Gas in scattering media absorption spectroscopy
गैस इन स्कैटरिंग मीडिया अब्सोर्प्शन स्पेक्ट्रोस्कोपी (जी. ए. एस. एम. ए. एस.) छिद्रपूर्ण और अत्यधिक स्कैटरिंग ठोस पदार्थों के भीतर स्थित गैस के संवेदन और विश्लेषण के लिए एक ऑप्टिकल तकनीक है, जैसे। पाउडर, मिट्टी के बर्तन, लकड़ी, फल, पारभासी पैकेज, दवा की गोलियाँ, फोम, मानव पैरानासल साइनस आदि। इसे 2001 में प्रो. सुने स्वानबर्ग और लुंड विश्वविद्यालय (स्वीडन) के सहकर्मियों द्वारा पेश किया गया था। तकनीक गैस के संवेदन और स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए पारंपरिक उच्च-रिज़ॉल्यूशन लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी से संबंधित है (जैसे। ट्यूनेबल डायोड लेजर अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी, टी. डी. एल. ए. एस.), लेकिन यह तथ्य कि यहाँ गैस ठोस पदार्थों के अंदर "छिपी हुई" है, महत्वपूर्ण अंतरों को जन्म देती है। बुनियादी सिद्धांत मुक्त गैसें बहुत तेज वर्णक्रमीय विशेषताओं को प्रदर्शित करती हैं, और विभिन्न गैस प्रजातियों के अपने अद्वितीय वर्णक्रमीय उंगलियों के निशान होते हैं। वायुमंडलीय दबाव पर, अवशोषण रेखा-चौड़ाई आम तौर पर 0.1 से. मी.-1 (अर्थात। ऑप्टिकल आवृत्ति में ~ 3 गीगाहर्ट्ज़ या तरंग दैर्ध्य में 0.006 nm), जबकि ठोस मीडिया में अवशोषण सुविधाओं के साथ सुस्त वर्णक्रमीय व्यवहार होता है जो हजार गुना व्यापक होता है। छिद्रपूर्ण नमूनों से निकलने वाले प्रकाश में तेज अवशोषण छापों की खोज करके, ठोस पदार्थों में सीमित गैसों का पता लगाना संभव है-भले ही ठोस अक्सर गैस की तुलना में बहुत अधिक प्रकाश को क्षीण कर देता है। जी. ए. एस. एम. ए. एस. का मूल सिद्धांत चित्र 1 में दिखाया गया है। लेजर प्रकाश को गैस गुहाओं वाले नमूने में भेजा जाता है, जो या तो छोटे छिद्र (बाएं) या बड़े गैस से भरे कक्ष हो सकते हैं। छिद्रपूर्ण सामग्री की विषम प्रकृति अक्सर मजबूत प्रकाश प्रकीर्णन को जन्म देती है, और पथ की लंबाई अक्सर आश्चर्यजनक रूप से लंबी होती है (नमूना आयाम का 10 या 100 गुना असामान्य नहीं है)। इसके अलावा, प्रकाश ठोस पदार्थ से संबंधित अवशोषण का अनुभव करेगा। सामग्री के माध्यम से यात्रा करते समय, प्रकाश आंशिक रूप से छिद्रों के माध्यम से यात्रा करेगा, और इस प्रकार वर्णक्रमीय रूप से तेज गैस अवशोषण का अनुभव करेगा। सामग्री से निकलने वाला प्रकाश इस जानकारी को ले जाएगा, और एक डिटेक्टर द्वारा या तो संचरण मोड (बाएं) या प्रतिबिंब मोड (दाएं) में एकत्र किया जा सकता है। गैस से संबंधित वर्णक्रमीय रूप से तेज उंगलियों के निशान का पता लगाने के लिए, जी. ए. एस. एम. ए. एस. ने अब तक उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्यूनेबल डायोड लेजर अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (टी. डी. एल. ए. एस.) पर भरोसा किया है। सिद्धांत रूप में, इसका मतलब है कि एक लगभग एकवर्णी (संकीर्ण-बैंडविड्थ) लेजर को गैस की अवशोषण रेखा के पार स्कैन किया जाता है, और एक डिटेक्टर संचरण प्रोफ़ाइल को रिकॉर्ड करता है। संवेदनशीलता बढ़ाने के लिए, मॉडुलन तकनीकों का अक्सर उपयोग किया जाता है। गैस अवशोषण की ताकत, जैसा कि बीयर-लैम्बर्ट नियम द्वारा दी गई है, गैस की सांद्रता और पथ-लंबाई दोनों पर निर्भर करेगी जो प्रकाश ने गैस के माध्यम से यात्रा की है। पारंपरिक टी. डी. एल. ए. एस. में, पथ-लंबाई ज्ञात होती है और सान्द्रता की गणना संचरण से आसानी से की जाती है। जी. ए. एस. एम. ए. एस. में, व्यापक प्रकीर्णन पथ की लंबाई को अज्ञात बनाता है और गैस सांद्रता का निर्धारण बढ़ जाता है। हालाँकि, कई अनुप्रयोगों में, गैस की सांद्रता ज्ञात है और अन्य मापदंड फोकस में हैं। इसके अलावा, जैसा कि 2.2 में चर्चा की गई है, ऐसी पूरक तकनीकें हैं जो ऑप्टिकल पथ की लंबाई के बारे में जानकारी प्रदान कर सकती हैं, इस प्रकार गैस सांद्रता के मूल्यांकन की भी अनुमति देती हैं। चुनौती प्रकाश का प्रसार अज्ञात अंतःक्रिया पथ लंबाई ऑप्टिकल हस्तक्षेप शोर यह सर्वविदित है कि लेजर-आधारित गैस स्पेक्ट्रोस्कोपी में ऑप्टिकल हस्तक्षेप अक्सर एक बड़ी समस्या होती है। पारंपरिक लेजर-आधारित गैस स्पेक्ट्रोमीटर में, ऑप्टिकल हस्तक्षेप से उत्पन्न होता है जैसे। ऑप्टिकल घटकों और मल्टी-पास गैस कोशिकाओं में (या उनके बीच) इटालोन-प्रकार का हस्तक्षेप प्रभाव। वर्षों से, इस समस्या से निपटने के लिए बहुत प्रयास किए गए हैं। शुरू से ही हस्तक्षेप को कम करने के लिए उचित ऑप्टिकल डिजाइन महत्वपूर्ण है (जैसे। ऑप्टिकल घटकों को झुकाकर, संचारी प्रकाशिकी से बचकर और विरोधी-प्रतिबिंब परत का उपयोग करके), लेकिन हस्तक्षेप पैटर्न को पूरी तरह से टाला नहीं जा सकता है और अक्सर गैस अवशोषण से अलग करना मुश्किल होता है। चूँकि गैस स्पेक्ट्रोस्कोपी में अक्सर छोटे अवशोषण अंशों (10−7 तक) की माप शामिल होती है, इसलिए हस्तक्षेप का उचित प्रबंधन महत्वपूर्ण है। उपयोग किए गए प्रति-उपायों में अनुकूलित ऑप्टिकल डिजाइन, अनुरूप लेजर मॉड्यूलेशन, मैकेनिकल डिथरिंग, सिग्नल पोस्ट-प्रोसेसिंग, नमूना मॉड्यूलेशन और बेसलाइन रिकॉर्डिंग और हस्तक्षेप घटाव शामिल हैं। जी. ए. एस. एम. ए. एस. के मामले में, ऑप्टिकल हस्तक्षेप विशेष रूप से बोझिल है। यह गंभीर धब्बे-प्रकार के हस्तक्षेप से संबंधित है जो लेजर प्रकाश और अत्यधिक प्रकीर्णन ठोस पदार्थों के बीच बातचीत से उत्पन्न होता है। चूंकि यह अत्यधिक गैर-समान हस्तक्षेप उपयोगिता संकेत के समान स्थान पर उत्पन्न होता है, इसलिए इसे डिजाइन द्वारा हटाया नहीं जा सकता है। अध्ययन के तहत छिद्रपूर्ण सामग्री के ऑप्टिकल गुण हस्तक्षेप पैटर्न को निर्धारित करते हैं, और हस्तक्षेप का स्तर शायद ही कभी वास्तविक गैस अवशोषण संकेतों की तुलना में बहुत अधिक मजबूत नहीं होता है। यादृच्छिक मैकेनिकल डिथरिंग (जैसे। लेजर बीम डाइथरिंग और/या नमूना रोटेशन) जी. ए. एस. एम. ए. एस. में प्रभावी पाया गया है। हालांकि, यह दृष्टिकोण स्थिर हस्तक्षेप को एक यादृच्छिक शोर में परिवर्तित करता है जिसे औसत से दूर किया जाना चाहिए, इस प्रकार अधिग्रहण के लिए लंबे समय की आवश्यकता होती है। बेसलाइन रिकॉर्डिंग और हस्तक्षेप घटाव कुछ जी. ए. एस. एम. ए. एस. अनुप्रयोगों में लागू हो सकते हैं, जैसा कि ऊपर वर्णित अन्य विधियों में से हो सकता है। अनुप्रयोग चिकित्सा निदान ऑप्टिकल पोरोसिमेट्री देखें सुखाने की प्रक्रियाओं की निगरानी देखें औषधीय अनुप्रयोग देखें भोजन और खाद्य पैकेजिंग की निगरानी आज हम जो भोजन खाते हैं, उनमें से अधिकांश को भोजन की गुणवत्ता सुनिश्चित करने और परिवहन और वितरण की संभावना प्रदान करने के लिए विभिन्न प्रकार के पैकेजों में रखा जाता है। इनमें से कई पैकेज हवा या गैस से तंग होते हैं, जिससे बिना छिद्र के गैस संरचना का अध्ययन करना मुश्किल हो जाता है। कई मामलों में पैकेज को नष्ट किए बिना गैसों की संरचना का अध्ययन करना बहुत महत्वपूर्ण है। शायद सबसे अच्छा उदाहरण खाद्य पैकेजों में ऑक्सीजन की मात्रा का अध्ययन है। ऑक्सीजन प्राकृतिक रूप से अधिकांश खाद्य और खाद्य पैकेजों में मौजूद होती है क्योंकि यह हवा में एक प्रमुख घटक है। हालांकि, रासायनिक और सूक्ष्म जीववैज्ञानिक गतिविधि में वृद्धि के लिए इसके स्रोत के कारण, जैविक पदार्थों की उम्र बढ़ने के लिए ऑक्सीजन भी एक बड़ा कारण या आवश्यकता है। आज, खाद्य पैकेजों में ऑक्सीजन की मात्रा को कम करने और नियंत्रित करने के लिए [संशोधित वातावरण] (एमएपी) और [नियंत्रित वातावरण] पैकेजिंग (सीएपी) जैसी विधियों को लागू किया जाता है ताकि [भंडारण जीवन] को बढ़ाया जा सके और सुरक्षित भोजन सुनिश्चित किया जा सके। इन विधियों की प्रभावशीलता को सुनिश्चित करने के लिए इन पैकेजों के अंदर ऑक्सीजन (और अन्य गैसों) की सांद्रता को नियमित रूप से मापना महत्वपूर्ण है। जी. ए. एस. एम. ए. एस. किसी भी भोजन या पैकेज को नष्ट किए बिना गैर-घुसपैठ से ऐसा करने की संभावना प्रदान करता है। बिना छिद्रण के पैकेजों में गैस-संरचना को मापने के दो मुख्य लाभ यह हैं कि नियंत्रण प्रक्रिया में कोई भी भोजन बर्बाद नहीं होता है और गैस संरचना की किसी भी समय-निर्भरता की निगरानी के लिए एक विस्तारित समय अवधि के दौरान एक ही पैकेज को बार-बार नियंत्रित किया जा सकता है। अध्ययनों का उपयोग पैकेजों की जकड़न की गारंटी देने के लिए किया जा सकता है, लेकिन खाद्य क्षरण प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए भी किया जा सकता है। अधिकांश भोजन में मुक्त गैस होती है जो छिद्रों में वितरित होती है। फल, रोटी, आटा, सेम, पनीर आदि इसके उदाहरण हैं। इसके अलावा यह गैस गुणवत्ता और परिपक्वता स्तर की निगरानी के लिए अध्ययन करने के लिए बहुत मूल्यवान हो सकती है (उदाहरण के लिए देखें। और)। नैनोपोरस पदार्थों में सीमित गैस की स्पेक्ट्रोस्कोपी संदर्भ देखें पैकेजिंग, भोजन और चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए बाहरी लिंक जीएएसएमएएस प्रौद्योगिकी। स्पेक्ट्रोस्कोपी