Gas in scattering media absorption spectroscopy
গ্যাস ইন স্ক্যাটারিং মিডিয়া অ্যাবসর্পশন স্পেকট্রোস্কোপি (জিএএসএমএএস) হল ছিদ্রযুক্ত এবং অত্যন্ত বিচ্ছুরিত কঠিন পদার্থের মধ্যে অবস্থিত গ্যাসের সংবেদন এবং বিশ্লেষণের জন্য একটি আলোকীয় কৌশল, যেমন। পাউডার, সিরামিক, কাঠ, ফল, স্বচ্ছ প্যাকেজ, ফার্মাসিউটিক্যাল ট্যাবলেট, ফোম, হিউম্যান প্যারানাসাল সাইনাস ইত্যাদি। 2001 সালে অধ্যাপক সুন স্ভানবার্গ এবং লুন্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের (সুইডেন) সহকর্মীরা এটি চালু করেছিলেন। এই কৌশলটি গ্যাসের সেন্সিং এবং স্পেকট্রোস্কোপির জন্য প্রচলিত উচ্চ-রেজোলিউশন লেজার স্পেকট্রোস্কোপির সাথে সম্পর্কিত (যেমন। টিউনেবল ডায়োড লেজার অ্যাবসর্পশন স্পেকট্রোস্কোপি, টিডিএলএএস), তবে এখানে যে গ্যাসটি কঠিন পদার্থের ভিতরে "লুকিয়ে" রয়েছে তা গুরুত্বপূর্ণ পার্থক্যের জন্ম দেয়। মৌলিক নীতিগুলি মুক্ত গ্যাসগুলি খুব তীক্ষ্ণ বর্ণালী বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে এবং বিভিন্ন গ্যাস প্রজাতির নিজস্ব অনন্য বর্ণালী আঙুলের ছাপ রয়েছে। বায়ুমণ্ডলীয় চাপে, শোষণ লাইনের প্রস্থ সাধারণত 0.1 সেমি-1 (অর্থাৎ। অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সিতে ~ 3 গিগাহার্টজ বা তরঙ্গদৈর্ঘ্যে 0.006 এনএম), যেখানে কঠিন মাধ্যমের হাজার গুণ প্রশস্ত শোষণ বৈশিষ্ট্য সহ নিস্তেজ বর্ণালী আচরণ রয়েছে। ছিদ্রযুক্ত নমুনা থেকে উদ্ভূত আলোতে তীক্ষ্ণ শোষণের ছাপগুলি সন্ধান করার মাধ্যমে, কঠিন পদার্থগুলিতে সীমাবদ্ধ গ্যাসগুলি সনাক্ত করা সম্ভব-যদিও কঠিনটি প্রায়শই গ্যাসের চেয়ে অনেক বেশি শক্তিশালী আলোকে হ্রাস করে। জিএএসএমএএস-এর মৌলিক নীতি চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে। লেজার আলো গ্যাস গহ্বর সহ একটি নমুনায় পাঠানো হয়, যা হয় ছোট ছিদ্র (বামে) বা বড় গ্যাস ভর্তি চেম্বার হতে পারে। ছিদ্রযুক্ত উপাদানের বৈচিত্র্যময় প্রকৃতি প্রায়শই শক্তিশালী আলোর বিচ্ছুরণের জন্ম দেয় এবং পথের দৈর্ঘ্য প্রায়শই আশ্চর্যজনকভাবে দীর্ঘ হয় (নমুনার মাত্রার 10 বা 100 গুণ অস্বাভাবিক নয়)। উপরন্তু, আলো কঠিন উপাদান সম্পর্কিত শোষণ অনুভব করবে। উপাদানটির মধ্য দিয়ে ভ্রমণ করার সময়, আলো আংশিকভাবে ছিদ্রগুলির মধ্য দিয়ে ভ্রমণ করবে এবং এইভাবে বর্ণালীগতভাবে তীক্ষ্ণ গ্যাস শোষণ অনুভব করবে। উপাদান থেকে বেরিয়ে আসা আলো এই তথ্য বহন করবে এবং একটি ডিটেক্টর দ্বারা ট্রান্সমিশন মোডে (বাম) বা প্রতিফলন মোডে (ডান) সংগ্রহ করা যেতে পারে। গ্যাস সম্পর্কিত বর্ণালীগতভাবে তীক্ষ্ণ আঙুলের ছাপ সনাক্ত করার জন্য, জিএএসএমএএস এখন পর্যন্ত উচ্চ-রেজোলিউশন টিউনেবল ডায়োড লেজার অ্যাবসর্পশন স্পেকট্রোস্কোপির (টিডিএলএএস) উপর নির্ভর করেছে। নীতিগতভাবে, এর অর্থ হল যে একটি প্রায় একবর্ণ (সংকীর্ণ-ব্যান্ডউইথ) লেজার গ্যাসের একটি শোষণ রেখা জুড়ে স্ক্যান করা হয় এবং একটি ডিটেক্টর সংক্রমণ প্রোফাইল রেকর্ড করে। সংবেদনশীলতা বাড়ানোর জন্য, মড্যুলেশন কৌশলগুলি প্রায়শই নিযুক্ত করা হয়। বিয়ার-ল্যামবার্ট আইন অনুসারে গ্যাস শোষণের শক্তি নির্ভর করবে গ্যাসের ঘনত্ব এবং গ্যাসের মধ্য দিয়ে আলো যে পথ-দৈর্ঘ্য অতিক্রম করেছে তার উপর। প্রচলিত টি. ডি. এল. এ. এস-এ, পথের দৈর্ঘ্য জানা যায় এবং সংক্রমণ থেকে ঘনত্ব সহজেই গণনা করা হয়। জিএএসএমএএস-এ, ব্যাপক বিচ্ছুরণ পথের দৈর্ঘ্যকে অজানা করে তোলে এবং গ্যাসের ঘনত্ব নির্ধারণকে আরও বাড়িয়ে তোলে। যাইহোক, অনেক প্রয়োগে, গ্যাসের ঘনত্ব জানা যায় এবং অন্যান্য পরামিতিগুলি ফোকাসে থাকে। উপরন্তু, 2.2-এ যেমন আলোচনা করা হয়েছে, এমন পরিপূরক কৌশল রয়েছে যা আলোকীয় পথের দৈর্ঘ্য সম্পর্কে তথ্য সরবরাহ করতে পারে, এইভাবে গ্যাসের ঘনত্বের মূল্যায়নও করতে পারে। চ্যালেঞ্জ আলো ছড়িয়ে দিন অজানা মিথস্ক্রিয়া পথ দৈর্ঘ্য অপটিক্যাল হস্তক্ষেপের শব্দ এটি সর্বজনবিদিত যে লেজার-ভিত্তিক গ্যাস স্পেকট্রোস্কোপি-তে অপটিক্যাল হস্তক্ষেপ প্রায়শই একটি বড় সমস্যা। প্রচলিত লেজার-ভিত্তিক গ্যাস স্পেকট্রোমিটারে, অপটিক্যাল হস্তক্ষেপের উৎপত্তি হয় যেমন। অপটিক্যাল উপাদান এবং মাল্টি-পাস গ্যাস কোষে (বা এর মধ্যে) ইটালন-ধরনের হস্তক্ষেপের প্রভাব। বছরের পর বছর ধরে, এই সমস্যা সমাধানের জন্য প্রচুর প্রচেষ্টা নিবেদিত হয়েছে। সঠিক অপটিক্যাল ডিজাইন শুরু থেকেই হস্তক্ষেপ হ্রাস করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ (যেমন। অপটিক্যাল উপাদানগুলি টিল্ট করে, ট্রান্সমিসিভ অপটিক্স এড়িয়ে এবং অ্যান্টি-রিফ্লেকশন লেপ ব্যবহার করে), তবে হস্তক্ষেপের নিদর্শনগুলি সম্পূর্ণরূপে এড়ানো যায় না এবং প্রায়শই গ্যাস শোষণ থেকে আলাদা করা কঠিন। যেহেতু গ্যাস স্পেকট্রোস্কোপি প্রায়শই ছোট শোষণ ভগ্নাংশের পরিমাপ (10−7 পর্যন্ত) জড়িত, তাই হস্তক্ষেপের যথাযথ পরিচালনা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। ব্যবহৃত পাল্টা ব্যবস্থাগুলির মধ্যে রয়েছে কাস্টমাইজড অপটিক্যাল ডিজাইন, উপযুক্ত লেজার মড্যুলেশন, যান্ত্রিক ডিথারিং, সিগন্যাল পোস্ট-প্রসেসিং, নমুনা মড্যুলেশন এবং বেসলাইন রেকর্ডিং এবং হস্তক্ষেপ বিয়োগ। জিএএসএমএএস-এর ক্ষেত্রে, আলোকীয় হস্তক্ষেপ বিশেষভাবে জটিল। এটি লেজার আলো এবং অত্যন্ত বিচ্ছুরিত কঠিন পদার্থের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া থেকে উদ্ভূত গুরুতর স্পেকল-ধরনের হস্তক্ষেপের সাথে সম্পর্কিত। যেহেতু এই অত্যন্ত অভিন্ন হস্তক্ষেপ ইউটিলিটি সিগন্যালের মতো একই জায়গায় তৈরি হয়, তাই এটি নকশা দ্বারা সরানো যায় না। অধ্যয়নের অধীনে ছিদ্রযুক্ত উপাদানের আলোকীয় বৈশিষ্ট্যগুলি হস্তক্ষেপের ধরণ নির্ধারণ করে এবং হস্তক্ষেপের মাত্রা প্রকৃত গ্যাস শোষণ সংকেতের তুলনায় খুব কমই বেশি শক্তিশালী হয় না। এলোমেলো যান্ত্রিক বিচ্যুতি (যেমন। লেজার বিম ডাইথারিং এবং/অথবা নমুনা ঘূর্ণন) জিএএসএমএএস-এ কার্যকর বলে প্রমাণিত হয়েছে। যাইহোক, এই পদ্ধতিটি স্থিতিশীল হস্তক্ষেপকে একটি এলোমেলো শব্দে রূপান্তরিত করে যা অবশ্যই গড় হতে হবে, এইভাবে অধিগ্রহণের জন্য দীর্ঘ সময়ের প্রয়োজন হয়। বেসলাইন রেকর্ডিং এবং হস্তক্ষেপ বিয়োগ কিছু জিএএসএমএএস অ্যাপ্লিকেশনে প্রযোজ্য হতে পারে, যেমন উপরে বর্ণিত অন্যান্য পদ্ধতি। অ্যাপ্লিকেশন মেডিকেল ডায়াগনস্টিক দেখুন অপটিক্যাল পোরোসিমেট্রি দেখুন শুকানোর প্রক্রিয়াগুলির পর্যবেক্ষণ দেখুন ফার্মাসিউটিক্যাল অ্যাপ্লিকেশন দেখুন খাদ্য এবং খাদ্য প্যাকেজিংয়ের পর্যবেক্ষণ আমরা আজ যে খাবার খাই তার বেশিরভাগই খাবারের গুণমান নিশ্চিত করতে এবং পরিবহন ও বিতরণের সম্ভাবনা সরবরাহ করতে বিভিন্ন প্যাকেজে রাখা হয়। এই প্যাকেজগুলির মধ্যে অনেকগুলি বায়ু বা গ্যাস আঁটসাঁট, যা ছিদ্র ছাড়া গ্যাসের গঠন অধ্যয়ন করা কঠিন করে তোলে। অনেক ক্ষেত্রে প্যাকেজটি ধ্বংস না করে গ্যাসের গঠন অধ্যয়ন করা অত্যন্ত মূল্যবান। সম্ভবত সর্বোত্তম উদাহরণ হল খাদ্য প্যাকেজে অক্সিজেনের পরিমাণ নিয়ে গবেষণা। অক্সিজেন স্বাভাবিকভাবেই বেশিরভাগ খাদ্য এবং খাদ্য প্যাকেজে উপস্থিত থাকে কারণ এটি বাতাসের একটি প্রধান উপাদান। যাইহোক, রাসায়নিক এবং মাইক্রোবায়োলজিকাল ক্রিয়াকলাপ বৃদ্ধির উৎসের কারণে জৈব পদার্থের বার্ধক্যের অন্যতম বড় কারণ বা প্রয়োজন হল অক্সিজেন। আজ, [পরিবর্তিত বায়ুমণ্ডল] (এমএপি) এবং [নিয়ন্ত্রিত বায়ুমণ্ডল] প্যাকেজিং (সিএপি)-এর মতো পদ্ধতিগুলি খাদ্য প্যাকেজে অক্সিজেনের পরিমাণ হ্রাস ও নিয়ন্ত্রণের জন্য প্রয়োগ করা হয় যাতে [সংরক্ষণ জীবন] দীর্ঘায়িত হয় এবং নিরাপদ খাদ্য নিশ্চিত করা যায়। এই পদ্ধতিগুলির কার্যকারিতা নিশ্চিত করার জন্য এই প্যাকেজগুলির ভিতরে নিয়মিতভাবে অক্সিজেনের (এবং অন্যান্য গ্যাসের) ঘনত্ব পরিমাপ করা গুরুত্বপূর্ণ। গ্যাসমাস কোনও খাবার বা প্যাকেজ ধ্বংস না করে অনুপ্রবেশ না করে এটি করার সম্ভাবনা সরবরাহ করে। ছিদ্র ছাড়াই প্যাকেজে গ্যাসের সংমিশ্রণ পরিমাপের দুটি প্রধান সুবিধা হল নিয়ন্ত্রণ প্রক্রিয়ায় কোনও খাদ্য অপচয় করা হয় না এবং গ্যাসের সংমিশ্রণের যে কোনও সময়-নির্ভরতা পর্যবেক্ষণ করার জন্য একটি বর্ধিত সময়কালে একই প্যাকেজকে বারবার নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে। অধ্যয়নগুলি প্যাকেজগুলির আঁটসাঁটতা নিশ্চিত করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে তবে খাদ্যের অবনতি প্রক্রিয়া অধ্যয়ন করতেও ব্যবহার করা যেতে পারে। বেশিরভাগ খাবারেই মুক্ত গ্যাস থাকে যা ভিতরে ছিদ্রগুলিতে বিতরণ করা হয়। উদাহরণস্বরূপ ফল, রুটি, ময়দা, মটরশুটি, পনির ইত্যাদি। এছাড়াও এই গ্যাস গুণমান এবং পরিপক্কতা স্তর পর্যবেক্ষণ করার জন্য অধ্যয়নের জন্য অত্যন্ত মূল্যবান হতে পারে (উদাহরণস্বরূপ দেখুন। এবং)। ন্যানোপোরাস পদার্থে আবদ্ধ গ্যাসের স্পেকট্রোস্কোপি দেখুন রেফারেন্স বাহ্যিক লিঙ্ক প্যাকেজিং, খাদ্য এবং চিকিৎসা প্রয়োগের জন্য গ্যাসমাস প্রযুক্তি। স্পেকট্রোস্কোপি