Gas in scattering media absorption spectroscopy
ગેસ ઇન સ્કેટરિંગ મીડિયા એબ્સોર્પશન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (જી. એ. એસ. એમ. એ. એસ.) એ છિદ્રાળુ અને અત્યંત સ્કેટરિંગ ઘન પદાર્થોમાં સ્થિત ગેસના સંવેદના અને વિશ્લેષણ માટેની ઓપ્ટિકલ તકનીક છે, દા. ત. પાવડર, સિરામિક્સ, લાકડું, ફળ, અર્ધપારદર્શક પેકેજો, ફાર્માસ્યુટિકલ ગોળીઓ, ફીણ, માનવ પેરાનાસલ સાઇનસ વગેરે. તે 2001 માં પ્રોફેસર સુને સ્વાનબર્ગ અને લંડ યુનિવર્સિટી (સ્વીડન) ના સહકાર્યકરો દ્વારા રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું. આ તકનીક ગેસના સંવેદના અને સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી માટે પરંપરાગત ઉચ્ચ-રીઝોલ્યુશન લેસર સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી સાથે સંબંધિત છે (દા. ત. ટ્યુનેબલ ડાયોડ લેસર શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (TDLAS), પરંતુ હકીકત એ છે કે અહીંનો ગેસ નક્કર પદાર્થોની અંદર "છુપાયેલો" છે તે મહત્વપૂર્ણ તફાવતોને જન્મ આપે છે. મૂળભૂત સિદ્ધાંતો મુક્ત વાયુઓ ખૂબ જ તીક્ષ્ણ વર્ણપટ લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે, અને વિવિધ વાયુ પ્રજાતિઓ તેમની પોતાની અનન્ય વર્ણપટ ફિંગરપ્રિન્ટ્સ ધરાવે છે. વાતાવરણીય દબાણ પર, શોષણ રેખા-પહોળાઈ સામાન્ય રીતે 0.1 સે. મી.-1 (એટલે કે. ઓપ્ટિકલ ફ્રીક્વન્સીમાં ~ 3 ગીગાહર્ટ્ઝ અથવા તરંગલંબાઇમાં 0.006 nm), જ્યારે ઘન માધ્યમોમાં હજારો ગણી પહોળી શોષણ સુવિધાઓ સાથે નીરસ વર્ણપટ વર્તણૂક હોય છે. છિદ્રાળુ નમૂનાઓમાંથી બહાર આવતા પ્રકાશમાં તીક્ષ્ણ શોષણની છાપ શોધીને, આમ ઘન પદાર્થોમાં મર્યાદિત વાયુઓને શોધવાનું શક્ય છે-ભલે ઘન પદાર્થ ઘણીવાર વાયુ કરતાં વધુ મજબૂત પ્રકાશને ઘટાડે છે. જી. એ. એસ. એમ. એ. એસ. નો મૂળભૂત સિદ્ધાંત આકૃતિ 1 માં દર્શાવવામાં આવ્યો છે. લેસર લાઇટને ગેસ પોલાણવાળા નમૂનામાં મોકલવામાં આવે છે, જે કાં તો નાના છિદ્રો (ડાબે) અથવા મોટા ગેસથી ભરેલા ચેમ્બર હોઈ શકે છે. છિદ્રાળુ સામગ્રીની વિજાતીય પ્રકૃતિ ઘણીવાર મજબૂત પ્રકાશના સ્કેટરિંગને જન્મ આપે છે, અને માર્ગની લંબાઈ ઘણીવાર આશ્ચર્યજનક રીતે લાંબી હોય છે (નમૂનાના પરિમાણની 10 કે 100 ગણી અસામાન્ય નથી). વધુમાં, પ્રકાશ ઘન પદાર્થ સાથે સંબંધિત શોષણનો અનુભવ કરશે. સામગ્રીમાંથી મુસાફરી કરતી વખતે, પ્રકાશ આંશિક રીતે છિદ્રોમાંથી પસાર થશે, અને આમ વર્ણપટ તીક્ષ્ણ વાયુ શોષણનો અનુભવ કરશે. સામગ્રીમાંથી નીકળતો પ્રકાશ આ માહિતી વહન કરશે, અને ડિટેક્ટર દ્વારા ટ્રાન્સમિશન મોડ (ડાબે) અથવા રિફ્લેક્શન મોડ (જમણે) માં એકત્રિત કરી શકાય છે. ગેસ સંબંધિત સ્પેક્ટ્રલી શાર્પ ફિંગરપ્રિન્ટ્સ શોધવા માટે, જીએએસએમએએસ અત્યાર સુધી હાઇ-રિઝોલ્યુશન ટ્યુનબલ ડાયોડ લેસર એબ્સોર્પશન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (ટીડીએલએએસ) પર આધાર રાખે છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે, આનો અર્થ એ છે કે લગભગ મોનોક્રોમેટિક (સાંકડી-બેન્ડવિડ્થ) લેસરને ગેસની શોષણ રેખા પર સ્કેન કરવામાં આવે છે, અને ડિટેક્ટર ટ્રાન્સમિશન પ્રોફાઇલને રેકોર્ડ કરે છે. સંવેદનશીલતા વધારવા માટે, મોડ્યુલેશન તકનીકોનો ઘણીવાર ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. બીયર-લેમ્બર્ટ કાયદા દ્વારા આપવામાં આવેલ ગેસ શોષણની શક્તિ, ગેસની સાંદ્રતા અને ગેસમાંથી પ્રકાશની મુસાફરીની લંબાઈ બંને પર આધાર રાખે છે. પરંપરાગત ટી. ડી. એલ. એ. એસ. માં, પાથ-લંબાઈ જાણીતી છે અને ટ્રાન્સમિટન્સમાંથી સાંદ્રતાની સરળતાથી ગણતરી કરવામાં આવે છે. જી. એ. એસ. એમ. એ. એસ. માં, વ્યાપક સ્કેટરિંગ પાથની લંબાઈને અજ્ઞાત બનાવે છે અને ગેસની સાંદ્રતાના નિર્ધારણમાં વધારો થાય છે. જો કે, ઘણી એપ્લિકેશનોમાં, ગેસની સાંદ્રતા જાણીતી છે અને અન્ય પરિમાણો કેન્દ્રિત છે. વધુમાં, 2.2 માં ચર્ચા કરવામાં આવી છે તેમ, પૂરક તકનીકો છે જે ઓપ્ટિકલ પાથ લેંથ પર માહિતી પ્રદાન કરી શકે છે, આમ ગેસ સાંદ્રતાના મૂલ્યાંકનને પણ મંજૂરી આપે છે. પડકારો પ્રકાશ ફેલાવો અજ્ઞાત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માર્ગ લંબાઈ ઓપ્ટિકલ દખલનો ઘોંઘાટ તે સારી રીતે જાણીતું છે કે લેસર આધારિત ગેસ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીમાં ઓપ્ટિકલ દખલ ઘણીવાર એક મોટી સમસ્યા છે. પરંપરાગત લેસર-આધારિત ગેસ સ્પેક્ટ્રોમીટરમાં, ઓપ્ટિકલ હસ્તક્ષેપ ઉદ્દભવે છે, દા. ત. ઓપ્ટિકલ ઘટકો અને મલ્ટી-પાસ ગેસ કોષોમાં (અથવા વચ્ચે) ઇટાલોન-પ્રકારની હસ્તક્ષેપ અસરો. વર્ષો દરમિયાન, આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે મહાન પ્રયાસો કરવામાં આવ્યા છે. શરૂઆતથી દખલગીરી ઘટાડવા માટે યોગ્ય ઓપ્ટિકલ ડિઝાઇન મહત્વપૂર્ણ છે (દા. ત. ઓપ્ટિકલ ઘટકોને નમાવીને, ટ્રાન્સમિસિવ ઓપ્ટિક્સને ટાળીને અને એન્ટી-રિફ્લેક્શન કોટિંગનો ઉપયોગ કરીને), પરંતુ ઇન્ટરફિયરન્સ પેટર્નને સંપૂર્ણપણે ટાળી શકાતી નથી અને ઘણીવાર ગેસ શોષણથી અલગ કરવું મુશ્કેલ હોય છે. ગેસ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીમાં ઘણીવાર નાના શોષણ અપૂર્ણાંકો (10−7 સુધી) નું માપન સામેલ હોવાથી, દખલગીરીનું યોગ્ય સંચાલન નિર્ણાયક છે. ઉપયોગમાં લેવાતા પ્રતિકારક પગલાંઓમાં કસ્ટમાઇઝ્ડ ઓપ્ટિકલ ડિઝાઇન, અનુરૂપ લેસર મોડ્યુલેશન, મિકેનિકલ ડિથરિંગ, સિગ્નલ પોસ્ટ-પ્રોસેસિંગ, સેમ્પલ મોડ્યુલેશન અને બેઝલાઇન રેકોર્ડિંગ અને દખલ બાદબાકીનો સમાવેશ થાય છે. જીએએસએમએએસના કિસ્સામાં, ઓપ્ટિકલ હસ્તક્ષેપ ખાસ કરીને બોજારૂપ છે. આ ગંભીર સ્પેકલ-પ્રકારની દખલગીરી સાથે સંબંધિત છે જે લેસર પ્રકાશ અને અત્યંત સ્કેટરિંગ ઘન પદાર્થો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી ઉદ્ભવે છે. આ અત્યંત બિન-સમાન દખલગીરી ઉપયોગિતા સંકેતની જેમ જ ઉત્પન્ન થાય છે, તેથી તેને ડિઝાઇન દ્વારા દૂર કરી શકાતી નથી. અભ્યાસ હેઠળ છિદ્રાળુ સામગ્રીના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો હસ્તક્ષેપ પેટર્ન નક્કી કરે છે, અને હસ્તક્ષેપનું સ્તર ભાગ્યે જ વાસ્તવિક ગેસ શોષણ સંકેતો કરતાં વધુ મજબૂત નથી. રેન્ડમ મિકેનિકલ ડિથરિંગ (દા. ત. લેસર બીમ ડાઇથરિંગ અને/અથવા નમૂનાનું પરિભ્રમણ) જીએએસએમએએસમાં અસરકારક હોવાનું જણાયું છે. જો કે, આ અભિગમ સ્થિર હસ્તક્ષેપને અવ્યવસ્થિત ઘોંઘાટમાં રૂપાંતરિત કરે છે જે સરેરાશ દૂર હોવો જોઈએ, આમ લાંબા સમય સુધી સંપાદન સમયની જરૂર પડે છે. બેઝલાઇન રેકોર્ડિંગ અને હસ્તક્ષેપ બાદબાકી કેટલીક જીએએસએમએએસ એપ્લિકેશનોમાં લાગુ થઈ શકે છે, જેમ કે ઉપર વર્ણવેલ અન્ય પદ્ધતિઓ. એપ્લિકેશન્સ તબીબી નિદાન જુઓ ઓપ્ટિકલ પોરોસિમેટ્રી જુઓ સૂકવણી પ્રક્રિયાઓનું નિરીક્ષણ જુઓ ફાર્માસ્યુટિકલ એપ્લિકેશન્સ જુઓ ખોરાક અને ખોરાકના પેકેજિંગનું નિરીક્ષણ આજે આપણે જે ખોરાકનો ઉપયોગ કરીએ છીએ તે ખોરાકની ગુણવત્તાની ખાતરી કરવા અને પરિવહન અને વિતરણની સંભાવના પ્રદાન કરવા માટે વિવિધ પ્રકારના પેકેજોમાં મૂકવામાં આવે છે. આમાંના ઘણા પેકેજો હવા અથવા ગેસ ચુસ્ત હોય છે, જેના કારણે છિદ્રો વિના ગેસ રચનાનો અભ્યાસ કરવો મુશ્કેલ બને છે. ઘણા કિસ્સાઓમાં પેકેજનો નાશ કર્યા વિના વાયુઓની રચનાનો અભ્યાસ કરવો ખૂબ જ મૂલ્યવાન છે. કદાચ શ્રેષ્ઠ ઉદાહરણ ખોરાકના પેકેજમાં ઓક્સિજનની માત્રાનો અભ્યાસ છે. ઓક્સિજન કુદરતી રીતે મોટાભાગના ખોરાક અને ખોરાકના પેકેજમાં હાજર હોય છે કારણ કે તે હવામાં એક મુખ્ય ઘટક છે. જો કે, રાસાયણિક અને માઇક્રોબાયોલોજીકલ પ્રવૃત્તિમાં વધારો કરવાના તેના સ્ત્રોતને કારણે જૈવિક પદાર્થોના વૃદ્ધત્વ માટે ઓક્સિજન પણ એક મહાન કારણ અથવા જરૂરિયાત છે. આજે, [સંશોધિત વાતાવરણ] (એમએપી) અને [નિયંત્રિત વાતાવરણ] પેકેજિંગ (સીએપી) જેવી પદ્ધતિઓ ખાદ્ય પેકેજોમાં ઓક્સિજનની માત્રાને ઘટાડવા અને નિયંત્રિત કરવા માટે લાગુ કરવામાં આવે છે જેથી [શેલ્ફ લાઇફ] લંબાવી શકાય અને સલામત ખોરાકની ખાતરી કરી શકાય. આ પદ્ધતિઓની અસરકારકતાની ખાતરી આપવા માટે આ પેકેજોની અંદર ઓક્સિજન (અને અન્ય વાયુઓ) ની સાંદ્રતાને નિયમિતપણે માપવી મહત્વપૂર્ણ છે. જીએએસએમએએસ કોઈપણ ખોરાક અથવા પેકેજોને નષ્ટ કર્યા વિના, બિન-ઘુસણખોરીથી આ કરવાની સંભાવના પ્રદાન કરે છે. છિદ્રો વિના પેકેજોમાં ગેસ-રચનાને માપવાના બે મુખ્ય ફાયદા એ છે કે નિયંત્રણ પ્રક્રિયામાં કોઈ ખોરાકનો બગાડ થતો નથી અને તે જ પેકેજને વિસ્તૃત સમયગાળા દરમિયાન વારંવાર નિયંત્રિત કરી શકાય છે જેથી ગેસ રચનાની કોઈપણ સમય-નિર્ભરતાનું નિરીક્ષણ કરી શકાય. અભ્યાસોનો ઉપયોગ પેકેજોની ચુસ્તતાની બાંયધરી આપવા માટે પણ ખોરાક બગાડવાની પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરવા માટે પણ થઈ શકે છે. મોટાભાગના ખોરાકમાં મુક્ત ગેસ હોય છે જે અંદરના છિદ્રોમાં વહેંચાયેલો હોય છે. ઉદાહરણોમાં ફળ, બ્રેડ, લોટ, કઠોળ, ચીઝ વગેરે છે. ગુણવત્તા અને પરિપક્વતા સ્તર પર દેખરેખ રાખવા માટે અભ્યાસ કરવા માટે આ ગેસ ખૂબ મૂલ્યવાન હોઈ શકે છે (જુઓ દા. ત. અને). નેનોપોરસ સામગ્રીમાં મર્યાદિત ગેસની સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી સંદર્ભો જુઓ બાહ્ય કડીઓ પેકેજિંગ, ખોરાક અને તબીબી ઉપયોગો માટે જીએએસએમએએસ ટેકનોલોજી. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી