Gas in scattering media absorption spectroscopy
گیس ان سکٹرینگ میڈیا جذب سپیکٹروسکوپی (جی اے ایس ایم اے ایس) سوراخ دار اور انتہائی بکھرے ہوئے ٹھوس مادوں کے اندر واقع گیس کے احساس اور تجزیہ کے لیے ایک نظری تکنیک ہے، مثال کے طور پر۔ پاؤڈر، سیرامکس، لکڑی، پھل، شفاف پیکیجز، دواسازی کی گولیاں، جھاگ، انسانی پیرانسل سینوس وغیرہ۔ اسے 2001 میں پروفیسر سن سوانبرگ اور لنڈ یونیورسٹی (سویڈن) کے ساتھی کارکنوں نے متعارف کرایا تھا۔ یہ تکنیک گیس کی سینسنگ اور سپیکٹروسکوپی کے لیے روایتی ہائی ریزولوشن لیزر سپیکٹروسکوپی سے متعلق ہے (مثال کے طور پر۔ ٹیون ایبل ڈایڈڈ لیزر جذب سپیکٹروسکوپی، ٹی ڈی ایل اے ایس)، لیکن یہ حقیقت کہ یہاں گیس ٹھوس مواد کے اندر "چھپی ہوئی" ہے، اہم اختلافات کو جنم دیتی ہے۔ بنیادی اصول آزاد گیسیں بہت تیز سپیکٹرم خصوصیات کی نمائش کرتی ہیں، اور مختلف گیس پرجاتیوں کے اپنے منفرد سپیکٹرم فنگر پرنٹس ہوتے ہیں۔ ماحولیاتی دباؤ پر، جذب لائن کی چوڑائی عام طور پر 0.1 سینٹی میٹر −1 (یعنی۔ نظری تعدد میں ~ 3 گیگا ہرٹز یا طول موج میں 0.006 این ایم)، جبکہ ٹھوس میڈیا میں جذب کی خصوصیات کے ساتھ ہزار گنا وسیع سپیکٹرم رویے ہوتے ہیں۔ سوراخ دار نمونوں سے نکلنے والی روشنی میں تیز جذب کے نشانات کو تلاش کرنے سے، اس طرح ٹھوسوں میں محدود گیسوں کا پتہ لگانا ممکن ہے-حالانکہ ٹھوس اکثر روشنی کو گیس سے کہیں زیادہ مضبوط کرتا ہے۔ جی اے ایس ایم اے ایس کا بنیادی اصول شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ لیزر لائٹ کو گیس کیوٹیز والے نمونے میں بھیجا جاتا ہے، جو یا تو چھوٹے سوراخ (بائیں) یا گیس سے بھرے بڑے چیمبر ہو سکتے ہیں۔ سوراخ دار مادے کی متنوع نوعیت اکثر تیز روشنی کے بکھرنے کو جنم دیتی ہے، اور راستے کی لمبائی اکثر حیرت انگیز طور پر لمبی ہوتی ہے (نمونے کے طول و عرض سے 10 یا 100 گنا زیادہ غیر معمولی نہیں ہیں)۔ اس کے علاوہ، روشنی ٹھوس مادے سے متعلق جذب کا تجربہ کرے گی۔ مواد کے ذریعے سفر کرتے وقت، روشنی جزوی طور پر سوراخوں کے ذریعے سفر کرے گی، اور اس طرح سپیکٹرم تیز گیس کے جذب کا تجربہ کرے گی۔ مواد سے نکلنے والی روشنی یہ معلومات لے کر جائے گی، اور اسے ڈٹیکٹر کے ذریعے ٹرانسمیشن موڈ (بائیں) یا ریفلیکشن موڈ (دائیں) میں جمع کیا جا سکتا ہے۔ گیس سے متعلق سپیکٹرلی تیز فنگر پرنٹس کا پتہ لگانے کے لیے، جی اے ایس ایم اے ایس نے اب تک ہائی ریزولوشن ٹیون ایبل ڈایڈڈ لیزر جذب سپیکٹروسکوپی (ٹی ڈی ایل اے ایس) پر انحصار کیا ہے۔ اصولی طور پر، اس کا مطلب یہ ہے کہ تقریبا یک رنگ (تنگ بینڈوڈتھ) لیزر کو گیس کی جذب لائن کے پار اسکین کیا جاتا ہے، اور ایک ڈٹیکٹر ٹرانسمیشن پروفائل کو ریکارڈ کرتا ہے۔ حساسیت کو بڑھانے کے لیے، ماڈیولیشن تکنیک اکثر استعمال کی جاتی ہیں۔ گیس کے جذب کی طاقت کا انحصار، جیسا کہ بیئر-لیمبرٹ قانون کے ذریعہ دیا گیا ہے، گیس کے ارتکاز اور راستے کی لمبائی دونوں پر ہوگا جو روشنی نے گیس کے ذریعے سفر کیا ہے۔ روایتی ٹی ڈی ایل اے ایس میں، راستے کی لمبائی معلوم ہوتی ہے اور ارتکاز کا حساب ٹرانسمیٹننس سے آسانی سے لگایا جاتا ہے۔ جی اے ایس ایم اے ایس میں، وسیع پیمانے پر بکھرنا راستے کی لمبائی کو نامعلوم بناتا ہے اور گیس کے ارتکاز کا تعین بڑھ جاتا ہے۔ تاہم، بہت سی ایپلی کیشنز میں، گیس کا ارتکاز معلوم ہے اور دیگر پیرامیٹرز فوکس میں ہیں۔ مزید برآں، جیسا کہ 2.2 میں بحث کی گئی ہے، ایسی تکمیل کرنے والی تکنیکیں ہیں جو نظری راستے کی لمبائی کے بارے میں معلومات فراہم کر سکتی ہیں، اس طرح گیس کے ارتکاز کی تشخیص کی بھی اجازت ملتی ہے۔ چیلنجز روشنی کا پھیلاؤ نامعلوم تعامل کی لمبائی آپٹیکل مداخلت کا شور یہ اچھی طرح سے معلوم ہے کہ لیزر پر مبنی گیس سپیکٹروسکوپی میں آپٹیکل مداخلت اکثر ایک بڑا مسئلہ ہوتا ہے۔ روایتی لیزر پر مبنی گیس سپیکٹرومیٹرز میں، نظری مداخلت مثال کے طور پر پیدا ہوتی ہے۔ نظری اجزاء اور ملٹی پاس گیس خلیوں میں (یا ان کے درمیان) ایٹالون قسم کی مداخلت کے اثرات۔ سالوں کے دوران، اس مسئلے سے نمٹنے کے لیے زبردست کوششیں کی گئی ہیں۔ شروع سے ہی مداخلت کو کم کرنے کے لیے مناسب نظری ڈیزائن ضروری ہے (مثال کے طور پر۔ نظری اجزاء کو جھکا کر، ٹرانسمیسو آپٹکس سے گریز کرکے اور اینٹی ریفلیکشن کوٹنگ کا استعمال کرکے)، لیکن مداخلت کے نمونوں سے مکمل طور پر بچا نہیں جا سکتا اور اکثر گیس کے جذب سے الگ کرنا مشکل ہوتا ہے۔ چونکہ گیس سپیکٹروسکوپی میں اکثر چھوٹے جذب حصوں (10−7 تک) کی پیمائش شامل ہوتی ہے، اس لیے مداخلت کو مناسب طریقے سے سنبھالنا بہت ضروری ہے۔ استعمال شدہ جوابی اقدامات میں حسب ضرورت آپٹیکل ڈیزائن، موزوں لیزر ماڈیولیشن، مکینیکل ڈیتھرنگ، سگنل پوسٹ پروسیسنگ، نمونہ ماڈیولیشن، اور بیس لائن ریکارڈنگ اور مداخلت گھٹاؤ شامل ہیں۔ جی اے ایس ایم اے ایس کے معاملے میں، نظری مداخلت خاص طور پر پیچیدہ ہے۔ اس کا تعلق شدید دھبے کی قسم کی مداخلت سے ہے جو لیزر لائٹ اور انتہائی بکھرے ہوئے ٹھوس مواد کے درمیان تعامل سے پیدا ہوتا ہے۔ چونکہ یہ انتہائی غیر یکساں مداخلت یوٹیلیٹی سگنل کے طور پر اسی جگہ پر پیدا ہوتی ہے، اس لیے اسے ڈیزائن کے ذریعے نہیں ہٹایا جا سکتا۔ زیر مطالعہ سوراخ دار مواد کی نظری خصوصیات مداخلت کے نمونے کا تعین کرتی ہیں، اور مداخلت کی سطح شاذ و نادر ہی اصل گیس جذب کے اشاروں سے زیادہ مضبوط نہیں ہوتی ہے۔ بے ترتیب مکینیکل ڈیترنگ (مثال کے طور پر۔ لیزر بیم ڈیتھرنگ اور/یا نمونے کی گردش) جی اے ایس ایم اے ایس میں موثر پائی گئی ہے۔ تاہم، یہ نقطہ نظر مستحکم مداخلت کو بے ترتیب شور میں تبدیل کرتا ہے جس کا اوسط دور ہونا ضروری ہے، اس طرح حصول کے طویل اوقات کی ضرورت ہوتی ہے۔ بیس لائن ریکارڈنگ اور مداخلت گھٹاؤ کچھ جی اے ایس ایم اے ایس ایپلی کیشنز میں لاگو ہو سکتا ہے، جیسا کہ اوپر بیان کردہ دیگر طریقے ہو سکتے ہیں۔ ایپلی کیشنز طبی تشخیص دیکھیں آپٹیکل پوروسیمیٹری دیکھیں خشک کرنے کے عمل کی نگرانی دیکھیں دواسازی کی ایپلی کیشنز دیکھیں کھانے اور کھانے کی پیکیجنگ کی نگرانی آج ہم جو کھانا کھاتے ہیں اس میں سے زیادہ تر کھانے کو کھانے کے معیار کو یقینی بنانے اور نقل و حمل اور تقسیم کا امکان فراہم کرنے کے لیے مختلف قسم کے پیکجوں میں رکھا جاتا ہے۔ ان میں سے بہت سے پیکیج ہوا یا گیس سے تنگ ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے بغیر سوراخ کے گیس کی ساخت کا مطالعہ کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ بہت سے معاملات میں پیکیج کو تباہ کیے بغیر گیسوں کی ساخت کا مطالعہ کرنا بہت اہمیت کا حامل ہے۔ شاید اس کی بہترین مثال کھانے کے پیکجوں میں آکسیجن کی مقدار کا مطالعہ ہے۔ آکسیجن قدرتی طور پر زیادہ تر کھانے اور کھانے کے پیکجوں میں موجود ہوتی ہے کیونکہ یہ ہوا کا ایک اہم جزو ہے۔ تاہم، آکسیجن حیاتیاتی مادوں کی عمر بڑھنے کی بڑی وجوہات یا ضروریات میں سے ایک ہے، جس کی وجہ کیمیائی اور مائیکرو بائیولوجیکل سرگرمی میں اضافے کا ذریعہ ہے۔ آج، [شیلف لائف] کو طول دینے اور محفوظ خوراک کو یقینی بنانے کے لیے کھانے کے پیکجوں میں آکسیجن کے مواد کو کم کرنے اور کنٹرول کرنے کے لیے [ترمیم شدہ ماحول] (ایم اے پی) اور [کنٹرول شدہ ماحول] پیکیجنگ (سی اے پی) جیسے طریقے نافذ کیے جاتے ہیں۔ ان طریقوں کی تاثیر کو یقینی بنانے کے لیے ان پیکجوں کے اندر آکسیجن (اور دیگر گیسوں) کے ارتکاز کی باقاعدگی سے پیمائش کرنا ضروری ہے۔ جی اے ایس ایم اے ایس کسی بھی کھانے یا پیکیج کو تباہ کیے بغیر غیر مداخلت کے ساتھ ایسا کرنے کا امکان فراہم کرتا ہے۔ چھید کے بغیر پیکجوں میں گیس کی ساخت کی پیمائش کرنے کے دو اہم فوائد یہ ہیں کہ کنٹرول کرنے کے عمل میں کوئی کھانا ضائع نہیں ہوتا ہے اور یہ کہ گیس کی ساخت کے کسی بھی وقت کے انحصار کی نگرانی کے لیے ایک طویل مدت کے دوران ایک ہی پیکیج کو بار بار کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ مطالعات کا استعمال پیکجوں کی جکڑن کی ضمانت کے لیے کیا جا سکتا ہے بلکہ کھانے کی خرابی کے عمل کا مطالعہ کرنے کے لیے بھی کیا جا سکتا ہے۔ زیادہ تر کھانے میں مفت گیس ہوتی ہے جو اندرونی سوراخوں میں تقسیم ہوتی ہے۔ پھل، روٹی، آٹا، پھلیاں، پنیر وغیرہ اس کی مثالیں ہیں۔ نیز یہ گیس معیار اور پختگی کی سطح کی نگرانی کے لیے مطالعہ کرنے کے لیے بہت قیمتی ثابت ہو سکتی ہے (مثال کے طور پر دیکھیں۔ اور)۔ نینوپورس مواد میں محدود گیس کی سپیکٹروسکوپی دیکھیں حوالہ جات بیرونی روابط پیکیجنگ، خوراک اور طبی ایپلی کیشنز کے لیے جی اے ایس ایم اے ایس ٹیکنالوجی۔ سپیکٹروسکوپی