Differential optical absorption spectroscopy
વાતાવરણીય રસાયણશાસ્ત્રમાં, વિભેદક ઓપ્ટિકલ શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (ડી. ઓ. એ. એસ.) નો ઉપયોગ ટ્રેસ વાયુઓની સાંદ્રતાને માપવા માટે થાય છે. જ્યારે પ્રિઝમ અથવા વિવર્તન ગ્રેટિંગ્સ જેવા મૂળભૂત ઓપ્ટિકલ સ્પેક્ટ્રોમીટર અને સ્વચાલિત, જમીન-આધારિત નિરીક્ષણ પ્લેટફોર્મ સાથે જોડવામાં આવે છે, ત્યારે તે ઓઝોન અને નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ જેવી ટ્રેસ ગેસ પ્રજાતિઓના માપન માટે સસ્તું અને શક્તિશાળી માધ્યમ રજૂ કરે છે. લાક્ષણિક સેટઅપ સામાન્ય રીતે 15 કિમી સુધીના લાઇટપાથ સાથે 0.0001 ની ઓપ્ટિકલ ઊંડાઈને અનુરૂપ શોધ મર્યાદાને મંજૂરી આપે છે અને આમ પાણીની વરાળ, નાઇટ્રસ એસિડ, ફોર્મેલ્ડિહાઇડ, ટેટ્રાઓક્સિજેન, આયોડિન ઓક્સાઇડ, બ્રોમિન ઓક્સાઇડ અને ક્લોરિન ઓક્સાઇડ જેવા નબળા શોષકોને પણ શોધવાની મંજૂરી આપે છે. સિદ્ધાંત ડી. ઓ. એ. એસ. સાધનોને ઘણીવાર બે મુખ્ય જૂથોમાં વહેંચવામાં આવે છેઃ નિષ્ક્રિય અને સક્રિય. સક્રિય ડી. ઓ. એ. એસ. પ્રણાલીઓ જેમ કે લોંગપાથ (એલ. પી.)-પ્રણાલીઓ અને કેવિટી-ઉન્નત (સી. ઈ.) ડી. ઓ. એ. એ. એસ. પ્રણાલીઓ પોતાના પ્રકાશ-સ્રોત ધરાવે છે, જ્યારે નિષ્ક્રિય પ્રણાલીઓ સૂર્યનો તેમના પ્રકાશ સ્રોત તરીકે ઉપયોગ કરે છે, દા. ત. મેક્સ (બહુ-અક્ષીય)-ડોઆસ. ચંદ્રનો ઉપયોગ રાત્રિના સમયના ડી. ઓ. એ. એસ. માપન માટે પણ થઈ શકે છે, પરંતુ અહીં સામાન્ય રીતે છૂટાછવાયા પ્રકાશ માપનને બદલે સીધા પ્રકાશ માપન કરવાની જરૂર છે કારણ કે તે મેક્સ-ડી. ઓ. એ. એસ. જેવી નિષ્ક્રિય ડી. ઓ. એ. એસ. પ્રણાલીઓનો કેસ છે. કિરણોત્સર્ગના કિરણની તીવ્રતામાં ફેરફાર જ્યારે તે ઉત્સર્જન ન કરતા માધ્યમમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે તે બીયરના નિયમ દ્વારા આપવામાં આવે છેઃ જ્યાં I એ કિરણોત્સર્ગની તીવ્રતા છે, તે પદાર્થની ઘનતા છે, તે શોષણ અને સ્કેટરિંગ ક્રોસ સેક્શન છે અને s એ માર્ગ છે. સબસ્ક્રિપ્ટ i વિવિધ પ્રજાતિઓને સૂચવે છે, એમ ધારીને કે માધ્યમ બહુવિધ પદાર્થોથી બનેલું છે. કેટલાક સરળીકરણ કરી શકાય છે. પ્રથમ એ છે કે શોષણ ક્રોસ સેક્શનને અભિન્નમાંથી બહાર કાઢવું એ ધારીને કે તે પાથ સાથે નોંધપાત્ર રીતે બદલાતું નથી-એટલે કે. કે તે સતત છે. ડી. ઓ. એ. એસ. પદ્ધતિનો ઉપયોગ કુલ સ્તંભની ઘનતાને માપવા માટે થાય છે, અને પ્રતિ ઘનતા નહીં, બીજું એ છે કે અભિન્નને એક જ પરિમાણ તરીકે લેવું જેને આપણે સ્તંભની ઘનતા કહીએ છીએઃ નવું, નોંધપાત્ર રીતે સરળીકૃત સમીકરણ હવે આના જેવું દેખાય છેઃ જો તે પૂરતું હતું, તો પર્યાપ્ત રીઝોલ્યુશન અને વર્ણપટ સુવિધાઓવાળા કોઈપણ વર્ણપટને જોતાં, તમામ પ્રજાતિઓને સરળ બીજગણિત વ્યુત્ક્રમ દ્વારા ઉકેલી શકાય છે. સક્રિય ડી. ઓ. એ. એસ. પ્રકારો સંદર્ભ તરીકે લાઇટસોર્સના સ્પેક્ટ્રમનો ઉપયોગ કરી શકે છે. કમનસીબે નિષ્ક્રિય માપન માટે, જ્યાં આપણે વાતાવરણના તળિયેથી માપી રહ્યા છીએ અને ટોચ પરથી નહીં, ત્યાં પ્રારંભિક તીવ્રતા, I0 નક્કી કરવાની કોઈ રીત નથી. તેના બદલે, જે કરવામાં આવે છે તે છે વાતાવરણમાં જુદા જુદા માર્ગો સાથેના બે માપનો ગુણોત્તર લેવો અને તેથી બે સ્તંભો વચ્ચેની ઓપ્ટિકલ ઊંડાઈમાં તફાવત નક્કી કરવો (વૈકલ્પિક સૌર એટલાસનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, પરંતુ આ ફિટિંગ પ્રક્રિયા માટે અન્ય એક મહત્વપૂર્ણ ભૂલ સ્રોત રજૂ કરે છે, સાધન પોતે કાર્ય કરે છે. જો સંદર્ભ વર્ણપટ પોતે પણ સમાન સુયોજન સાથે નોંધવામાં આવે છે, તો આ અસરો આખરે રદ થઈ જશે): માપેલા વર્ણપટનો નોંધપાત્ર ઘટક ઘણીવાર સ્કેટરિંગ અને સાતત્ય ઘટકો દ્વારા આપવામાં આવે છે જે તરંગલંબાઇના સંદર્ભમાં સરળ તફાવત ધરાવે છે. આ વધુ માહિતી પૂરી પાડતી ન હોવાથી, વર્ણપટને બે ભાગોમાં વહેંચી શકાય છેઃ વર્ણપટનો સાતત્ય ઘટક ક્યાં છે અને જે રહે છે અને આપણે તેને વિભેદક ક્રોસ-સેક્શન કહીશું. તેથીઃ જ્યાં આપણે વિભેદક ઓપ્ટિકલ ઊંડાઈ (ડીઓડી) કહીએ છીએ. સાતત્ય ઘટકોને દૂર કરવાથી અને તરંગલંબાઇની અવલંબનમાં ઉમેરો કરવાથી મેટ્રિક્સ સમીકરણ ઉત્પન્ન થાય છે જેની સાથે વ્યુત્ક્રમ કરવુંઃ આનો અર્થ એ છે કે વ્યુત્ક્રમ કરતા પહેલા, ઓપ્ટિકલ ઊંડાઈ અને પ્રજાતિના ક્રોસ સેક્શન બંનેમાંથી સાતત્ય ઘટકોને દૂર કરવા આવશ્યક છે. આ ડી. ઓ. એ. એસ. પદ્ધતિની મહત્વપૂર્ણ "યુક્તિ" છે. વ્યવહારમાં, આ ફક્ત વર્ણપટમાં બહુપદીને ફીટ કરીને અને પછી તેને બાદ કરીને કરવામાં આવે છે. દેખીતી રીતે, આ માપવામાં આવેલી ઓપ્ટિકલ ઊંડાઈઓ અને વિભેદક ક્રોસ-સેક્શન સાથે ગણવામાં આવેલી ઊંડાઈઓ વચ્ચે ચોક્કસ સમાનતા પેદા કરશે નહીં પરંતુ તફાવત સામાન્ય રીતે નાનો હોય છે. વૈકલ્પિક રીતે એક સામાન્ય પદ્ધતિ જે ઓપ્ટિકલ ઘનતાથી બ્રોડ-બેન્ડ માળખાને દૂર કરવા માટે લાગુ કરવામાં આવે છે તે દ્વિપદી ઉચ્ચ-પાસ ગાળકો છે. ઉપરાંત, જ્યાં સુધી બે માપ વચ્ચેના માર્ગના તફાવતને સખત રીતે નક્કી કરી શકાતો નથી અને તેનો કોઈ ભૌતિક અર્થ (જેમ કે દૂરબીનનું અંતર અને લોંગપાથ-ડીઓએએસ સિસ્ટમ માટે રેટ્રો-રિફ્લેક્ટર) ન હોય ત્યાં સુધી પુનઃપ્રાપ્ત કરેલા જથ્થાઓ અર્થહીન રહેશે. લાક્ષણિક માપન ભૂમિતિ નીચે મુજબ હશેઃ સાધન હંમેશા સીધું ઉપર નિર્દેશ કરે છે. માપન દિવસના બે અલગ અલગ સમયે લેવામાં આવે છેઃ એક વખત આકાશમાં સૂર્યની ઊંચાઈ સાથે અને એક વખત ક્ષિતિજ નજીક તેની સાથે. બંને કિસ્સાઓમાં ટ્રોપોસ્ફિયરમાંથી પસાર થતાં પહેલાં પ્રકાશ સાધનમાં વિખેરાઈ જાય છે પરંતુ આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે સ્ટ્રેટોસ્ફિયરમાંથી જુદા જુદા માર્ગો લે છે. આનો સામનો કરવા માટે, આપણે એરમાસ ફેક્ટર તરીકે ઓળખાતા જથ્થાનો પરિચય આપીએ છીએ જે ઊભી સ્તંભની ઘનતા (નિરીક્ષણ સીધા ઉપર જોવામાં આવે છે, સૂર્ય સંપૂર્ણ પરાકાષ્ઠાએ હોય છે) અને સ્લેંટ સ્તંભની ઘનતા (સમાન નિરીક્ષણ કોણ, સૂર્ય અન્ય કોઈ ખૂણા પર હોય છે) વચ્ચેનો ગુણોત્તર આપે છેઃ જ્યાં એમ્ફી એ પ્રજાતિ i નું એરમાસ પરિબળ છે, તે ઊભી સ્તંભ છે અને તે સર્વોચ્ચ ખૂણા પર સૂર્ય સાથેનો સ્લેંટ સ્તંભ છે. વાયુભારના પરિબળો કિરણોત્સર્ગી સ્થાનાંતરણ ગણતરીઓ દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે. કેટલાક બીજગણિત ઊભી સ્તંભની ઘનતા દર્શાવે છે જે આના દ્વારા આપવામાં આવે છેઃ પ્રથમ માપન ભૂમિતિ પર કોણ ક્યાં છે અને બીજા પર કોણ ક્યાં છે. નોંધ લો કે આ પદ્ધતિ સાથે, સામાન્ય માર્ગ સાથેના સ્તંભને આપણા માપમાંથી બાદ કરવામાં આવશે અને તેને પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાતો નથી. આનો અર્થ એ છે કે, ઊર્ધ્વમંડળમાં માત્ર સ્તંભની ઘનતા જ પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય છે અને સ્તંભ ક્યાંથી શરૂ થાય છે તે શોધવા માટે બે માપ વચ્ચે વિખેરાઈ જવાનું સૌથી નીચું બિંદુ નક્કી કરવું આવશ્યક છે. સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ આઇ. યુ. પી. ખાતે ડી. ઓ. એ. એસ. જૂથ, બ્રેમેન ડી. ઓ. એ. એસ. અને આઇ. યુ. પી. ખાતે વાતાવરણીય રસાયણશાસ્ત્ર જૂથ, હેડલબર્ગ વ્યસ્ત સમસ્યાઓ રિમોટ સેન્સિંગ