फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी

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

प्रकाश के विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर ध्वनि को मापकर प्रतिरूप का फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड किया जा सकता है। इस स्पेक्ट्रम का उपयोग प्रतिरूपों के अवशोषित घटकों की पहचान करने के लिए किया जा सकता है। फोटोअकॉस्टिक प्रभाव का उपयोग ठोस, तरल और गैस के अध्ययन के लिए किया जा सकता है।

उपयोग और विधि
फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी भाग प्रति अरब या यहां तक ​​कि भाग प्रति खरब स्तरों पर गैसों की सांद्रता का अध्ययन करने के लिए शक्तिशाली विधि बन गई है। आधुनिक फोटोअकॉस्टिक सेंसर अभी भी बेल के उपकरण के समान सिद्धांतों पर भरोसा करते हैं; चूंकि, संवेदनशीलता (इलेक्ट्रॉनिक्स) को बढ़ाने के लिए, कई संशोधन किए गए हैं। सूर्य के प्रकाश के अतिरिक्त, तीव्र लेज़र का उपयोग प्रतिरूपों को रोशन करने के लिए किया जाता है क्योंकि उत्पन्न की ध्वनि तीव्रता प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती (गणित) होती है; इस विधि को लेजर फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी (एलपीएएस) कहा जाता है। कान की जगह संवेदनशील माइक्रोफोन ने ले ली है। लॉक-इन एम्पलीफायर का उपयोग करके माइक्रोफ़ोन संकेतों को और अधिक बढ़ाया और पहचाना जाता है। बेलनाकार कक्ष में गैसीय प्रतिरूपों को बंद करके, प्रतिरूप सेल के ध्वनिक प्रतिध्वनि के लिए मॉडुलन आवृत्ति को ट्यून करके ध्वनि संकेत को बढ़ाया जाता है।

कैंटिलीवर एन्हांस्ड फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी संवेदनशीलता का उपयोग करके अभी भी पीपीबी-स्तर पर गैसों की भरोसेमंद निगरानी को सक्षम करके और श्रेष्ठ बनाया जा सकता है।

उदाहरण
निम्नलिखित उदाहरण फोटोअकॉस्टिक विधि की क्षमता को दर्शाता है: 1970 के दशक के प्रारंभ में, पटेल और सहकर्मी बैलून-जनित फोटोअकॉस्टिक डिटेक्टर के साथ 28 किमी की ऊंचाई पर समताप मंडल में नाइट्रिक ऑक्साइड की सांद्रता के समय भिन्नता को मापा। इन मापों ने मानव निर्मित नाइट्रिक ऑक्साइड उत्सर्जन द्वारा ओजोन रिक्तीकरण की समस्या पर महत्वपूर्ण डेटा प्रदान किया। कुछ प्रारंभिक कार्य रोसेनवेग और गेर्शो द्वारा आरजी सिद्धांत के विकास पर निर्भर थे।

अनुप्रयोग
एफटीआईआर फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करने की महत्वपूर्ण क्षमताओं में से एक इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा उनके स्वस्थानी अवस्था में प्रतिरूपों का मूल्यांकन करने की क्षमता है, जिसका उपयोग रासायनिक कार्यात्मक समूह और इस प्रकार रासायनिक पदार्थ का पता लगाने और उनकी मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। यह जैविक प्रतिरूपों के लिए विशेष रूप से उपयोगी है जिनका मूल्यांकन पाउडर को कुचले बिना या रासायनिक उपचार के अधीन किए बिना किया जा सकता है। सीप, हड्डी और ऐसे ही सैंपल की जांच की गई है।  फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करने से अस्थिजनन अपूर्णता के साथ हड्डी में आणविक अंतःक्रियाओं का मूल्यांकन करने में सहायता मिली है।

जबकि अधिकांश अकादमिक अनुसंधान उच्च रिज़ॉल्यूशन उपकरणों पर केंद्रित हैं, कुछ कार्य विपरीत दिशा में चले गए हैं। पिछले बीस वर्षों में, रिसाव का पता लगाने और कार्बन डाईऑक्साइड एकाग्रता के नियंत्रण जैसे अनुप्रयोगों के लिए बहुत कम लागत वाले उपकरणों का विकास और व्यावसायीकरण किया गया है। सामान्यतः, कम लागत वाले थर्मल स्रोतों का उपयोग किया जाता है जो इलेक्ट्रॉनिक रूप से संशोधित होते हैं। गैस एक्सचेंज, कम लागत वाले माइक्रोफोन, और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर के साथ मालिकाना सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए वाल्व के अतिरिक्त अर्ध-पारगम्य डिस्क के माध्यम से प्रसार ने इन प्रणालियों की लागत कम कर दी है। फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी के कम लागत वाले अनुप्रयोगों का भविष्य पूरी तरह से एकीकृत माइक्रोमाचिन्ड फोटोअकॉस्टिक उपकरणों की प्राप्ति हो सकता है।

प्रोटीन जैसे मैक्रोमोलेक्यूल्स को मात्रात्मक रूप से मापने के लिए फोटोअकॉस्टिक दृष्टिकोण का उपयोग किया गया है। फोटोअकॉस्टिक इम्यूनोएसे नैनोकणों का उपयोग करके लक्षित प्रोटीन का लेबल और पता लगाता है जो शक्तिशाली ध्वनिक संकेत उत्पन्न कर सकता है। पॉइंट-ऑफ-केयर परीक्षण के लिए फोटोएकाउस्टिक्स-आधारित प्रोटीन विश्लेषण भी लागू किया गया है।

फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी में कई सैन्य अनुप्रयोग भी हैं। ऐसा ही अनुप्रयोग जहरीले रासायनिक एजेंटों का पता लगाना है। फोटोअकॉस्टिक स्पेक्ट्रोस्कोपी की संवेदनशीलता रासायनिक आक्रमण से जुड़े ट्रेस रसायनों का पता लगाने के लिए इसे आदर्श विश्लेषण विधि बनाती है।

एलपीएएस सेंसर उद्योग, सुरक्षा (तंत्रिका एजेंट और विस्फोटक पहचान), और दवा (सांस विश्लेषण) में लागू हो सकते हैं।

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 कड़ियाँ

 * General introduction to photoacoustic spectroscopy:
 * Photoacoustic spectroscopy in trace gas monitoring
 * Photoacoustic spectrometer for trace gas detection based on a Helmholtz Resonant Cell (www.aerovia.fr)
 * Photoacoustic multi-gas monitor for trace gas detection based on cantilever enhanced photoacoustic spectroscopy (www.gasera.fi)