Gas in scattering media absorption spectroscopy
சிதறல் ஊடக உறிஞ்சுதல் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபியில் வாயு (GASMAS) என்பது நுண்ணிய மற்றும் அதிக சிதறல் திடப்பொருட்களுக்குள் அமைந்துள்ள வாயுவை உணர்ந்து பகுப்பாய்வு செய்வதற்கான ஒரு ஒளியியல் நுட்பமாகும், எ. கா. பொடிகள், மட்பாண்டங்கள், மரம், பழம், ஒளி ஊடுருவக்கூடிய பொதிகள், மருந்து மாத்திரை, நுரை, மனித பரணசல் சைனஸ் போன்றவை. இது 2001 ஆம் ஆண்டில் பேராசிரியர் சுனே ஸ்வன்பெர்க் மற்றும் லண்ட் பல்கலைக்கழகத்தின் (ஸ்வீடன்) சக ஊழியர்களால் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது. இந்த நுட்பம் வாயுவின் உணர்தல் மற்றும் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபிக்கான வழக்கமான உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட லேசர் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபியுடன் தொடர்புடையது (எ. கா. ட்யூனபிள் டையோட் லேசர் உறிஞ்சுதல் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி, டி. டி. எல். ஏ. எஸ்), ஆனால் இங்குள்ள வாயு திடப்பொருட்களுக்குள் "மறைக்கப்பட்டுள்ளது" என்பது முக்கியமான வேறுபாடுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது. அடிப்படை கோட்பாடுகள் இலவச வாயுக்கள் மிகவும் கூர்மையான நிறமாலை அம்சங்களை வெளிப்படுத்துகின்றன, மேலும் வெவ்வேறு வாயு இனங்கள் அவற்றின் தனித்துவமான நிறமாலை கைரேகைகளைக் கொண்டுள்ளன. வளிமண்டல அழுத்தத்தில், உறிஞ்சும் லைன் அகலங்கள் பொதுவாக 0.1 செமீ-1 (அதாவது. ஒளியியல் அதிர்வெண்ணில் ~ 3 ஜிகாஹெர்ட்ஸ் அல்லது அலைநீளத்தில் 0.006 என்எம்), அதே நேரத்தில் திட ஊடகங்கள் ஆயிரம் மடங்கு அகலமான உறிஞ்சுதல் அம்சங்களுடன் மந்தமான நிறமாலை நடத்தையைக் கொண்டுள்ளன. நுண்ணிய மாதிரிகளிலிருந்து வெளிப்படும் ஒளியில் கூர்மையான உறிஞ்சுதல் முத்திரைகளைத் தேடுவதன் மூலம், திடப்பொருட்களில் அடைக்கப்பட்ட வாயுக்களைக் கண்டறிய முடியும்-திடப்பொருள் பெரும்பாலும் வாயுவை விட மிகவும் வலுவான ஒளியைக் குறைத்தாலும் கூட. GASMAS இன் அடிப்படைக் கொள்கை படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. லேசர் ஒளி வாயு துவாரங்களைக் கொண்ட ஒரு மாதிரியில் அனுப்பப்படுகிறது, அவை சிறிய துளைகள் (இடது) அல்லது பெரிய வாயு நிரப்பப்பட்ட அறைகளாக இருக்கலாம். நுண்ணிய பொருளின் பன்முகத்தன்மை பெரும்பாலும் வலுவான ஒளி சிதறலுக்கு வழிவகுக்கிறது, மேலும் பாதை நீளங்கள் பெரும்பாலும் வியக்கத்தக்க வகையில் நீளமாக இருக்கும் (மாதிரி பரிமாணத்தை விட 10 அல்லது 100 மடங்கு அசாதாரணமானது அல்ல). கூடுதலாக, ஒளி திடப்பொருளுடன் தொடர்புடைய உறிஞ்சுதலை அனுபவிக்கும். பொருள் வழியாக பயணிக்கும்போது, ஒளி துளைகள் வழியாக ஓரளவு பயணிக்கும், இதனால் நிறமாலை கூர்மையான வாயு உறிஞ்சுதலை அனுபவிக்கும். பொருளை விட்டு வெளியேறும் ஒளி இந்த தகவலை எடுத்துச் செல்லும், மேலும் ஒரு டிரான்ஸ்மிஷன் பயன்முறையில் (இடது) அல்லது பிரதிபலிப்பு பயன்முறையில் (வலது) ஒரு டிடெக்டரால் சேகரிக்கப்படலாம். வாயு தொடர்பான நிறமாலை கூர்மையான கைரேகைகளைக் கண்டறிவதற்காக, GASMAS இதுவரை உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட டையூட் லேசர் உறிஞ்சுதல் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபியை (TDLAS) நம்பியுள்ளது. கொள்கையளவில், இதன் பொருள் என்னவென்றால், கிட்டத்தட்ட ஒரே வண்ணமுடைய (குறுகிய-அலைவரிசை) லேசர் வாயுவின் உறிஞ்சுதல் கோடு முழுவதும் ஸ்கேன் செய்யப்படுகிறது, மேலும் ஒரு டிடெக்டர் பரிமாற்ற சுயவிவரத்தை பதிவு செய்கிறது. உணர்திறனை அதிகரிப்பதற்காக, பண்பேற்ற நுட்பங்கள் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. வாயு உறிஞ்சுதலின் வலிமை, பீர்-லம்பர்ட் சட்டத்தால் கொடுக்கப்பட்டுள்ளபடி, வாயு செறிவு மற்றும் வாயு வழியாக ஒளி பயணித்த பாதை நீளம் ஆகிய இரண்டையும் சார்ந்திருக்கும். வழக்கமான டிடிஎல்ஏஎஸ் இல், பாதை நீளம் அறியப்படுகிறது மற்றும் செறிவு எளிதில் பரிமாற்றத்திலிருந்து கணக்கிடப்படுகிறது. GASMAS இல், விரிவான சிதறல் பாதையின் நீளத்தை அறியாததாக ஆக்குகிறது மற்றும் வாயு செறிவு தீர்மானிப்பது மோசமடைகிறது. இருப்பினும், பல பயன்பாடுகளில், வாயு செறிவு அறியப்படுகிறது மற்றும் பிற அளவுருக்கள் மையமாக உள்ளன. மேலும், 2.2 இல் விவாதிக்கப்பட்டபடி, ஒளியியல் பாதை நீளம் குறித்த தகவல்களை வழங்கக்கூடிய நிரப்பு நுட்பங்கள் உள்ளன, இதனால் வாயு செறிவுகளின் மதிப்பீட்டையும் அனுமதிக்கிறது. சவால்கள் ஒளி பரவுதல் அறியப்படாத தொடர்பு பாதை நீளம் ஒளியியல் குறுக்கீடு சத்தம் லேசர் அடிப்படையிலான வாயு நிறமாலையில் ஒளியியல் குறுக்கீடு பெரும்பாலும் ஒரு பெரிய சிக்கலாகும் என்பது அனைவரும் அறிந்ததே. வழக்கமான லேசர் அடிப்படையிலான வாயு நிறமாலைகளில், ஒளியியல் குறுக்கீடு எ. கா. ஒளியியல் கூறுகள் மற்றும் மல்டி-பாஸ் வாயு செல்களில் (அல்லது இடையில்) எட்டலோன் வகை குறுக்கீடு விளைவுகள். பல ஆண்டுகளாக, இந்தப் பிரச்சினையைச் சமாளிக்க பெரும் முயற்சிகள் மேற்கொள்ளப்பட்டுள்ளன. தொடக்கத்திலிருந்தே குறுக்கீட்டைக் குறைக்க சரியான ஒளியியல் வடிவமைப்பு முக்கியம் (எ. கா. ஒளியியல் கூறுகளை சாய்ப்பதன் மூலம், பரவும் ஒளியியலைத் தவிர்ப்பதன் மூலமும், பிரதிபலிப்பு எதிர்ப்பு பூச்சு பயன்படுத்துவதன் மூலமும்), ஆனால் குறுக்கீடு வடிவங்களை முற்றிலும் தவிர்க்க முடியாது மற்றும் பெரும்பாலும் வாயு உறிஞ்சுதலில் இருந்து பிரிப்பது கடினம். வாயு ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி பெரும்பாலும் சிறிய உறிஞ்சுதல் பின்னங்களை அளவிடுவதை உள்ளடக்கியது என்பதால் (10−7 வரை), குறுக்கீட்டை சரியான முறையில் கையாள்வது முக்கியம். பயன்படுத்தப்பட்ட எதிர் நடவடிக்கைகளில் தனிப்பயனாக்கப்பட்ட ஒளியியல் வடிவமைப்பு, வடிவமைக்கப்பட்ட லேசர் பண்பேற்றம், இயந்திர சிதைவு, சமிக்ஞை பிந்தைய செயலாக்கம், மாதிரி பண்பேற்றம் மற்றும் அடிப்படை பதிவு மற்றும் குறுக்கீடு கழித்தல் ஆகியவை அடங்கும். GASMAS விஷயத்தில், ஒளியியல் குறுக்கீடு குறிப்பாக சிக்கலானது. இது லேசர் ஒளி மற்றும் அதிக சிதறல் திடப்பொருட்களுக்கு இடையிலான தொடர்பிலிருந்து உருவாகும் கடுமையான ஸ்பெக்கிள் வகை குறுக்கீட்டுடன் தொடர்புடையது. இந்த மிகவும் சீரான குறுக்கீடு பயன்பாட்டு சமிக்ஞையின் அதே இடத்தில் உருவாக்கப்படுவதால், அதை வடிவமைப்பு மூலம் அகற்ற முடியாது. ஆய்வின் கீழ் உள்ள நுண்ணிய பொருளின் ஒளியியல் பண்புகள் குறுக்கீடு முறையை தீர்மானிக்கின்றன, மேலும் குறுக்கீட்டின் அளவு உண்மையான வாயு உறிஞ்சுதல் சமிக்ஞைகளை விட அரிதாகவே மிகவும் வலுவாக இல்லை. சீரற்ற மெக்கானிக்கல் டைதரிங் (எ. கா. லேசர் கற்றை சிதைத்தல் மற்றும்/அல்லது மாதிரி சுழற்சி) GASMAS இல் பயனுள்ளதாக இருப்பது கண்டறியப்பட்டுள்ளது. இருப்பினும், இந்த அணுகுமுறை நிலையான குறுக்கீட்டை ஒரு சீரற்ற சத்தமாக மாற்றுகிறது, இது சராசரியாக இருக்க வேண்டும், இதனால் நீண்ட கையகப்படுத்தல் நேரங்கள் தேவைப்படுகின்றன. மேலே விவரிக்கப்பட்ட பிற முறைகளைப் போலவே, சில GASMAS பயன்பாடுகளிலும் அடிப்படை பதிவு மற்றும் குறுக்கீடு கழித்தல் பொருந்தும். பயன்பாடுகள் மருத்துவ நோயறிதல்கள் பார்க்க ஒளியியல் போரோசிமெட்ரி உலர்த்தும் செயல்முறைகளின் கண்காணிப்பைப் பார்க்கவும் மருந்து பயன்பாடுகளைப் பார்க்கவும் உணவு மற்றும் உணவு பேக்கிங்கின் கண்காணிப்பைப் பார்க்கவும் இன்று நாம் உட்கொள்ளும் பெரும்பாலான உணவுகள் உணவின் தரத்தை உறுதி செய்வதற்கும் போக்குவரத்து மற்றும் விநியோகத்திற்கான வாய்ப்பை வழங்குவதற்கும் பல்வேறு வகையான தொகுப்புகளில் வைக்கப்படுகின்றன. இந்த பொதிகளில் பல காற்று அல்லது எரிவாயு இறுக்கமாக இருப்பதால், துளையிடாமல் வாயு கலவையைப் படிப்பது கடினம். பல சந்தர்ப்பங்களில் தொகுப்பை அழிக்காமல் வாயுக்களின் கலவையைப் படிப்பது மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும். ஒருவேளை சிறந்த உதாரணம் உணவு பொதிகளில் ஆக்ஸிஜனின் அளவு பற்றிய ஆய்வுகள் ஆகும். ஆக்ஸிஜன் இயற்கையாகவே பெரும்பாலான உணவு மற்றும் உணவு பொதிகளில் உள்ளது, ஏனெனில் இது காற்றில் ஒரு முக்கிய அங்கமாகும். இருப்பினும், இரசாயன மற்றும் நுண்ணுயிரியல் செயல்பாட்டின் அதிகரிப்புக்கான ஆதாரமாக இருப்பதால், உயிரியல் பொருட்களின் வயதானதற்கு ஆக்ஸிஜனும் ஒரு பெரிய காரணம் அல்லது தேவையாகும். இன்று, [மாற்றியமைக்கப்பட்ட வளிமண்டலம்] (எம்ஏபி) மற்றும் [கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வளிமண்டலம்] பேக்கேஜிங் (சிஏபி) போன்ற முறைகள் உணவு பொதிகளில் உள்ள ஆக்ஸிஜனின் அளவைக் குறைக்கவும் கட்டுப்படுத்தவும் [அடுக்கு ஆயுளை] நீட்டிக்கவும் பாதுகாப்பான உணவை உறுதிப்படுத்தவும் செயல்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த முறைகளின் செயல்திறனை உறுதிப்படுத்த, இந்த தொகுப்புகளுக்குள் உள்ள ஆக்ஸிஜனின் (மற்றும் பிற வாயுக்களின்) செறிவை தவறாமல் அளவிடுவது முக்கியம். எந்த உணவு அல்லது பொதிகளையும் அழிக்காமல், இதை ஊடுருவாமல் செய்ய GASMAS வாய்ப்பளிக்கிறது. துளைகள் இல்லாமல் தொகுப்புகளில் வாயு கலவையை அளவிடுவதன் இரண்டு முக்கிய நன்மைகள் என்னவென்றால், கட்டுப்பாட்டு செயல்பாட்டில் எந்த உணவையும் வீணாக்குவதில்லை, மேலும் வாயு கலவையின் நேரத்தை சார்ந்திருப்பதைக் கண்காணிக்க நீட்டிக்கப்பட்ட காலப்பகுதியில் அதே தொகுப்பை மீண்டும் மீண்டும் கட்டுப்படுத்த முடியும். தொகுப்புகளின் இறுக்கத்திற்கு உத்தரவாதம் அளிக்க ஆய்வுகள் பயன்படுத்தப்படலாம், ஆனால் உணவு சீரழிவு செயல்முறைகளைப் படிக்கவும் பயன்படுத்தப்படலாம். பெரும்பாலான உணவுகளில் துளைகளில் விநியோகிக்கப்படும் இலவச வாயு உள்ளது. பழங்கள், ரொட்டி, மாவு, பீன்ஸ், பாலாடைக்கட்டி போன்றவை எடுத்துக்காட்டுகளாகும். மேலும் இந்த வாயு தரம் மற்றும் முதிர்வு நிலையைக் கண்காணிக்கப் படிக்க மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும் (எ. கா. மற்றும்). நானோ போரஸ் பொருட்களில் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வாயுவின் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி குறிப்புகளைப் பார்க்கவும் வெளிப்புற இணைப்புகள் பேக்கேஜிங், உணவு மற்றும் மருத்துவ பயன்பாடுகளுக்கான GASMAS தொழில்நுட்பம். ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி