Телевизионная визуализация и обработка изображений люминесцирующих объектов в криминалистике, молекулярной биологии и медицине (стр. 4 )

Согласно закону Вавилова квантовый выход фотолюминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света в стоксовой области (> l ) и резко падает в области антистоксова излучения (< l).

Величины квантового и энергетического выходов сильно зависят от природы люминофора и внешних условий. Это связано с возможностью безызлучательных переходов частиц из возбужденного в нормальное состояние (тушение люминесценции). Имеет место также резкое уменьшение интенсивности флуоресценции при чрезмерно большой концентрации молекул люминесцирующего вещества (концентрационное тушение). В этом случае из-за сильной связи между частицами невозможно образование центров люминесценции.

У ряда кристаллофосфоров с увеличением частоты возбуждающего света квантовый выход растет (размножение фотонов) при условии hn > 2 DW, где DW – ширина запрещенной зоны.

2)  Кинетика процесса. Интенсивность свечения для спонтанной и метастабильной люминесценции изменяется с течением времени по экспоненциальному закону:

где – интенсивность свечения в момент времени t, – интенсивность свечения в момент прекращения возбуждения люминесценции, – средняя продолжительность возбужденного состояния атомов или молекул люминофора. Величина обычно имеет порядок –с. В отсутствии тушащих процессов слабо зависит от условий и определяется в основном внутримолекулярными процессами.

Интенсивность рекомбинационного люминесцентного свечения изменяется с течением времени по гиперболическому закону:

,

где – интенсивность рекомбинационной люминесценции в момент ее возбуждения; a и n – постоянные (n заключено в пределах от 1 до 2 , a ~ и находится в пределах от долей
с–1 до многих тысяч с–1).

При электронном возбуждении люминесценции энергия бомбардирующих электронов передается электронам атомов (или молекул, ионов) и переводит их в возбужденное состояние. Передача энергии возможна лишь при условии, что кинетическая энергия бомбардирующего электрона

где и – полная энергия атома (молекулы, иона) в нормальном и ближайшем к нему возбужденном состоянии, m и V – масса и скорость частицы. Атом (молекула, ион) возвращается из возбужденного состояния в нормальное, испустив квант света (фотон) частоты n:

hn = – .

При достаточных энергиях возбуждения возвращение атома (молекулы, иона) из возбужденного в нормальное состояние может происходить в несколько этапов через все менее возбужденные состояния. Этому соответствует испускание нескольких фотонов различных частот, причем суммарная их энергия равна энергии начального возбуждения [4–6].

Люминесцентный анализ

Определение природы и состава вещества по спектру его люминесцентного излучения, называется люминесцентным анализом. При соответствующих условиях этим путём можно обнаружить наличие ничтожных количеств вещества (до г).

Люминесцентный анализ делится на макроанализ – при наблюдении невооруженным глазом, и микроанализ, когда наблюдение производится с помощью микроскопа.

Люминесцентный макроанализ имеет большое значение для промышленности, гигиены и медицины. Большая часть органических соединений (кислоты, эфиры, жиры, алкалоиды, красители и т. д.), в натуральном виде или после обработки соответствующими реактивами под действием ультрафиолетового излучения дает характерное по цвету вторичное свечение.

Под действием ультрафиолетового излучения флуоресцируют многие ткани организма (ногти, зубы, непигментированные волосы, роговая оболочка, хрусталик глаза и др.). В некоторых случаях по характеру свечения можно отличить патологически измененные ткани от нормальных. Характерное свечение дают бактериальные и грибковые колонии. В связи с этим люминесцентный анализ применяется при диагностике многих заболеваний, особенно в области дерматологии.

При люминесцентной микроскопии исследуются естественные препараты, имеющие собственную флуоресценцию или окрашенные флуоресцентными красками.

Люминесцентный анализ по сравнению с химическим и спектральным обладает некоторыми преимуществами:

1)  не требуется такого воздействия на исследуемое вещество, при котором могли бы измениться его состав, структура или агрегатное состояние (напр., нет необходимости оказывать химическое воздействие или переводить исследуемое вещество в газообразное состояние и т. п.);

2)  очень высокая чувствительность, позволяющая обнаружить миллиардные доли процента люминесцирующих примесей в различных средах, растворах или смесях (напр., следы нефти в породе и т. д.);

3)  при люминесцентном анализе определяются не химические элементы, из которых состоит исследуемое вещество, а непосредственно наличие того или иного интересующего нас вещества: органического соединения, краски и т. п.;

4)  простота методики анализа и дешевизна необходимой аппаратуры.

Важные для химического анализа свойства люминесценции:

1. Возможность различения объектов по способам возбуждения люминесценции и его параметрам, например:

-  фотолюминесценция (спектр возбуждения);

-  хемилюминесценция (параметры реакции);

-  перенос энергии (характер донорно-акцепторного взаимодействия и условия возбуждения донора).

2. Возможность различения объектов по параметрам излучения:

-  спектр излучения;

-  кинетика высвечивания (при импульсном возбуждении фотолюминесценции или при импульсном смешении хемилюминесцентных реагентов).

3. Возможность регистрации люминесценции в отсутствии иных свечений в спектральном диапазоне регистрации.

4. Интенсивность люминесценции прямо пропорциональна интенсивности возбуждения.

5. Параметры люминесценции молекул и ионов в конденсированной среде сильно зависят от свойств матрицы и, в первую очередь, ближайшего окружения.

Сегодня люминесцентный анализ охватывает широкий круг методов определения разнообразных объектов от простых ионов и молекул до высокомолекулярных соединений и биологических объектов. Детектируется люминесценция самого объекта или его производных, возможно также использование изменения люминесценции специфичных агентов. Для сложных проб люминесцентное детектирование сочетается с химическим разделением (хроматография, электрофорез) или с биологическим выделением (иммуноанализ, метод полимеразной цепной реакции – ПЦР) [3–6].

2. Фотолюминесценция в техническо-криминалистической экспертизе документов

Техническая экспертиза документов и ее основные методы. Определение признаков подлинности документов по их люминесцентным свойствам. Примеры изображений люминесцирующих объектов при технической экспертизе документов.

Техническая экспертиза документов

1. Предмет технико-криминалистической экспертизы документов.

Теоретические разработки отечественной криминалистики, сложившейся на базе комплексного использования правовых и технических наук, являются основой технико-криминалистической экспертизы документов. Немалую роль в становлении данного вида экспертизы сыграли такие известные криминалисты как , , и многие другие. А само название «техническая экспертиза документов» впервые было предложено в 1949 г. в работе «Введение в криминалистическое исследование документов».

Содержание предмета криминалистической экспертизы имеет важное значение как в практическом, так и в процессуальном аспектах. Оно может быть определено характером вопросов, вытекающих из задач исследования по уголовным делам, а также специальными познаниями эксперта в области науки и техники, на основе которых устанавливаются фактические обстоятельства (факты) по уголовному делу.

Предмет технико-криминалистической экспертизы документов составляют имеющие значение для уголовного дела фактические данные (факты, обстоятельства), связанные с исполнением документов и устанавливаемые на основе специальных познаний в области технико-криминалистического исследования документов и в предусмотренном законом порядке.

2. Задачи технико-криминалистической экспертизы документов.

Составляющие предмет экспертизы задачи принято условно подразделять на две группы: диагностические и идентификационные. К задачам диагностического исследования можно отнести следующие:

–  установление способа изготовления документа и его частей;

–  установление факта и способа внесения изменений в документ либо его части;