फोटोथर्मल स्पेक्ट्रोस्कोपी

फोटोथर्मल स्पेक्ट्रोस्कोपी उच्च संवेदनशीलता स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों का एक समूह है जिसका उपयोग किसी नमूने के ऑप्टिकल [[अवशोषण]] और थर्मल विशेषताओं को मापने के लिए किया जाता है। फोटोथर्मल स्पेक्ट्रोस्कोपी का आधार विकिरण के अवशोषण के परिणामस्वरूप नमूने की थर्मल स्थिति में परिवर्तन है। प्रकाश अवशोषित होता है और उत्सर्जन से नष्ट नहीं होता है जिसके परिणामस्वरूप ताप होता है। गर्मी तापमान को बढ़ा देती है जिससे नमूने के थर्मोडायनामिक गुण या उसके आस-पास उपयुक्त सामग्री प्रभावित होती है। ऑप्टिकल अवशोषण के कारण होने वाले तापमान, दबाव, या घनत्व परिवर्तन का मापन अंततः फोटोथर्मल स्पेक्ट्रोस्कोपिक मापन का आधार है।

फोटो ध्वनिक स्पेक्ट्रोस्कोपी की तरह, फोटोथर्मल स्पेक्ट्रोस्कोपी ऑप्टिकल अवशोषण को मापने के लिए एक अप्रत्यक्ष तरीका है, क्योंकि यह अवशोषण में शामिल प्रकाश के प्रत्यक्ष माप पर आधारित नहीं है। हालांकि, एक अन्य अर्थ में, फोटोथर्मल (और फोटोकॉस्टिक) विधियां सीधे अवशोषण को मापती हैं, बजाय उदाहरण के। ट्रांसमिशन से इसकी गणना करें, जैसा कि अधिक सामान्य (ट्रांसमिशन) स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकों का मामला है। और यह तथ्य है जो तकनीक को इसकी उच्च संवेदनशीलता देता है, क्योंकि संचरण तकनीकों में अवशोषण की गणना नमूने पर पड़ने वाले कुल प्रकाश और सामान्य के साथ संप्रेषण (प्लस परावर्तन (भौतिकी), प्लस डिफ्यूज़ प्रतिबिंब) प्रकाश के बीच अंतर के रूप में की जाती है। सटीकता की समस्या जब कोई बड़ी संख्या के बीच छोटे अंतर से निपटता है, यदि अवशोषण छोटा है। फोटोथर्मल स्पेक्ट्रोस्कोपी में, इसके बजाय, संकेत अनिवार्य रूप से अवशोषण के समानुपाती होता है, और शून्य होता है जब शून्य 'सही' अवशोषण होता है, यहां तक ​​कि प्रतिबिंब या बिखरने की उपस्थिति में भी।

फोटोथर्मल स्पेक्ट्रोस्कोपी में उपयोग की जाने वाली कई विधियाँ और तकनीकें हैं। इनमें से प्रत्येक का एक नाम है जो मापे गए विशिष्ट भौतिक प्रभाव को दर्शाता है।
 * फोटोथर्मल लेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीटीएस या टीएलएस) थर्मल ब्लूमिंग को मापता है जो तब होता है जब प्रकाश की किरण एक पारदर्शी नमूने को गर्म करती है। यह आमतौर पर सजातीय गैस और तरल समाधानों में पदार्थों की सूक्ष्म मात्रा को मापने के लिए लागू किया जाता है।
 * फोटोथर्मल डिफ्लेक्शन स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीडीएस), जिसे मृगतृष्णा प्रभाव भी कहा जाता है, ऑप्टिकल अवशोषण के कारण प्रकाश के झुकने को मापता है। यह तकनीक विशेष रूप से सतह के अवशोषण को मापने और स्तरित सामग्री में थर्मल गुणों को प्रोफाइल करने के लिए उपयोगी है।
 * फोटोथर्मल विवर्तन, एक प्रकार की चार तरंग मिश्रण, सुसंगत लेज़रों के साथ नमूने में लिखे गए क्षणिक विवर्तन झंझरी के प्रभाव की निगरानी करता है। यह रीयल-टाइम होलोग्रफ़ी का एक रूप है।
 * फोटोथर्मल उत्सर्जन अवशोषण के परिणामस्वरूप होने वाली नमूना अवरक्त चमक में वृद्धि को मापता है। नमूना उत्सर्जन स्टीफन के तापीय उत्सर्जन के नियम का पालन करता है। इस पद्धति का उपयोग ठोस और स्तरित सामग्री के तापीय गुणों को मापने के लिए किया जाता है।
 * फोटोथर्मल ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी। यह तकनीक इमेजिंग और सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए गोलाकार रूप से सममित थर्मल लेंस के निर्माण के माध्यम से एकल अवशोषित नैनोकणों का पता लगाने की अनुमति देती है।

फोटोथर्मल डिफ्लेक्शन स्पेक्ट्रोस्कोपी
फोटोथर्मल विक्षेपण स्पेक्ट्रोस्कोपी एक प्रकार की स्पेक्ट्रोस्कोपी है जो प्रकाश द्वारा माध्यम के गर्म होने के कारण अपवर्तक सूचकांक में परिवर्तन को मापता है। यह एक प्रकार के मृगतृष्णा प्रभाव के माध्यम से काम करता है जहां एक अपवर्तक सूचकांक ढाल परीक्षण नमूना सतह के निकट मौजूद है। सतह के पास पारदर्शी माध्यम के तापमान प्रवणता के समानुपाती तरीके से एक जांच लेजर बीम को अपवर्तित या मोड़ दिया जाता है। इस विक्षेपण से अवशोषित उत्तेजना विकिरण का एक उपाय निर्धारित किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से पतले नमूनों का अध्ययन करते समय तकनीक उपयोगी होती है, क्योंकि संवेदनशील माप प्राप्त किया जा सकता है कि अवशोषण हो रहा है या नहीं। यह उन स्थितियों में महत्वपूर्ण है जहां पास थ्रू या ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग नहीं किया जा सकता है।

पीडीएस के दो मुख्य रूप हैं: कोलीनियर और ट्रांसवर्स। Collinear PDS को 1980 के पेपर में A.C. Boccara, D. Fournier, et al द्वारा पेश किया गया था। समरेख में, दो बीम एक माध्यम से होकर गुजरते हैं और एक दूसरे को काटते हैं। पंप बीम सामग्री को गर्म करता है और जांच बीम विक्षेपित होता है। यह तकनीक केवल पारदर्शी मीडिया के लिए काम करती है। अनुप्रस्थ में, पंप बीम सतह पर सामान्य रूप से गर्म होता है, और जांच बीम समानांतर गुजरती है। इस पर भिन्नता में, प्रोब बीम सतह से प्रतिबिंबित हो सकता है, और हीटिंग के कारण बकलिंग को माप सकता है। अनुप्रस्थ पीडीएस नाइट्रोजन में किया जा सकता है, लेकिन एक तरल सेल में बेहतर प्रदर्शन प्राप्त होता है: आमतौर पर एक निष्क्रिय, गैर-अवशोषित सामग्री जैसे perfluorocarbon का उपयोग किया जाता है।

समरेख और अनुप्रस्थ पीडीएस दोनों में, सतह को समय-समय पर संशोधित प्रकाश स्रोत का उपयोग करके गर्म किया जाता है, जैसे कि यांत्रिक हेलिकॉप्टर से गुजरने वाला ऑप्टिकल बीम या फ़ंक्शन जनरेटर के साथ विनियमित। एक लॉक-इन प्रवर्धक तब मॉडुलन आवृत्ति पर पाए जाने वाले विक्षेपण को मापने के लिए उपयोग किया जाता है। एक अन्य योजना उत्तेजना स्रोत के रूप में स्पंदित लेजर का उपयोग करती है। उस मामले में, उत्तेजना विकिरण के लिए जांच बीम के अस्थायी विक्षेपण को मापने के लिए एक बॉक्सकार औसत का उपयोग किया जा सकता है। आवृत्ति के एक समारोह के रूप में संकेत तेजी से गिरता है, इसलिए 1-10 हर्ट्ज के आसपास की आवृत्तियों का अक्सर उपयोग किया जाता है। पीडीएस प्रणाली का एक पूर्ण सैद्धांतिक विश्लेषण जैक्सन, आमेर और अन्य द्वारा प्रकाशित किया गया था। 1981 में। उसी पेपर में माइक्रोस्कोपी के एक रूप के रूप में पीडीएस के उपयोग पर भी चर्चा की गई, जिसे फोटोथर्मल डिफ्लेक्शन माइक्रोस्कोपी कहा जाता है, जो अशुद्धियों और सामग्रियों की सतह टोपोलॉजी के बारे में जानकारी प्राप्त कर सकता है।

पतली फिल्मों का पीडीएस विश्लेषण एक पैटर्न वाले सब्सट्रेट का उपयोग करके भी किया जा सकता है जो ऑप्टिकल अनुनादों का समर्थन करता है, जैसे निर्देशित-मोड अनुनाद और फुसफुसा-गैलरी मोड। जांच बीम को गुंजयमान मोड में जोड़ा जाता है और युग्मन दक्षता घटना कोण के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती है। फोटोहीटिंग प्रभाव के कारण, युग्मन दक्षता बदल जाती है और पतली फिल्म अवशोषण को इंगित करने के लिए विशेषता होती है।

पतली फिल्मों का पीडीएस विश्लेषण एक पैटर्न वाले सब्सट्रेट का उपयोग करके भी किया जा सकता है जो ऑप्टिकल अनुनादों का समर्थन करता है, जैसे निर्देशित-मोड अनुनाद और फुसफुसा-गैलरी मोड। जांच बीम को गुंजयमान मोड में जोड़ा जाता है और युग्मन दक्षता घटना कोण के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती है। फोटोहीटिंग प्रभाव के कारण, युग्मन दक्षता बदल जाती है और पतली फिल्म अवशोषण को इंगित करने के लिए विशेषता होती है। 

यह भी देखें

 * फोटोथर्मल प्रभाव
 * फोटोथर्मल माइक्रोस्पेक्ट्रोस्कोपी
 * फोटोथर्मल ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी
 * उरबैक ऊर्जा

संदर्भ

 * J. A. Sell Photothermal Investigations of Solids and Fluids Academic Press, New York 1989
 * D. P. Almond and P. M. Patel Photothermal Science and Techniques Chapman and Hall, London 1996
 * S. E. Bialkowski Photothermal Spectroscopy Methods for Chemical Analysis John Wiley, New York 1996

बाहरी संबंध

 * Quantities, terminology, and symbols in photothermal and related spectroscopies (IUPAC Recommendations 2004)
 * on-line version Chapter 1 of Stephen E. Bialkowski's Photothermal Spectroscopy Methods for Chemical Analysis John Wiley, New York 1996