Introducing Energy States
Rondom een atoom zijn er 7 verschillende elektronenschelpen1. Wanneer de elektronen de benodigde hoeveelheid energie ontvangen, springen ze van de ene naar de andere staat (de zogenaamde “grondtoestand” en “aangeslagen toestand”), zoals te zien is in de afbeelding hieronder:
De figuur (gegenereerd door POV-Ray) toont opwindingen van koperen 3d-banen op het CuO2-vlak van een hoge Tc-supergeleider; de grondtoestand (blauw) is x2-y2-banen; de opgewekte banen zijn in het groen; de pijlen illustreren inelastische röntgenspectroscopie;
Wanneer een molecuul licht absorbeert in het UV-vis (Ultra-Violet-Visible) gebied variërend van 400nm tot 780nm golflengte, wordt een elektron gepromoveerd van een orbitaal met een lagere energie bezet tot een lege orbitaal met een hogere energie, wat resulteert in een aangeslagen molecuul. Een vereiste voor een molecuul om licht te absorberen is dat de energie van het foton overeenkomt met het energieverschil tussen de banen.
Foto’s met onvoldoende energie zullen worden overgedragen. Daarom hebben de kleuren van het geabsorbeerde licht ons bewezen met experimentele informatie over het energieverschil tussen de banen.
Bron: Scott Cummings, 2008; The Chemistry of Excited States _
Introducing Spectroscopy
Newton had eerst ideeën over spectroscopie, en later bouwden William Wollaston en Joseph von Fraunhofer de eerste spectrometers en ontdekten ze de spectrale signaturen.
Omdat verschillende elementen een verschillende afstand hebben tussen de elektronenbanen, is de energie die nodig is om fotonen te absorberen of uit te zenden anders en daarom worden2 fotonen van verschillende golflengten geabsorbeerd of uitgezonden. Dit resulteert in een specifieke spectrale signatuur van een molecuul, een set van spectrale lijnen.
Spectroscopie is echt belangrijk voor astronomen omdat het hen kan vertellen over de moleculaire samenstelling van planeten, sterren en nevels.
Verder lezen: Fraknoi, Andrew; Morrison, David (13 oktober 2016). “OpenStax Astronomie”
Introductie van hemoglobine en oxyhemoglobine
Rode bloedcellen bevatten hemoglobine, een ijzerhoudend eiwit (dus zuurstofhoudende hemoglobines zijn rood), dat het zuurstoftransport vergemakkelijkt door het omkeerbaar te binden aan dit ademhalingsgas en de oplosbaarheid ervan in het bloed sterk te verhogen. Het zuurstofhoudende hemoglobine wordt oxyhemoglobine genoemd.
Links : (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/mmdb/mmdbsrv.cgi?dps=0&uid=1HHO), twee van de vier zuurstofmodules die deze volledig verzadigde hemoglobine momenteel bij zich draagt, zijn door mij blauw omcirkeld (de rode “stick” staat voor de zuurstofmolecule in deze grafiek).
Rechts : Dezelfde molecule in dezelfde resolutie, dit keer met een geaccentueerd oplosmiddel toegankelijk oppervlak.
Alles bij elkaar
Gelukkig voor de moderne geneeskunde verschilt de absorptie van licht bij golflengtes van 660nm en 940nm significant tussen hemoglobine geladen met zuurstof (oxyhemoglobine) en hemoglobine zonder zuurstof.
Het isobesticumpunt is het punt waarop twee stoffen een bepaalde golflengte van licht in dezelfde mate absorberen. In de oxymetrie komen de isobebebe mergpunten van oxyhaemoglobine (HbO) en desoxyhaemoglobine (Hb) voor bij 590 nm en 805 nm. Deze punten kunnen als referentiepunten worden gebruikt wanneer de lichtabsorptie onafhankelijk is van de mate van verzadiging. Enkele eerdere oximeters gecorrigeerd voor hemoglobine-concentratie met behulp van de golflengte op de isobestrische punten.
Zo kan door vergelijking van de absorptie bij verschillende golflengten een schatting gemaakt worden van de relatieve concentraties van HbO (oxyhaemoglobine) en Hb (haemoglobine) (d.w.z. de verzadigingsgraad). Moderne pulsoximeters kunnen twee of meer golflengten gebruiken, waarbij een isobestrisch punt niet noodzakelijkerwijs is inbegrepen.
Bron: Anesthesie.uk _
In principe werkt de pulsoxymetrie op deze manier. Het kan verzadigde en onverzadigde hemoglobine uit elkaar houden, met behulp van verschillende absorptie van licht als gevolg van verschillende elektronenconfiguraties in de moleculen. Hieronder staat een uittreksel over de technische aspecten van pulsoxymetrie:
Er zijn twee methoden om licht door de meetlocatie te sturen: transmissie en reflectie. Bij de transmissiemethode, zoals weergegeven in de figuur op de vorige pagina, staan de emitter en de fotodetector tegenover elkaar met de meetplaats ertussen. Het licht kan dan door het meetpunt gaan. Bij de reflectiemethode staan de emitter en de fotodetector naast elkaar op het meetpunt. Het licht kaatst van de emitter naar de detector over het meetpunt. De transmissiemethode is het meest gebruikte type en voor deze bespreking wordt de transmissiemethode geïmpliceerd.
Nadat de uitgezonden rode ® en infrarode (IR) signalen door de meetlocatie zijn gegaan en bij de fotodetector zijn ontvangen, wordt de R/IR-verhouding berekend. De R/IR wordt vergeleken met een “look-up” tabel (bestaande uit empirische formules) die de verhouding omzet in een SpO2 waarde. De meeste fabrikanten hebben hun eigen opzoektabellen op basis van kalibratiecurves die zijn afgeleid van gezonde proefpersonen op verschillende SpO2-niveaus (Peripheral Oxygen Saturation). Meestal komt een R/IR-verhouding van 0,5 overeen met ongeveer 100% SpO2, een verhouding van 1,0 tot ongeveer 82% SpO2, terwijl een verhouding van 2,0 overeenkomt met 0% SpO2.
Bron: Oximetrie. org ](https://web.archive.org/web/20150318054934/http://www.oximetry.org:80/pulseox/principles.htm)_
De gevaren van koolmonoxidevergiftiging
De spectrale signatuur van carboxyhemoglobine (hemoglobine verzadigd met CO) is zo vergelijkbaar met die van oxyhemoglobine dat standaard oximeters het ene met het andere verwarren, zoals meerdere studies hebben aangetoond:
Dit verslag bevestigt dat pulsoxymetrie bij koolmonoxidevergiftiging misleidend kan zijn, aangezien de pulsoximeter geen onderscheid maakt tussen HbO (oxyhemoglobine)en HbCO (carboxyhemoglobine). De diagnose van koolmonoxidevergiftiging berust daarom op klinisch bewijs en moet worden bevestigd door de HbCO-concentratie te meten met een meerbandige CO-oximeter (carboxy-oximeter).
Carboxyhemoglobimenie en pulsoxymetrie, British Journal of Anesthesia, 1991
Tegenwoordig bestaan er CO-oximeters die onderscheid kunnen maken tussen oxyhemoglobine, carboxyhemoglobine en methemoglobine.
1: Een verklaring waarom dit het geval is zou veel te ver voeren. Het heeft te maken met het golfdeeltjes dualisme van de kwantummechanica en een goede analogie is te vinden in dit antwoord op Physics.SE .
2: De energie van een foton is evenredig met de frequentie en dus omgekeerd evenredig met de golflengte. Alle andere factoren in de Planck-Einstein-vergelijking zijn constant. Meer informatie kan worden gevonden op Fysica.SE
