फोटोकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी

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फोटोकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी ध्वनिकी पहचान के माध्यम से पदार्थ पर अवशोषित विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा (विशेष रूप से प्रकाश) के प्रभाव का माप है। फोटोकॉस्टिक प्रभाव की खोज 1880 में हुई जब एलेक्ज़ेंडर ग्राहम बेल ने दिखाया कि सूर्य की रोशनी की किरण के संपर्क में आने पर पतली डिस्क ध्वनि उत्सर्जित करती है जो तेजी से घूमने वाली स्लॉटेड डिस्क से बाधित होती है। प्रकाश से अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) ऊर्जा स्थानीय ताप का कारण बनती है, जिससे थर्मल विस्तार उत्पन्न होता है जो दबाव तरंग या ध्वनि पैदा करता है। बाद में बेल ने दिखाया कि सौर स्पेक्ट्रम के गैर-दृश्य भागों (यानी, अवरक्त और पराबैंगनी) के संपर्क में आने वाली सामग्री भी ध्वनि उत्पन्न कर सकती है।

प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर ध्वनि को मापकर किसी नमूने का फोटोकॉस्टिक स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड किया जा सकता है। इस स्पेक्ट्रम का उपयोग नमूने के अवशोषित घटकों की पहचान करने के लिए किया जा सकता है। फोटोकॉस्टिक प्रभाव का उपयोग ठोस, तरल पदार्थ और गैसों का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।[1]


उपयोग और तकनीक

गैस विश्लेषण के लिए फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोप का अनुकरणीय संयोजन

फोटोकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रति बिलियन भाग या यहां तक ​​कि प्रति ट्रिलियन स्तर पर गैसों की सांद्रता का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली तकनीक बन गई है।[2]आधुनिक फोटोकॉस्टिक सेंसर अभी भी बेल के उपकरण के समान सिद्धांतों पर भरोसा करते हैं; हालाँकि, संवेदनशीलता (इलेक्ट्रॉनिक्स) को बढ़ाने के लिए कई संशोधन किए गए हैं।

सूर्य के प्रकाश के बजाय, नमूने को रोशन करने के लिए तीव्र लेज़र का उपयोग किया जाता है क्योंकि उत्पन्न ध्वनि की ध्वनि तीव्रता प्रकाश की तीव्रता के लिए आनुपातिकता (गणित) है; इस तकनीक को लेजर फोटोकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी (एलपीएएस) कहा जाता है।[2] कान का स्थान संवेदनशील माइक्रोफोन ने ले लिया है। लॉक-इन एम्पलीफायरों का उपयोग करके माइक्रोफ़ोन संकेतों को और अधिक प्रवर्धित किया जाता है और उनका पता लगाया जाता है।[citation needed] गैसीय नमूने को एक बेलनाकार कक्ष में बंद करके, नमूना सेल के ध्वनिक अनुनाद के लिए मॉडुलन आवृत्ति को ट्यून करके ध्वनि संकेत को बढ़ाया जाता है।[citation needed]

कैंटिलीवर संवर्धित फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके पीपीबी-स्तर पर गैसों की विश्वसनीय निगरानी को सक्षम करके संवेदनशीलता में अभी भी और सुधार किया जा सकता है।

उदाहरण

निम्नलिखित उदाहरण फोटोकॉस्टिक तकनीक की क्षमता को दर्शाता है: 1970 के दशक की शुरुआत में, पटेल और सहकर्मी [3] बैलून-जनित फोटोकॉस्टिक डिटेक्टर के साथ 28 किमी की ऊंचाई पर समताप मंडल में नाइट्रिक ऑक्साइड की सांद्रता में समय भिन्नता को मापा गया। इन मापों ने मानव निर्मित नाइट्रिक ऑक्साइड उत्सर्जन द्वारा ओजोन की कमी की समस्या पर महत्वपूर्ण डेटा प्रदान किया। कुछ प्रारंभिक कार्य रोसेनक्विग और गेर्शो द्वारा आरजी सिद्धांत के विकास पर निर्भर थे।[4][5]


अनुप्रयोग

फूरियर-ट्रांसफॉर्म अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करने की महत्वपूर्ण क्षमताओं में से एक इंफ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा उनके सीटू राज्य में नमूनों का मूल्यांकन करने की क्षमता है, जिसका उपयोग रासायनिक कार्यात्मक समूहों और इस प्रकार रासायनिक पदार्थों का पता लगाने और मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। यह जैविक नमूनों के लिए विशेष रूप से उपयोगी है जिनका मूल्यांकन पाउडर को कुचलने या रासायनिक उपचार के अधीन किए बिना किया जा सकता है। सीपियों, हड्डियों और ऐसे नमूनों की जांच की गई है.[6][7][8] फोटोकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी के उपयोग से ओस्टियोजेनेसिस अपूर्णता के साथ हड्डी में आणविक अंतःक्रियाओं का मूल्यांकन करने में मदद मिली है।[9] जबकि अधिकांश अकादमिक शोध उच्च रिज़ॉल्यूशन वाले उपकरणों पर केंद्रित हैं, कुछ काम विपरीत दिशा में चले गए हैं। पिछले बीस वर्षों में, रिसाव का पता लगाने और कार्बन डाईऑक्साइड सांद्रता के नियंत्रण जैसे अनुप्रयोगों के लिए बहुत कम लागत वाले उपकरण विकसित और व्यावसायीकरण किए गए हैं। आमतौर पर, कम लागत वाले थर्मल स्रोतों का उपयोग किया जाता है जो इलेक्ट्रॉनिक रूप से मॉड्यूलेटेड होते हैं। गैस विनिमय के लिए वाल्वों के बजाय अर्ध-पारगम्य डिस्क के माध्यम से प्रसार, कम लागत वाले माइक्रोफोन और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर के साथ मालिकाना सिग्नल प्रोसेसिंग ने इन प्रणालियों की लागत को कम कर दिया है। फोटोकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी के कम लागत वाले अनुप्रयोगों का भविष्य पूरी तरह से एकीकृत माइक्रोमशीनीकृत फोटोकॉस्टिक उपकरणों की प्राप्ति हो सकता है।

फोटोकॉस्टिक दृष्टिकोण का उपयोग प्रोटीन जैसे मैक्रोमोलेक्यूल्स को मात्रात्मक रूप से मापने के लिए किया गया है। फोटोकॉस्टिक इम्यूनोएसे लेबल करता है और नैनोकणों का उपयोग करके लक्ष्य प्रोटीन का पता लगाता है जो मजबूत ध्वनिक संकेत उत्पन्न कर सकते हैं।[10] पॉइंट-ऑफ-केयर परीक्षण के लिए फोटोकॉस्टिक-आधारित प्रोटीन विश्लेषण भी लागू किया गया है।[11] फोटोकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी के कई सैन्य अनुप्रयोग भी हैं। ऐसा ही एक अनुप्रयोग विषाक्त रासायनिक एजेंटों का पता लगाना है। फोटोकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी की संवेदनशीलता इसे रासायनिक हमलों से जुड़े ट्रेस रसायनों का पता लगाने के लिए एक आदर्श विश्लेषण तकनीक बनाती है।[12] एलपीएएस सेंसर उद्योग, सुरक्षा (नर्व एजेंट#डिटेक्शन और विस्फोटक डिटेक्शन), और चिकित्सा (सांस विश्लेषण) में लागू किए जा सकते हैं।[13]


संदर्भ

  1. ↑ David W. Ball Photoacoustic Spectroscopy Archived 2010-12-16 at the Wayback Machine Spectroscopy, Volume 21, Issue 9, Sep 1, 2006
  2. ↑ 2.0 2.1 "Photoacoustic technique 'hears' the sound of dangerous chemical agents", R&D Magazine, rdmag.com, August 14, 2012, retrieved September 8, 2012
  3. ↑ C.K.N. Patel, E.G. Burkhardt, C.A. Lambert, ‘Spectroscopic Measurements of Stratospheric Nitric Oxide and Water Vapor’, Science, 184, 1173–1176 (1974)
  4. ↑ A. Rosencwaig, 'Theoretical aspects of photoacoustic Spectroscopy', Journal of Applied Physics, 49, 2905-2910 (1978)
  5. ↑ A. Rosencwaig,A. Gersho 'Theory of photoacoustic effect with solids', Journal of Applied Physics, 47, 64-69 (1976)
  6. ↑ D. Verma, K. S. Katti, D. R. Katti Nature of water in Nacre: a 2D FTIR spectroscopic study', Spectrochimica Acta part A, 67, 784–788(2007)
  7. ↑ D. Verma, K. S. Katti, D. R. Katti 'Nature Photoacoustic FTIR Spectroscopic Study of Undisturbed Nacre from Red Abalone', Spectrochimica Acta, 64, 1051-1057, (2006)
  8. ↑ C. Gu, D. R. Katti, K. S. Katti Photoacoustic FTIR spectroscopic study of undisturbed human cortical bone', Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 103, 25-37, (2013)
  9. ↑ C. Gu, D. R. Katti, K. S. Katti Microstructural and Photoacoustic Infrared Spectroscopic Studies of Human Cortical Bone with Osteogenesis Imperfecta', Journal of Minerals, Metals and Materials Society, 68, 1116-1127, (2016)
  10. ↑ Zhao Y, Cao M, McClelland JF, Lu M (2016). "बायोमार्कर का पता लगाने के लिए एक फोटोकॉस्टिक इम्यूनोपरख". Biosensors and Bioelectronics. 85: 261–66. doi:10.1016/j.bios.2016.05.028. PMID 27183276.
  11. ↑ Zhao Y, Huang Y, Zhao X, McClelland JF, Lu M (2016). "अत्यधिक संवेदनशील पार्श्व प्रवाह परख के लिए नैनोकण-आधारित फोटोकॉस्टिक विश्लेषण". Nanoscale. 8 (46): 19204–19210. doi:10.1039/C6NR05312B. PMID 27834971.
  12. ↑ "फोटोकॉस्टिक तकनीक खतरनाक रासायनिक एजेंटों की आवाज़ 'सुनती' है". Research & Development. 2012-08-14. Retrieved 2017-05-10.
  13. ↑ R. Prasad, Coorg; Lei, Jie; Shi, Wenhui; Li, Guangkun; Dunayevskiy, Ilya; Patel, Chandra (2012-05-01). "वायु विषाक्तता माप के लिए लेजर फोटोकॉस्टिक सेंसर". Proceedings of SPIE. Advanced Environmental, Chemical, and Biological Sensing Technologies IX. 8366: 7. Bibcode:2012SPIE.8366E..08P. doi:10.1117/12.919241. S2CID 120310656.


अग्रिम पठन

  • Sigrist, M. W. (1994), "Air Monitoring by Laser Photoacoustic Spectroscopy," in: Sigrist, M. W. (editor), "Air Monitoring by Spectroscopic Techniques," Wiley, New York, pp. 163–238.


बाहरी संबंध

  • General introduction to photoacoustic spectroscopy: [1]
  • Photoacoustic spectroscopy in trace gas monitoring [2]
  • Photoacoustic spectrometer for trace gas detection based on a Helmholtz Resonant Cell (www.aerovia.fr) [1]
  • Photoacoustic multi-gas monitor for trace gas detection based on cantilever enhanced photoacoustic spectroscopy (www.gasera.fi)
  1. ↑ Zéninari, Virginie (10 March 2007). "Spectrométrie photoacoustique - Application à l'analyse de gaz".
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