Laser diffraction analysis
लेजर विवर्तन विश्लेषण, जिसे लेजर विवर्तन स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में भी जाना जाता है, एक ऐसी तकनीक है जो किसी कण के ज्यामितीय आयामों को जल्दी से मापने के लिए नैनोमीटर से लेकर मिलीमीटर आकार तक की किसी भी वस्तु से गुजरने वाले लेजर बीम के विवर्तन पैटर्न का उपयोग करती है। यह कण आकार विश्लेषण प्रक्रिया आयतन प्रवाह दर, समय के साथ सतह से गुजरने वाले कणों की मात्रा पर निर्भर नहीं करती है। फ्राउनहोफर बनाम माई सिद्धांत लेजर विवर्तन विश्लेषण मूल रूप से फ्राउनहोफर विवर्तन सिद्धांत पर आधारित है, जिसमें कहा गया है कि एक कण द्वारा बिखरे हुए प्रकाश की तीव्रता कण के आकार के सीधे आनुपातिक है। लेजर किरण और कण के आकार के कोण का एक व्युत्क्रमानुपाती संबंध होता है, जहां कण के आकार में कमी के साथ लेजर किरण का कोण बढ़ता है और इसके विपरीत होता है। माइ स्कैटरिंग मॉडल, या माइ सिद्धांत, का उपयोग 1990 के दशक से फ्राउनहोफर सिद्धांत के विकल्प के रूप में किया जाता है। वाणिज्यिक लेजर विवर्तन विश्लेषक उपयोगकर्ता को डेटा विश्लेषण के लिए फ्राउनहोफर या माई सिद्धांत का उपयोग करने का विकल्प देते हैं, इसलिए दोनों मॉडलों की ताकत और सीमाओं को समझने का महत्व है। फ्राउनहोफर सिद्धांत केवल कण के समोच्च पर होने वाली विवर्तन घटनाओं को ध्यान में रखता है। इसका मुख्य लाभ यह है कि इसे कण की सामग्री के प्रकाशिक गुणों (जटिल अपवर्तक सूचकांक) के किसी भी ज्ञान की आवश्यकता नहीं है। इसलिए यह आम तौर पर अज्ञात ऑप्टिकल गुणों के नमूनों, या विभिन्न सामग्रियों के मिश्रण पर लागू होता है। ज्ञात प्रकाशिक गुणों के नमूनों के लिए, फ्राउनहोफर सिद्धांत को केवल प्रकाश स्रोत की तरंग दैर्ध्य से कम से कम 10 गुना बड़े अनुमानित व्यास के कणों और/या अपारदर्शी कणों के लिए लागू किया जाना चाहिए। माइ सिद्धांत गोलाकार कणों पर विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रकीर्णन को मापने पर आधारित है। इसलिए, यह न केवल कण के समोच्च पर विवर्तन को ध्यान में रख रहा है, बल्कि कण के भीतर और इसकी सतह पर अपवर्तन, प्रतिबिंब और अवशोषण घटनाओं को भी ध्यान में रख रहा है। इस प्रकार, यह सिद्धांत फ्राउनहोफर सिद्धांत की तुलना में उन कणों के लिए बेहतर है जो प्रकाश स्रोत की तरंग दैर्ध्य से काफी बड़े नहीं हैं, और पारदर्शी कणों के लिए। मॉडल की मुख्य सीमा यह है कि इसके लिए कण की सामग्री के जटिल अपवर्तक सूचकांक (अवशोषण गुणांक सहित) के सटीक ज्ञान की आवश्यकता होती है। माइ सिद्धांत का उपयोग करते हुए लेजर विवर्तन की निचली सैद्धांतिक पहचान सीमा को आम तौर पर 10 एनएम के आसपास माना जाता है। ऑप्टिकल सेटअप लेजर विवर्तन विश्लेषण आमतौर पर एक लाल हे-ने लेजर या लेजर डायोड, एक उच्च-वोल्टेज बिजली की आपूर्ति और संरचनात्मक पैकेजिंग के माध्यम से पूरा किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, नीले लेजर डायोड या कम तरंग दैर्ध्य के एल. ई. डी. का उपयोग किया जा सकता है। प्रकाश स्रोत पता लगाने की सीमा को प्रभावित करता है, जिसमें छोटी तरंग दैर्ध्य के लेजर सबमाइक्रॉन कणों का पता लगाने के लिए बेहतर अनुकूल होते हैं। लेजर द्वारा उत्पादित प्रकाश ऊर्जा के कोण का पता प्रकाश की किरण के बिखरे हुए कणों के प्रवाह से गुजरने और फिर एक संवेदक पर जाने से लगाया जाता है। विश्लेषण की जा रही वस्तु और डिटेक्टर के केंद्र बिंदु के बीच एक लेंस रखा जाता है, जिससे केवल आसपास का लेजर विवर्तन दिखाई देता है। लेजर जिस आकार का विश्लेषण कर सकता है, वह लेंस की फोकल लंबाई, लेंस से उसके फोकस बिंदु तक की दूरी पर निर्भर करता है। जैसे-जैसे फोकल लंबाई बढ़ती है, लेजर जिस क्षेत्र का पता लगा सकता है वह भी बढ़ता है, जो एक आनुपातिक संबंध प्रदर्शित करता है। विक्षेपित प्रकाश को इकट्ठा करने के लिए कई प्रकाश डिटेक्टरों का उपयोग किया जाता है, जिन्हें लेजर बीम के सापेक्ष निश्चित कोणों पर रखा जाता है। अधिक डिटेक्टर तत्व संवेदनशीलता और आकार सीमा का विस्तार करते हैं। एक कंप्यूटर का उपयोग तब उत्पादित प्रकाश ऊर्जा और उसके लेआउट से वस्तु के कण आकार का पता लगाने के लिए किया जा सकता है, जिसे कंप्यूटर कण आवृत्तियों और तरंग दैर्ध्य पर एकत्र किए गए डेटा से प्राप्त करता है। व्यावहारिक शब्दों में, लेजर विवर्तन उपकरण तरल निलंबन में कणों को माप सकते हैं, एक वाहक विलायक का उपयोग करके, या सूखे पाउडर के रूप में, कणों को जुटाने के लिए संपीड़ित हवा या बस गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करके। स्प्रे और एरोसोल को आम तौर पर एक विशिष्ट व्यवस्था की आवश्यकता होती है। परिणाम आयतन-भारित कण आकार वितरण क्योंकि डिटेक्टर सरणी द्वारा दर्ज प्रकाश ऊर्जा कणों की आयतन के समानुपाती होती है, लेजर विवर्तन परिणाम आंतरिक रूप से आयतन-भारित होते हैं। इसका मतलब है कि कण आकार वितरण विभिन्न आकार वर्गों में कण सामग्री की मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है। यह गणना-आधारित ऑप्टिकल विधियों जैसे सूक्ष्मदर्शी या गतिशील छवि विश्लेषण के विपरीत है, जो विभिन्न आकार वर्गों में कणों की संख्या की रिपोर्ट करते हैं। यह कि विवर्तित प्रकाश कण के आयतन के समानुपाती है, यह भी दर्शाता है कि परिणाम कण गोलाकारता मान रहे हैं, अर्थात। कि कण आकार का परिणाम एक समतुल्य गोलाकार व्यास है। इसलिए कण आकार को तकनीक द्वारा निर्धारित नहीं किया जा सकता है। लेजर विवर्तन परिणामों का मुख्य चित्रमय प्रतिनिधित्व आयतन-भारित कण आकार वितरण है, जिसे या तो घनत्व वितरण (जो विभिन्न तरीकों पर प्रकाश डालता है) या संचयी कम आकार वितरण के रूप में दर्शाया जाता है। संख्यात्मक परिणाम सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले संख्यात्मक लेजर विवर्तन परिणाम हैंः मध्य आयतन-भारित व्यास, या D50। संचयी वक्र से व्युत्पन्न, यह कण व्यास का प्रतिनिधित्व करता है जो डेटा के ऊपरी 50 प्रतिशत को निचले 50 प्रतिशत से अलग करता है। D10 और D90 मान भी संचयी वक्र से प्राप्त होते हैं। औसत आयतन-भारित व्यास, जिसे डी [4,3] या डी ब्रूकेरे औसत व्यास भी कहा जाता है। अवधि, जो कण आकार वितरण की चौड़ाई का एक माप देता है, और अवधि = [D90-D10]/D50 के रूप में गणना की जाती है। परिणाम की गुणवत्ता और उपकरण सत्यापन लेजर विवर्तन मापों की सटीकता और सटीकता के लिए सामंजस्यपूर्ण मानकों को आईएसओ द्वारा, मानक आईएसओ 13320:2020 में, और संयुक्त राज्य अमेरिका फार्माकोपिया द्वारा, अध्याय यूएसपी <429> में परिभाषित किया गया है। उपयोग लेजर विवर्तन विश्लेषण का उपयोग कण-आकार की वस्तुओं को मापने के लिए किया गया है जैसे किः मिट्टी की बनावट और मिट्टी और मिट्टी जैसे तलछट के वितरण का निरीक्षण, गाद और मिट्टी के बड़े नमूनों के आकार पर जोर देने के साथ। ज्वारनदमुखों में कणों के मूल स्थान माप का निर्धारण। ज्वारनदमुखों में कण महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे प्राकृतिक या प्रदूषक रासायनिक प्रजातियों को आसानी से घूमने देते हैं। ज्वारनदमुखों में कणों का आकार, घनत्व और स्थिरता उनके परिवहन के लिए महत्वपूर्ण हैं। लेजर विवर्तन विश्लेषण का उपयोग इस दावे का समर्थन करने के लिए कण आकार वितरण की तुलना करने के साथ-साथ विभिन्न कणों के कारण होने वाले ज्वारनदमुखों में परिवर्तन के चक्रों को खोजने के लिए किया जाता है। गीली होने पर मिट्टी और उसकी स्थिरता। मिट्टी के एकत्रीकरण की स्थिरता (नम मिट्टी द्वारा एक साथ रखे गए गुच्छे) और मिट्टी के फैलाव (नम मिट्टी में अलग होने वाली मिट्टी), सेराडो सवाना क्षेत्र में मिट्टी की दो अलग-अलग अवस्थाओं की तुलना लेजर विवर्तन विश्लेषण के साथ की गई ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि क्या जुताई का दोनों पर प्रभाव पड़ा है। जुताई से पहले और जुताई के बाद अलग-अलग समय अंतराल के लिए माप किए जाते थे। जुताई से मिट्टी का फैलाव प्रभावित नहीं हुआ, जबकि मिट्टी का एकत्रीकरण हुआ। कतरनी के तहत एरिथ्रोसाइट विकृति। टैंक ट्रेडिंग नामक एक विशेष घटना के कारण, एरिथ्रोसाइट (लाल रक्त कोशिका, आरबीसी) की झिल्ली कतरनी बल और कोशिका के कोशिका द्रव्य के सापेक्ष घूमती है जिससे आरबीसी खुद को उन्मुख करते हैं। उन्मुख और फैली हुई लाल रक्त कोशिकाओं में प्रत्येक दिशा में स्पष्ट कण आकार का प्रतिनिधित्व करने वाला एक विवर्तन पैटर्न होता है, जिससे एरिथ्रोसाइट विकृति और कोशिकाओं की अभिविन्यासता को मापना संभव हो जाता है। एक एकटाइटोमीटर में एरिथ्रोसाइट विकृति को बदलते परासरण तनाव या ऑक्सीजन तनाव के तहत मापा जा सकता है और इसका उपयोग जन्मजात हेमोलिटिक एनीमिया के निदान और अनुवर्ती कार्रवाई में किया जाता है। तुलना चूंकि लेजर विवर्तन विश्लेषण कणों को मापने का एकमात्र तरीका नहीं है, इसलिए इसकी तुलना छलनी-पिपेट विधि से की गई है, जो अनाज के आकार के विश्लेषण के लिए एक पारंपरिक तकनीक है। तुलना करने पर, परिणामों से पता चला कि लेजर विवर्तन विश्लेषण ने तेजी से गणना की जो एक बार के विश्लेषण के बाद फिर से बनाना आसान था, बड़े नमूने के आकार की आवश्यकता नहीं थी, और बड़ी मात्रा में डेटा का उत्पादन किया। परिणामों में आसानी से हेरफेर किया जा सकता है क्योंकि डेटा डिजिटल सतह पर होता है। छलनी-पिपेट विधि और लेजर विवर्तन विश्लेषण दोनों ही सूक्ष्म वस्तुओं का विश्लेषण करने में सक्षम हैं, लेकिन लेजर विवर्तन विश्लेषण के परिणामस्वरूप कण माप की अपनी समकक्ष विधि की तुलना में बेहतर परिशुद्धता है। आलोचना लेजर विवर्तन विश्लेषण पर निम्नलिखित क्षेत्रों में वैधता पर सवाल उठाया गया हैः यादृच्छिक विन्यास और आयतन मूल्य वाले कणों सहित धारणाएँ। कुछ फैलाव इकाइयों में, कणों को एक अशांत प्रवाह के बजाय खुद को एक साथ संरेखित करते हुए दिखाया गया है, जिससे वे खुद को एक व्यवस्थित दिशा में ले जाते हैं। लेजर विवर्तन विश्लेषण में उपयोग किए जाने वाले एल्गोरिदम पूरी तरह से मान्य नहीं हैं। गलत दिखने वाले डेटा से बचने के प्रयास के रूप में उपयोगकर्ताओं द्वारा की गई डेटा मिलान धारणाओं को एकत्र करने के लिए कई बार अलग-अलग एल्गोरिदम का उपयोग किया जाता है। वस्तुओं पर तेज किनारों के कारण माप अशुद्धियाँ। लेजर विवर्तन विश्लेषण में तेज किनारों पर काल्पनिक कणों का पता लगाने की संभावना होती है क्योंकि लेजर उन पर बड़े कोण बनाते हैं। एक अन्य कण-आकार तकनीक, ऑप्टिकल इमेजिंग के डेटा संग्रह की तुलना में, गैर-गोलाकार कणों के लिए दोनों के बीच संबंध खराब था। यह इस तथ्य के कारण है कि अंतर्निहित फ्राउनहोफर और माई सिद्धांत केवल गोलाकार कणों को कवर करते हैं। गैर-गोलाकार कण अधिक फैले हुए स्कैटर पैटर्न का कारण बनते हैं और उनकी व्याख्या करना अधिक कठिन होता है। कुछ निर्माताओं ने अपने सॉफ्टवेयर में एल्गोरिदम शामिल किए हैं, जो आंशिक रूप से गैर-गोलाकार कणों की भरपाई कर सकते हैं। विवर्तन टोमोग्राफी भी देखें लेजर लेखों की सूची कण आकार वितरण संदर्भ स्पेक्ट्रोस्कोपी