Laser diffraction analysis
લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણ, જેને લેસર વિવર્તન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે એક એવી તકનીક છે જે કણોના ભૌમિતિક પરિમાણોને ઝડપથી માપવા માટે નેનોમીટરથી લઈને મિલીમીટર સુધીના કદના કોઈપણ પદાર્થમાંથી પસાર થતા લેસર બીમની વિવર્તન પેટર્નનો ઉપયોગ કરે છે. આ કણ કદ વિશ્લેષણ પ્રક્રિયા વોલ્યુમેટ્રિક પ્રવાહ દર પર આધારિત નથી, જે સમય જતાં સપાટી પરથી પસાર થતા કણોની માત્રા છે. ફ્રેનહોફર વિ. મી થિયરી લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણ મૂળરૂપે ફ્રેનહોફર વિવર્તન સિદ્ધાંત પર આધારિત છે, જેમાં જણાવવામાં આવ્યું છે કે કણ દ્વારા વિખેરાયેલા પ્રકાશની તીવ્રતા કણના કદની સીધી પ્રમાણસર હોય છે. લેસર બીમ અને કણોના કદના કોણનો વિપરીત પ્રમાણસર સંબંધ હોય છે, જ્યાં કણોના કદમાં ઘટાડો થતાં લેસર બીમનો કોણ વધે છે અને તેનાથી ઊલટું. માઈ સ્કેટરિંગ મોડેલ અથવા માઈ થિયરીનો ઉપયોગ 1990ના દાયકાથી ફ્રાઉનહોફર થિયરીના વિકલ્પ તરીકે થાય છે. વાણિજ્યિક લેસર વિવર્તન વિશ્લેષકો વપરાશકર્તાને ડેટા વિશ્લેષણ માટે ફ્રાઉનહોફર અથવા મી સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરવાની પસંદગી આપે છે, તેથી બંને મોડેલોની શક્તિ અને મર્યાદાઓને સમજવાનું મહત્વ છે. ફ્રાઉનહોફર સિદ્ધાંત માત્ર કણના સમોચ્ચ પર થતી વિવર્તનની ઘટનાઓને ધ્યાનમાં લે છે. તેનો મુખ્ય ફાયદો એ છે કે તેને કણોની સામગ્રીના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો (જટિલ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ) ના કોઈ જ્ઞાનની જરૂર નથી. તેથી તે સામાન્ય રીતે અજ્ઞાત ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોના નમૂનાઓ પર અથવા વિવિધ સામગ્રીના મિશ્રણ પર લાગુ થાય છે. જાણીતા ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોના નમૂનાઓ માટે, ફ્રેનહોફર સિદ્ધાંત માત્ર પ્રકાશ સ્રોતની તરંગલંબાઇ કરતાં ઓછામાં ઓછા 10 ગણા મોટા અપેક્ષિત વ્યાસના કણો અને/અથવા અપારદર્શક કણો માટે લાગુ થવો જોઈએ. માઈ સિદ્ધાંત ગોળાકાર કણો પર વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોના વિખેરણને માપવા પર આધારિત છે. તેથી, તે માત્ર કણોના સમોચ્ચ પરના વિવર્તનને જ ધ્યાનમાં લેતું નથી, પરંતુ કણોની અંદર અને તેની સપાટી પરની રીફ્રેક્શન, પ્રતિબિંબ અને શોષણની ઘટનાઓને પણ ધ્યાનમાં લે છે. આમ, આ સિદ્ધાંત ફ્રેનહોફર સિદ્ધાંત કરતાં પ્રકાશ સ્રોતની તરંગલંબાઇ કરતા નોંધપાત્ર રીતે મોટા ન હોય તેવા કણો અને પારદર્શક કણો માટે વધુ યોગ્ય છે. મોડેલની મુખ્ય મર્યાદા એ છે કે તેને કણોની સામગ્રીના જટિલ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ (શોષણ ગુણાંક સહિત) નું ચોક્કસ જ્ઞાન જરૂરી છે. માઈ સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરીને લેસર વિવર્તનની નીચી સૈદ્ધાંતિક શોધ મર્યાદા સામાન્ય રીતે 10 એનએમની આસપાસ હોવાનું માનવામાં આવે છે. ઓપ્ટિકલ સેટઅપ લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણ સામાન્ય રીતે લાલ હે-ને લેસર અથવા લેસર ડાયોડ, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ વીજ પુરવઠો અને માળખાકીય પેકેજિંગ દ્વારા પૂર્ણ થાય છે. વૈકલ્પિક રીતે, વાદળી લેસર ડાયોડ અથવા ટૂંકા તરંગલંબાઇના એલઇડીનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. પ્રકાશ સ્રોત શોધની મર્યાદાને અસર કરે છે, જેમાં સબમાઇક્રોન કણોની શોધ માટે ટૂંકા તરંગલંબાઇના લેસરો વધુ યોગ્ય છે. લેસર દ્વારા ઉત્પન્ન થતી પ્રકાશ ઊર્જાનું કોણ વિખેરાયેલા કણોના પ્રવાહમાંથી પસાર થતા પ્રકાશના કિરણ દ્વારા અને પછી સંવેદક દ્વારા શોધાય છે. વિશ્લેષણ કરવામાં આવી રહેલા પદાર્થ અને ડિટેક્ટરના કેન્દ્રબિંદુ વચ્ચે લેન્સ મૂકવામાં આવે છે, જેના કારણે માત્ર આસપાસના લેસરનું વિવર્તન દેખાય છે. લેસર જે માપનું વિશ્લેષણ કરી શકે છે તે લેન્સની ફોકલ લંબાઈ, લેન્સથી તેના ફોકસના બિંદુ સુધીના અંતર પર આધાર રાખે છે. જેમ જેમ કેન્દ્રની લંબાઈ વધે છે તેમ તેમ લેસર જે વિસ્તારને શોધી શકે છે તે પણ વધે છે, જે પ્રમાણસર સંબંધ દર્શાવે છે. બહુવિધ પ્રકાશ શોધકનો ઉપયોગ વિક્ષેપિત પ્રકાશને એકત્રિત કરવા માટે થાય છે, જે લેસર બીમ સંબંધિત નિશ્ચિત ખૂણાઓ પર મૂકવામાં આવે છે. વધુ ડિટેક્ટર તત્વો સંવેદનશીલતા અને કદની મર્યાદાને વિસ્તૃત કરે છે. ત્યારબાદ કમ્પ્યુટરનો ઉપયોગ ઉત્પાદિત પ્રકાશ ઊર્જા અને તેના લેઆઉટમાંથી પદાર્થના કણોના કદને શોધવા માટે થઈ શકે છે, જે કમ્પ્યુટર કણોની આવર્તન અને તરંગલંબાઇ પર એકત્રિત કરેલા ડેટામાંથી મેળવે છે. વ્યવહારુ શબ્દોમાં, લેસર વિવર્તન સાધનો પ્રવાહી સસ્પેન્શનમાં કણોને માપી શકે છે, વાહક દ્રાવકનો ઉપયોગ કરીને, અથવા શુષ્ક પાવડર તરીકે, કણોને ગતિશીલ કરવા માટે સંકુચિત હવા અથવા ફક્ત ગુરુત્વાકર્ષણનો ઉપયોગ કરીને. સ્પ્રે અને એરોસોલને સામાન્ય રીતે ચોક્કસ સુયોજનની જરૂર પડે છે. પરિણામો વોલ્યુમ-ભારિત કણ કદ વિતરણ કારણ કે ડિટેક્ટર એરે દ્વારા નોંધાયેલી પ્રકાશ ઊર્જા કણોના કદના પ્રમાણમાં હોય છે, લેસર વિવર્તન પરિણામો આંતરિક રીતે વોલ્યુમ-ભારિત હોય છે. આનો અર્થ એ છે કે કણ કદનું વિતરણ વિવિધ કદના વર્ગોમાં કણ સામગ્રીના જથ્થાને રજૂ કરે છે. આ ગણતરી આધારિત ઓપ્ટિકલ પદ્ધતિઓથી વિપરીત છે જેમ કે માઇક્રોસ્કોપી અથવા ડાયનેમિક ઇમેજ એનાલિસિસ, જે વિવિધ કદના વર્ગોમાં કણોની સંખ્યાનો અહેવાલ આપે છે. વિક્ષેપિત પ્રકાશ કણોના કદના પ્રમાણસર છે તે પણ સૂચવે છે કે પરિણામો કણોની ગોળાકારતા ધારી રહ્યા છે, એટલે કે. કે કણોના કદનું પરિણામ સમકક્ષ ગોળાકાર વ્યાસ છે. તેથી કણોના આકારને તકનીક દ્વારા નક્કી કરી શકાતો નથી. લેસર વિવર્તન પરિણામોની મુખ્ય ગ્રાફિકલ રજૂઆત વોલ્યુમ-ભારિત કણ કદ વિતરણ છે, જે ઘનતા વિતરણ (જે વિવિધ સ્થિતિઓને પ્રકાશિત કરે છે) અથવા સંચિત અંડરસાઇઝ વિતરણ તરીકે રજૂ થાય છે. આંકડાકીય પરિણામો સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા આંકડાકીય લેસર વિવર્તન પરિણામો આ પ્રમાણે છેઃ મધ્ય વોલ્યુમ-ભારિત વ્યાસ, અથવા D50. સંચિત વળાંકમાંથી મેળવેલ, તે કણોના વ્યાસને રજૂ કરે છે જે ઉપલા 50 ટકા ડેટાને નીચલા 50 ટકાથી અલગ કરે છે. D10 અને D90 મૂલ્યો પણ સંચિત વળાંકમાંથી મેળવવામાં આવ્યા છે. સરેરાશ કદ-ભારિત વ્યાસ, જેને ડી [4,3] અથવા ડી બ્રૂકેરે સરેરાશ વ્યાસ પણ કહેવાય છે. ગાળો, જે કણોના કદના વિતરણની પહોળાઈનું માપ આપે છે, અને તેની ગણતરી ગાળો = [D90-D10]/D50 તરીકે કરવામાં આવે છે. પરિણામની ગુણવત્તા અને સાધનની માન્યતા લેસર વિવર્તન માપનની ચોકસાઈ અને ચોકસાઇ માટેના સુસંગત ધોરણોને ISO દ્વારા, પ્રમાણભૂત ISO 13320:2020 માં અને યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ ફાર્માકોપિયા દ્વારા, USP <429> પ્રકરણમાં વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યા છે. ઉપયોગ લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કણ-કદની વસ્તુઓને માપવા માટે કરવામાં આવે છે, જેમ કેઃ માટીની રચના અને માટી અને કાદવ જેવા કાંપના વિતરણનું નિરીક્ષણ, જેમાં કાંપ અને માટીના મોટા નમૂનાઓના કદ પર ભાર મૂકવામાં આવે છે. નદીમુખમાં કણોના મૂળ સ્થાને માપ નક્કી કરવા. નદીમુખમાંના કણો મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તેઓ કુદરતી અથવા પ્રદૂષક રાસાયણિક પ્રજાતિઓને સરળતાથી ફરવા દે છે. નદીમુખમાં કણોનું કદ, ઘનતા અને સ્થિરતા તેમના પરિવહન માટે મહત્વપૂર્ણ છે. લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણનો ઉપયોગ અહીં આ દાવાને ટેકો આપવા માટે કણોના કદના વિતરણની તુલના કરવા તેમજ વિવિધ કણોને કારણે ઉદ્ભવતા નદીમુખમાં પરિવર્તનના ચક્ર શોધવા માટે થાય છે. જ્યારે ભીની હોય ત્યારે માટી અને તેની સ્થિરતા. જમીનના એકત્રીકરણની સ્થિરતા (ભેજવાળી માટી દ્વારા એકસાથે રાખવામાં આવેલા ઝુંડ) અને માટીના વિખેરણ (ભેજવાળી જમીનમાં અલગ થતી માટી), સેરાડો સવાના પ્રદેશમાં જમીનની બે જુદી જુદી સ્થિતિઓની સરખામણી લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણ સાથે કરવામાં આવી હતી કે કેમ તે નક્કી કરવા માટે કે ખેડાણની અસર છે કે કેમ. અલગ અલગ સમયાંતરે ખેડ કરતા પહેલા અને ખેડ્યા પછી માપણી કરવામાં આવતી હતી. જ્યારે માટીનું એકત્રીકરણ થતું હતું ત્યારે માટીના ફેલાવાને ખેડવાથી અસર થતી નથી. શીયર હેઠળ એરિથ્રોસાઇટ વિકૃતિ. ટેન્ક ટ્રેડિંગ નામની એક ખાસ ઘટનાને કારણે, એરિથ્રોસાઇટ (લાલ રક્તકણો, આરબીસી) નું પટલ શીયર બળ અને કોષના કોષરસની સાપેક્ષમાં ફરે છે, જેના કારણે આરબીસી પોતાને દિશા આપે છે. ઓરિએન્ટેડ અને ખેંચાયેલા લાલ રક્તકણોમાં દરેક દિશામાં સ્પષ્ટ કણોના કદનું પ્રતિનિધિત્વ કરતી વિવર્તન પેટર્ન હોય છે, જે એરિથ્રોસાઇટની વિકૃતિ અને કોષોની દિશા નિર્ધારિત કરવાનું શક્ય બનાવે છે. એકટેસીટોમીટરમાં એરિથ્રોસાઇટની વિકૃતિને બદલાતા ઓસ્મોટિક તણાવ અથવા ઓક્સિજન તણાવ હેઠળ માપી શકાય છે અને તેનો ઉપયોગ જન્મજાત હેમોલિટીક એનિમિયાના નિદાન અને અનુવર્તી કાર્યવાહીમાં થાય છે. સરખામણીઓ લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણ એ કણોને માપવાની એકમાત્ર રીત નથી તેથી તેની સરખામણી ચાળણી-પાઇપેટ પદ્ધતિ સાથે કરવામાં આવી છે, જે અનાજના કદના વિશ્લેષણ માટેની પરંપરાગત તકનીક છે. જ્યારે સરખામણી કરવામાં આવે ત્યારે, પરિણામો દર્શાવે છે કે લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણ ઝડપી ગણતરીઓ કરે છે જે એક વખતના વિશ્લેષણ પછી ફરીથી બનાવવાનું સરળ હતું, મોટા નમૂનાના કદની જરૂર નહોતી અને મોટા પ્રમાણમાં ડેટા ઉત્પન્ન કરે છે. પરિણામોને સરળતાથી હેરફેર કરી શકાય છે કારણ કે ડેટા ડિજિટલ સપાટી પર છે. ચાળણી-પાઇપેટ પદ્ધતિ અને લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણ બંને નાના પદાર્થોનું વિશ્લેષણ કરવામાં સક્ષમ છે, પરંતુ લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણ તેના કણ માપનની સમકક્ષ પદ્ધતિ કરતાં વધુ ચોકસાઇમાં પરિણમ્યું છે. ટીકા લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણને નીચેના ક્ષેત્રોમાં માન્યતામાં પ્રશ્ન કરવામાં આવ્યો છેઃ રેન્ડમ રૂપરેખાંકન અને વોલ્યુમ મૂલ્યો ધરાવતા કણો સહિતની ધારણાઓ. કેટલાક વિખેરાઈ એકમોમાં, કણો તોફાની પ્રવાહને બદલે પોતાને એક સાથે સંરેખિત કરતા દર્શાવવામાં આવ્યા છે, જેના કારણે તેઓ પોતાને સુવ્યવસ્થિત દિશામાં દોરી જાય છે. લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણમાં ઉપયોગમાં લેવાતા અલ્ગોરિધમ્સ સંપૂર્ણ રીતે માન્ય નથી. ખોટી દેખાતી માહિતીને ટાળવાના પ્રયાસ તરીકે વપરાશકર્તાઓ દ્વારા કરવામાં આવેલી ધારણાઓ સાથે મેળ ખાતી માહિતી એકત્રિત કરવા માટે વિવિધ અલ્ગોરિધમ્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. પદાર્થો પર તીક્ષ્ણ ધારને કારણે માપની અચોક્કસતા. લેસર વિવર્તન વિશ્લેષણમાં લેસર તેમના પર બનાવેલા મોટા ખૂણાઓને કારણે તીક્ષ્ણ ધાર પર કાલ્પનિક કણોને શોધવાની તક હોય છે. જ્યારે ઓપ્ટિકલ ઇમેજિંગની માહિતી એકઠી કરવાની સરખામણીમાં, અન્ય કણ-કદની તકનીક, બિન-ગોળાકાર કણો માટે બંને વચ્ચેનો સહસંબંધ નબળો હતો. આ એ હકીકતને કારણે છે કે અંતર્ગત ફ્રાઉનહોફર અને મી સિદ્ધાંતો માત્ર ગોળાકાર કણોને આવરી લે છે. બિન-ગોળાકાર કણો વધુ ફેલાયેલી છૂટાછવાયા પેટર્નનું કારણ બને છે અને તેનું અર્થઘટન કરવું વધુ મુશ્કેલ છે. કેટલાક ઉત્પાદકોએ તેમના સોફ્ટવેરમાં એલ્ગોરિધમ્સનો સમાવેશ કર્યો છે, જે આંશિક રીતે બિન-ગોળાકાર કણોની ભરપાઈ કરી શકે છે. આ પણ જુઓ વિવર્તન ટોમોગ્રાફી લેસર લેખોની સૂચિ કણ કદ વિતરણ સંદર્ભો સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી