표면에 법선을 따라 입사하는 광자의 수:

광자의 수도 흡수로 인해 그에 따라 변경됩니다.

광화학 반응의 양자 수율

흡수된 광자의 수를 광화학 반응에 들어간 분자의 수와 관련시키기 위해 다음을 찾습니다. 뭐라고 요광자 흡수 후 분자에 발생합니다. 이러한 분자는 광화학 반응에 들어가거나 수신 된 에너지를 이웃 입자로 전달한 후 흥분되지 않은 상태로 돌아갈 수 있습니다. 여기에서 광화학적 변환으로의 전환은 특정 확률로 발생하는 무작위 과정입니다.