Laser diffraction analysis
لیزر ڈفریکشن تجزیہ، جسے لیزر ڈفریکشن سپیکٹروسکوپی بھی کہا جاتا ہے، ایک ایسی ٹیکنالوجی ہے جو کسی ذرہ کے ہندسی طول و عرض کی فوری پیمائش کے لیے نینو میٹر سے لے کر ملی میٹر تک کے سائز میں کسی بھی شے سے گزرنے والے لیزر بیم کے ڈفریکشن پیٹرن کا استعمال کرتی ہے۔ ذرہ سائز کے تجزیے کا یہ عمل حجم کے بہاؤ کی شرح، وقت کے ساتھ کسی سطح سے گزرنے والے ذرات کی مقدار پر منحصر نہیں ہوتا ہے۔ فرونہوفر بمقابلہ مائی تھیوری لیزر ڈفریکشن تجزیہ اصل میں فرونہوفر ڈفریکشن تھیوری پر مبنی ہے، جس میں کہا گیا ہے کہ کسی ذرہ کے ذریعے بکھری ہوئی روشنی کی شدت ذرہ کے سائز کے براہ راست متناسب ہوتی ہے۔ لیزر بیم اور ذرہ سائز کے زاویے کا الٹا متناسب تعلق ہوتا ہے، جہاں ذرہ سائز میں کمی کے ساتھ لیزر بیم کا زاویے میں اضافہ ہوتا ہے اور اس کے برعکس۔ مائی بکھرنے کا ماڈل، یا مائی تھیوری، 1990 کی دہائی سے فرونہوفر تھیوری کے متبادل کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ تجارتی لیزر ڈفریکشن تجزیہ کار صارف پر ڈیٹا تجزیہ کے لیے فرونہوفر یا مائی تھیوری استعمال کرنے کا انتخاب چھوڑتے ہیں، اس لیے دونوں ماڈلز کی طاقت اور حدود کو سمجھنے کی اہمیت ہے۔ فرونہوفر کا نظریہ صرف ذرہ کی شکل پر پائے جانے والے تفریق کے مظاہر کو مدنظر رکھتا ہے۔ اس کا بنیادی فائدہ یہ ہے کہ اسے ذرہ کے مواد کی نظری خصوصیات (پیچیدہ اضطراری اشاریہ) کے بارے میں کسی علم کی ضرورت نہیں ہے۔ لہذا یہ عام طور پر نامعلوم نظری خصوصیات کے نمونوں، یا مختلف مواد کے مرکب پر لاگو ہوتا ہے۔ معروف نظری خصوصیات کے نمونوں کے لیے، فرونہوفر تھیوری کا اطلاق صرف متوقع قطر کے ذرات کے لیے کیا جانا چاہیے جو روشنی کے منبع کی طول موج سے کم از کم 10 گنا بڑے ہوں، اور/یا غیر واضح ذرات کے لیے۔ مائی تھیوری کروی ذرات پر برقی مقناطیسی لہروں کے بکھرنے کی پیمائش پر مبنی ہے۔ لہذا، یہ نہ صرف ذرہ کی شکل میں انحراف کو مدنظر رکھ رہا ہے، بلکہ ذرہ کے اندر اور اس کی سطح پر اضطراب، عکاسی اور جذب کے مظاہر کو بھی مدنظر رکھ رہا ہے۔ اس طرح، یہ نظریہ ان ذرات کے لیے جو روشنی کے منبع کی طول موج سے نمایاں طور پر بڑے نہیں ہیں، اور شفاف ذرات کے لیے فرونہوفر نظریہ سے بہتر موزوں ہے۔ ماڈل کی بنیادی حد یہ ہے کہ اس کے لیے ذرہ کے مواد کے پیچیدہ ریفریکٹیو انڈیکس (بشمول جذب گتانک) کے درست علم کی ضرورت ہوتی ہے۔ لیزر ڈفریکشن کی کم نظریاتی پتہ لگانے کی حد، مائی تھیوری کا استعمال کرتے ہوئے، عام طور پر 10 این ایم کے قریب سمجھی جاتی ہے۔ آپٹیکل سیٹ اپ لیزر ڈفریکشن تجزیہ عام طور پر سرخ ہی-نی لیزر یا لیزر ڈایڈڈ، ہائی وولٹیج پاور سپلائی، اور ساختی پیکیجنگ کے ذریعے انجام دیا جاتا ہے۔ متبادل طور پر، نیلے لیزر ڈایڈس یا کم طول موج کے ایل ای ڈی استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ روشنی کا منبع پتہ لگانے کی حدود کو متاثر کرتا ہے، جس میں کم طول موج کے لیزر سب مائیکرون ذرات کا پتہ لگانے کے لیے بہتر موزوں ہوتے ہیں۔ لیزر کے ذریعہ پیدا ہونے والی روشنی کی توانائی کے زاویہ کا پتہ روشنی کی بیم کے منتشر ذرات کے بہاؤ سے گزر کر اور پھر سینسر پر جانے سے لگایا جاتا ہے۔ تجزیہ کی جانے والی شے اور ڈٹیکٹر کے فوکل پوائنٹ کے درمیان ایک لینس رکھا جاتا ہے، جس کی وجہ سے صرف آس پاس کا لیزر ڈفریکشن ظاہر ہوتا ہے۔ لیزر جس سائز کا تجزیہ کر سکتا ہے اس کا انحصار لینس کی فوکل لمبائی، لینس سے اس کے فوکس کے مقام تک کے فاصلے پر ہوتا ہے۔ جیسے جیسے فوکل لمبائی بڑھتی ہے، لیزر جس رقبے کا پتہ لگا سکتا ہے اس میں بھی اضافہ ہوتا ہے، جو متناسب تعلق کو ظاہر کرتا ہے۔ متفرق روشنی کو جمع کرنے کے لیے متعدد لائٹ ڈیٹیکٹر استعمال کیے جاتے ہیں، جنہیں لیزر بیم کے مقابلے میں مقررہ زاویوں پر رکھا جاتا ہے۔ زیادہ ڈٹیکٹر عناصر حساسیت اور سائز کی حدود کو بڑھاتے ہیں۔ اس کے بعد ایک کمپیوٹر کو پیدا شدہ روشنی کی توانائی اور اس کی ترتیب سے شے کے ذرہ سائز کا پتہ لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جسے کمپیوٹر ذرہ تعدد اور طول موج پر جمع کردہ ڈیٹا سے حاصل کرتا ہے۔ عملی طور پر، لیزر ڈفریکشن آلات مائع معطلی میں ذرات کی پیمائش کر سکتے ہیں، کیریئر سالوینٹ کا استعمال کرتے ہوئے، یا خشک پاؤڈر کے طور پر، ذرات کو متحرک کرنے کے لیے کمپریسڈ ہوا یا محض کشش ثقل کا استعمال کرتے ہوئے۔ سپرے اور ایروسولز کو عام طور پر ایک مخصوص سیٹ اپ کی ضرورت ہوتی ہے۔ نتائج حجم وزن والے ذرہ سائز کی تقسیم کیونکہ ڈٹیکٹر صف کے ذریعہ ریکارڈ کی گئی روشنی کی توانائی ذرات کے حجم کے متناسب ہوتی ہے، لیزر ڈفریکشن کے نتائج اندرونی طور پر حجم وزن والے ہوتے ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ذرہ سائز کی تقسیم مختلف سائز کی کلاسوں میں ذرہ مواد کے حجم کی نمائندگی کرتی ہے۔ یہ گنتی پر مبنی نظری طریقوں جیسے خوردبین یا متحرک تصویری تجزیہ کے برعکس ہے، جو مختلف سائز کی کلاسوں میں ذرات کی تعداد کی اطلاع دیتے ہیں۔ یہ کہ انحراف شدہ روشنی ذرہ کے حجم کے متناسب ہے اس سے یہ بھی ظاہر ہوتا ہے کہ نتائج ذرہ کروی کو فرض کر رہے ہیں، یعنی۔ کہ ذرہ سائز کا نتیجہ ایک مساوی کروی قطر ہے۔ اس لیے ذرہ کی شکل کا تعین تکنیک کے ذریعے نہیں کیا جا سکتا۔ لیزر ڈفریکشن کے نتائج کی اہم گرافیکل نمائندگی حجم کے وزن والے ذرہ سائز کی تقسیم ہے، جسے یا تو کثافت کی تقسیم کے طور پر پیش کیا جاتا ہے (جو مختلف طریقوں کو اجاگر کرتا ہے) یا مجموعی کم سائز کی تقسیم کے طور پر۔ عددی نتائج سب سے زیادہ استعمال ہونے والے عددی لیزر ڈفریکشن کے نتائج یہ ہیں: میڈین والیوم ویٹڈ ڈائمیٹر، یا D50۔ مجموعی منحنی خطوط سے ماخوذ، یہ ذرہ قطر کی نمائندگی کرتا ہے جو اعداد و شمار کے اوپری 50 ٪ کو نچلے 50 ٪ سے الگ کرتا ہے۔ D10 اور D90 اقدار بھی مجموعی منحنی خطوط سے اخذ کی گئی ہیں۔ اوسط حجم وزنی قطر، جسے D [4,3] یا ڈی بروکیر اوسط قطر بھی کہا جاتا ہے۔ اسپان، جو ذرہ سائز کی تقسیم کی چوڑائی کی پیمائش دیتا ہے، اور اس کا حساب اسپان = [D90-D10]/D50 کے طور پر لگایا جاتا ہے۔ نتائج کے معیار اور آلے کی توثیق لیزر ڈفریکشن پیمائش کی درستگی اور درستگی کے لیے ہم آہنگ معیارات کو آئی ایس او، معیاری آئی ایس او 13320:2020، اور ریاستہائے متحدہ کے فارماکوپیا، باب یو ایس پی <429> دونوں کے ذریعے بیان کیا گیا ہے۔ لیزر ڈفریکشن تجزیہ کا استعمال ذرات کے سائز کی اشیاء کی پیمائش کے لیے ایسے حالات میں کیا گیا ہے جیسے: مٹی کی ساخت اور مٹی اور مٹی جیسے تلچھٹ کی تقسیم کا مشاہدہ، گاد اور مٹی کے بڑے نمونوں کے سائز پر زور دینے کے ساتھ۔ دریاؤں میں ذرات کی موجودہ پیمائش کا تعین کرنا۔ دریاؤں میں ذرات اہم ہیں کیونکہ وہ قدرتی یا آلودہ کیمیائی پرجاتیوں کو آسانی سے گھومنے کی اجازت دیتے ہیں۔ دریاؤں میں ذرات کا سائز، کثافت اور استحکام ان کی نقل و حمل کے لیے اہم ہے۔ لیزر ڈفریکشن تجزیہ کا استعمال یہاں ذرہ سائز کی تقسیم کا موازنہ کرنے کے لیے کیا جاتا ہے تاکہ اس دعوے کی حمایت کی جا سکے اور ساتھ ہی مختلف ذرات کی وجہ سے ہونے والی دریاؤں میں تبدیلی کے چکروں کو تلاش کیا جا سکے۔ گیلے ہونے پر مٹی اور اس کا استحکام۔ مٹی کے جمع ہونے کے استحکام (نم مٹی کے ذریعے ایک ساتھ رکھے ہوئے جھنڈ) اور مٹی کے منتشر ہونے (نم مٹی میں الگ ہونے والی مٹی)، سیرراڈو سوانا کے علاقے میں مٹی کی دو مختلف حالتوں کا موازنہ لیزر ڈفریکشن تجزیہ سے کیا گیا تاکہ اس بات کا تعین کیا جا سکے کہ آیا جوتی کا دونوں پر اثر پڑا ہے۔ مختلف وقفوں کے لیے جوتی سے پہلے اور جوتی کے بعد پیمائش کی جاتی تھی۔ مٹی کے جمع ہونے کے دوران جوتی سے مٹی کا پھیلاؤ متاثر نہیں ہوا۔ شیر کے تحت erythrocyte کی خرابی۔ ٹینک ٹریڈنگ نامی ایک خاص رجحان کی وجہ سے، اریتھروسائٹ (ریڈ بلڈ سیل، آر بی سی) کی جھلی شیر فورس اور سیل کے سائٹوپلازم کے مقابلے میں گھومتی ہے جس کی وجہ سے آر بی سی خود کو سمت دیتے ہیں۔ پر مبنی اور پھیلے ہوئے سرخ خون کے خلیوں میں ایک ڈفریکشن پیٹرن ہوتا ہے جو ہر سمت میں ظاہری ذرہ سائز کی نمائندگی کرتا ہے، جس سے خلیوں کی اریتھروسائٹ کی خرابی اور واقفیت کی پیمائش کرنا ممکن ہوتا ہے۔ ایکٹیسیٹومیٹر میں اریتھروسائٹ کی خرابی کو بدلتے ہوئے اسموٹک تناؤ یا آکسیجن تناؤ کے تحت ماپا جا سکتا ہے اور اسے پیدائشی ہیمولیٹک انیمیا کی تشخیص اور پیروی میں استعمال کیا جاتا ہے۔ موازنہ چونکہ لیزر ڈفریکشن تجزیہ ذرات کی پیمائش کا واحد طریقہ نہیں ہے اس کا موازنہ چھلنی-پائپٹ طریقہ سے کیا گیا ہے، جو اناج کے سائز کے تجزیے کے لیے ایک روایتی تکنیک ہے۔ جب موازنہ کیا گیا تو، نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ لیزر ڈفریکشن تجزیہ نے تیز حسابات بنائے جو ایک بار کے تجزیے کے بعد دوبارہ تخلیق کرنا آسان تھا، بڑے نمونے کے سائز کی ضرورت نہیں تھی، اور بڑی مقدار میں ڈیٹا تیار کیا۔ نتائج کو آسانی سے ہیرا پھیری کی جا سکتی ہے کیونکہ ڈیٹا ڈیجیٹل سطح پر ہوتا ہے۔ چھلنی-پائپیٹ طریقہ اور لیزر ڈفریکشن تجزیہ دونوں معمولی اشیاء کا تجزیہ کرنے کے قابل ہیں، لیکن لیزر ڈفریکشن تجزیہ کے نتیجے میں ذرہ پیمائش کے اپنے ہم منصب طریقہ سے بہتر درستگی حاصل ہوئی ہے۔ تنقید لیزر ڈفریکشن تجزیہ پر درج ذیل شعبوں میں صداقت پر سوال اٹھایا گیا ہے: مفروضے بشمول بے ترتیب ترتیب اور حجم کی اقدار والے ذرات۔ کچھ منتشر اکائیوں میں، ذرات کو ہنگامہ خیز بہاؤ کے بجائے خود کو ایک ساتھ صف بندی کرتے ہوئے دکھایا گیا ہے، جس کی وجہ سے وہ خود کو منظم سمت میں لے جاتے ہیں۔ لیزر ڈفریکشن تجزیہ میں استعمال ہونے والے الگورتھم کی مکمل توثیق نہیں کی جاتی ہے۔ غلط نظر آنے والے ڈیٹا سے بچنے کی کوشش کے طور پر صارفین کی طرف سے جمع کردہ ڈیٹا میچ مفروضوں کے لیے بعض اوقات مختلف الگورتھم استعمال کیے جاتے ہیں۔ اشیاء پر تیز کناروں کی وجہ سے پیمائش کی غلطیاں۔ لیزر ڈفریکشن تجزیہ میں تیز کناروں پر خیالی ذرات کا پتہ لگانے کا امکان ہوتا ہے کیونکہ لیزر ان پر بڑے زاویے بناتے ہیں۔ جب آپٹیکل امیجنگ کے ڈیٹا اکٹھا کرنے کے مقابلے میں، ایک اور ذرہ سائز کی تکنیک، دونوں کے درمیان ارتباط غیر کروی ذرات کے لیے ناقص تھا۔ یہ اس حقیقت کی وجہ سے ہے کہ بنیادی فرونہوفر اور مائی نظریات صرف کروی ذرات کا احاطہ کرتے ہیں۔ غیر کروی ذرات زیادہ پھیلے ہوئے بکھرے ہوئے نمونوں کا سبب بنتے ہیں اور ان کی تشریح کرنا زیادہ مشکل ہوتا ہے۔ کچھ مینوفیکچررز نے اپنے سافٹ ویئر میں الگورتھم شامل کیے ہیں، جو جزوی طور پر غیر کروی ذرات کی تلافی کر سکتے ہیں۔ ڈفریکشن ٹومگرافی لیزر مضامین کی فہرست ذرہ سائز کی تقسیم حوالہ جات سپیکٹروسکوپی بھی دیکھیں۔