अवशोषण

This article is about मात्रात्मक अभिव्यक्ति. For प्रक्रिया के लिए, see अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण).

"ऑप्टिकल घनत्व"" redirects here. For अन्य उपयोगों के लिए, see अपवर्तक सूचकांक. For और, see न्यूक्लिक एसिड क्वांटिटेशन. For और, see तटस्थ-घनत्व फ़िल्टर.

अवशोषण को "प्रतिरूप के माध्यम से प्रसारित विकिरण शक्ति के लिए आपतित के अनुपात के लघुगणक (सेल वाल पर प्रभाव को छोड़कर)" के रूप में परिभाषित किया गया है। वैकल्पिक रूप से, उन प्रतिरूप के लिए जो प्रकाश को बिखेरते हैं, अवशोषण को "समान प्रतिरूप पर मापे गए न्यूनतम अवशोषण के ऋणात्मक लघुगणक " के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। प्रयोगात्मक माप के परिणामों को मापने के लिए इस शब्द का प्रयोग कई तकनीकी क्षेत्रों में किया जाता है। जबकि इस शब्द का मूल प्रकाश के अवशोषण को मापने में है, यह अधिकांशतः प्रकाश की मात्रा के साथ उलझा हुआ है जो अन्य तंत्रों के माध्यम से संसूचक प्रणाली के लिए " अदृश्य " जाता है। शब्द के इन उपयोगों में सामान्यतः यह होता है कि वे प्रतिरूप या पदार्थ पर प्रकाश आपतित की मात्रा के अनुपात के लघुगणक को संदर्भित करते हैं जो प्रकाश के प्रतिरूप के साथ अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) शब्द प्रकाश को अवशोषित करने की भौतिक प्रक्रिया को संदर्भित करता है, जबकि अवशोषण हमेशा केवल अवशोषण को मापता नहीं है, यह अवशोषण, साथ ही प्रतिबिंब, अवकीर्णन और अन्य भौतिक प्रक्रियाओं के कारण होने वाले क्षीणन (संचरित विकिरण शक्ति) को माप सकता है।

अवशोषक शब्द का इतिहास और उपयोग

बीयर-लैंबर्ट नियम

शोषक शब्द की जड़ें बीयर-लैंबर्ट नियम में हैं। जैसे ही प्रकाश एक माध्यम से चलता है, यह मंद हो जाएगा क्योंकि इसे "बुझा" दिया जा रहा है। बाउगर ने माना कि यह विलोपन (अब अधिकांशतः क्षीणन कहा जाता है) मध्यस्थ के माध्यम से पर्यटित की गई दूरी के साथ रैखिक नहीं था, लेकिन अब हम घातीय फलन के रूप में संदर्भित करते हैं। यदि $I_{0}$ पर्यटित की शुरुआत में प्रकाश की तीव्रता है और $I_{s}$ दूरी की पर्यटित के बाद पता चला प्रकाश की तीव्रता है $d$, प्रेषित अंश है, $T$, द्वारा दिया गया है: $T={\frac {I_{s}}{I_{0}}}=\exp(-\mu d)$, जहां $\mu$ को क्षीणन स्थिरांक (विभिन्न क्षेत्रों में प्रयुक्त शब्द जहां मध्यस्थ के माध्यम से संकेत प्रेषित होता है) या गुणांक कहा जाता है। प्रेषित प्रकाश की मात्रा दूरी के साथ चर घातांकी रूप से कम हो रही है। उपरोक्त समीकरण में प्राकृतिक लघुगणक लेने पर, हम प्राप्त करते हैं:$-\ln(T)=\ln {\frac {I_{0}}{I_{s}}}=\mu d$। अवकीर्णन वाले मीडिया के लिए, स्थिरांक को अधिकांशतः दो भागों में विभाजित किया जाता है, $\mu =\mu _{s}+\mu _{a}$, इसे अवकीर्णन वाले गुणांक में अलग करना, $\mu _{s}$, और अवशोषण गुणांक, $\mu _{a}$ प्राप्त करना:$-\ln(T)=\ln {\frac {I_{0}}{I_{s}}}=(\mu _{s}+\mu _{a})d$ .

यदि प्रकाश द्वारा तय की गई दूरी की तुलना में संसूचक का आकार बहुत छोटा है, तो कोई भी प्रकाश जो किसी कण द्वारा आगे या पीछे की दिशा में बिखरा हुआ है, संसूचक पर प्रहार नहीं करेगा। ऐसे में आलेख $-\ln(T)$ तरंगदैर्घ्य के फलन के रूप में अवशोषण और प्रकीर्ण के प्रभावों का अधिस्थापन प्राप्त होगा। क्योंकि अवशोषण भाग अधिक विशिष्ट है और प्रकीर्ण भाग की पृष्ठभूमि पर आरोहण करता है, इसका उपयोग अधिकांशतः अवशोषित प्रजातियों की पहचान करने और उन्हें मापने के लिए किया जाता है। परिणाम स्वरुप इसे अधिकांशतः अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में जाना जाता है, और आलेख की गई मात्रा को "अवशोषण" कहा जाता है, जिसका प्रतीक $\mathrm {A}$ है। परंपरा के अनुसार कुछ विषय नेपियरियन अवशोषण के अतिरिक्त दशकीय अवशोषण का उपयोग करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप: $\mathrm {A} _{10}=\mu _{10}d$ (उपलेख 10 के साथ सामान्यतः नहीं दिखाया जाता है)।

बीयर-लैंबर्ट नियम गैर-अवकीर्णन वाले प्रतिरूप के साथ

सजातीय माध्यम जैसे विलयन में कोई प्रकीर्णन नहीं होता है। इस मामले के लिए, अगस्त बीयर द्वारा बड़े पैमाने पर शोध किया गया, अवशोषित प्रजातियों की एकाग्रता पथ-लंबाई के समान रैखिक प्रतिक्रिया का पालन करती है। इसके अतिरिक्त, व्यक्तिगत अवशोषित प्रजातियों का योगदान योगात्मक है। यह एक बहुत ही अनुकूल स्थिति है, और अवशोषण को अवशोषण अंश (अवशोषण) के लिए बेहतर अवशोषण मापीय बना दिया है। यह वह मामला है जिसके लिए "अवशोषण" शब्द का पहली बार उपयोग किया गया था।

बीयर के नियम की आम अभिव्यक्ति पदार्थ में प्रकाश की क्षीणन से संबंधित है: $\mathrm {A} =\varepsilon \ell c$ , जहां $\mathrm {A}$अवशोषक है, $\varepsilon$ क्षीणन प्रजातियों की मोलर क्षीणन गुणांक या मोलर अवशोषण है, $\ell$ प्रकाशीय दूरी की लंबाई है, और $c$ क्षीणक प्रजातियों की एकाग्रता है।

अवकीर्णन के प्रतिरूप के लिए अवशोषण

उन प्रतिरूप के लिए जो प्रकाश को बिखेरते हैं, अवशोषण को " न्यूनतम अवशोषण (अवशोषण अंश) के ऋणात्मक लघुगणक के रूप में परिभाषित किया गया है: $\alpha$) जैसा कि समान प्रतिरूप पर मापा जाता है। दशकीय अवशोषण के लिए, इसे इस प्रकार दर्शाया जा सकता है: $\mathrm {A} _{10}=-\log _{10}(1-\alpha )$ .यदि प्रतिरूप प्रकाश को प्रसारित करता है, और संदीप्त नहीं है, तो प्रकाश का अंश अवशोषित ($\alpha$), प्रेषित ($R$), और संप्रेषित ($T$) 1 में जोड़ें, या: $\alpha +R+T=1$ । ध्यान दें कि $1-\alpha =R+T$ , और सूत्र को इस प्रकार लिखा जा सकता है: $\mathrm {A} _{10}=-\log _{10}(R+T)$ प्रतिरूप के लिए जो प्रकीर्ण नहीं है, $R=0$ , और $1-\alpha =T$, नीचे चर्चा की गई पदार्थ के अवशोषण के लिए सूत्र प्रदान करता है।

भले ही यह अवशोषक फलन अवकीर्णन वाले प्रतिरूप के साथ बहुत उपयोगी है, फलन में समान वांछनीय विशेषताएं नहीं होती हैं क्योंकि यह गैर-अवकीर्णन वाले प्रतिरूप के लिए होती है। हालाँकि, एक गुण जिसे अवशोषित शक्ति कहा जाता है, जिसका अनुमान इन प्रतिरूप के लिए लगाया जा सकता है। अवकीर्णन वाले प्रतिरूप को बनाने वाली पदार्थ की इकाई मोटाई की अवशोषित शक्ति प्रकीर्ण की अनुपस्थिति में पदार्थ की समान मोटाई के अवशोषण के समान होती है।

प्रकाशिकी

प्रकाशिकी में, अवशोषक या दशकीय अवशोषक पदार्थ के माध्यम से प्रेषित विकिरण शक्ति के लिए आपतित के अनुपात का सामान्य लघुगणक है, और वर्णक्रमीय अवशोषक या वर्णक्रमीय अवशोषक पदार्थ के माध्यम से प्रेषित वर्णक्रमीय विकिरण शक्ति के लिए आपतित के अनुपात का सामान्य लघुगणक है। अवशोषण आयाम रहित है, और विशेष रूप से लंबाई नहीं है, चूंकि यह पथ की लंबाई का एकरसतापूर्वक रूप से बढ़ता हुआ फलन है, और शून्य तक पहुंचता है क्योंकि पथ की लंबाई शून्य तक पहुंचती है। अवशोषण के लिए "प्रकाशिकी घनत्व" शब्द का उपयोग निरुत्साहित है।

गणितीय परिभाषाएँ

किसी पदार्थ का अवशोषण

पदार्थ का अवशोषण, निरूपित A, द्वारा दिया जाता है

$A=\log _{10}{\frac {\Phi _{\text{e}}^{\text{i}}}{\Phi _{\text{e}}^{\text{t}}}}=-\log _{10}T,$

जहाँ

$\Phi _{\text{e}}^{\text{t}}$ उस पदार्थ द्वारा प्रेषित विकिरण फ़्लक्स है,

$\Phi _{\text{e}}^{\text{i}}$ उस पदार्थ द्वारा प्राप्त विकिरण फ़्लक्स है,

$T=\Phi _{\text{e}}^{\text{t}}/\Phi _{\text{e}}^{\text{i}}$ उस पदार्थ का संप्रेषण है।

अवशोषण आयाम रहित मात्रा है। फिर भी, अवशोषण इकाई या AU सामान्यतः पराबैंगनी-दृश्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी और इसके उच्च-प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, अधिकांशतः मिली-अवशोषक इकाई (mAU) या मिली-अवशोषण इकाई-मिनट (एमएयू × मिनट) जैसी व्युत्पन्न इकाइयों में , समय के साथ एकीकृत अवशोषण की इकाई है।

अवशोषण प्रकाशिकी गहराई से संबंधित है

$A={\frac {\tau }{\ln 10}}=\tau \log _{10}e\,,$

जहां τ प्रकाशिकी गहराई है।

वर्णक्रमीय अवशोषण

आवृत्ति में वर्णक्रमीय अवशोषण और पदार्थ के तरंग दैर्ध्य में वर्णक्रमीय अवशोषण, क्रमशः A_ν और A_λ को निरूपित किया जाता है,

$A_{\nu }=\log _{10}{\frac {\Phi _{{\text{e}},\nu }^{\text{i}}}{\Phi _{{\text{e}},\nu }^{\text{t}}}}=-\log _{10}T_{\nu },$

$A_{\lambda }=\log _{10}{\frac {\Phi _{{\text{e}},\lambda }^{\text{i}}}{\Phi _{{\text{e}},\lambda }^{\text{t}}}}=-\log _{10}T_{\lambda },$

जहाँ

Φ_e,ν^t उस पदार्थ द्वारा प्रेषित दीप्तिमान फ़्लक्स है,

Φ_e,νⁱ उस पदार्थ द्वारा प्राप्त आवृत्ति में वर्णक्रमीय विकिरण फ़्लक्स है,

T_ν उस पदार्थ का संप्रेषण है,

Φ_e,λ^t उस पदार्थ द्वारा प्रेषित दीप्तिमान फ़्लक्स है,

Φ_e,λⁱ उस पदार्थ द्वारा प्राप्त तरंग दैर्ध्य में वर्णक्रमीय विकिरण फ़्लक्स है,

T_λ उस पदार्थ का संप्रेषण है।

वर्णक्रमीय अवशोषण वर्णक्रमीय प्रकाशिकी गहराई से संबंधित है

$A_{\nu }={\frac {\tau _{\nu }}{\ln 10}}=\tau _{\nu }\log _{10}e\,,$

$A_{\lambda }={\frac {\tau _{\lambda }}{\ln 10}}=\tau _{\lambda }\log _{10}e\,,$

जहाँ पे

τ_ν आवृत्ति में वर्णक्रमीय प्रकाशिकी गहराई है,

τ_λ तरंग दैर्ध्य में वर्णक्रमीय प्रकाशिकी गहराई है।

चूंकि अवशोषण उचित रूप से इकाई रहित है, कभी-कभी "अवशोषण इकाइयों" या AU में इसकी सूचना दी जाती है। वैज्ञानिक शोधकर्ताओं सहित कई लोग, इन निर्मित इकाइयों के संदर्भ में अवशोषण मापन प्रयोगों के परिणामों को गलत बताते हैं।

क्षीणन के साथ संबंध

क्षीणन

अवशोषण एक संख्या है जो पदार्थ में संचरित विकिरण शक्ति के क्षीणन को मापता है। क्षीणन "अवशोषण" की भौतिक प्रक्रिया के कारण हो सकता है, लेकिन प्रतिबिंब, अवकीर्णन और अन्य भौतिक प्रक्रियाओं के कारण भी हो सकता है। किसी पदार्थ का अवशोषण लगभग उसके क्षीणन के बराबर होता है, जब दोनों अवशोषण 1 से बहुत कम होते हैं और उस पदार्थ का उत्सर्जन (विकिरण निकास या उत्सर्जन के साथ भ्रमित नहीं होना) अवशोषण से बहुत कम होता है। वास्तव में,

$\Phi _{\text{e}}^{\text{t}}+\Phi _{\text{e}}^{\text{att}}=\Phi _{\text{e}}^{\text{i}}+\Phi _{\text{e}}^{\text{e}},$

जहाँ

Φ_e^t उस पदार्थ द्वारा संचारित दीप्तिमान शक्ति है,

Φ_e^{att उस पदार्थ द्वारा क्षीण की गई विकिरण शक्ति है,}

Φ_eⁱ उस पदार्थ द्वारा प्राप्त दीप्तिमान शक्ति है,

Φ_e^e उस पदार्थ द्वारा उत्सर्जित विकिरण शक्ति है,

के बराबर है

$T+{\text{ATT}}=1+E,$

जहाँ

T = Φ_e^t/Φ_eⁱ उस पदार्थ का संप्रेषण है,

ATT = Φ_e^att/Φ_eⁱ उस पदार्थ का क्षीणन है,

E = Φ_e^e/Φ_eⁱ उस पदार्थ का उत्सर्जन है,

और बीयर-लैंबर्ट नियम के अनुसार, T = 10^−A, इसलिए

${\text{ATT}}=1-10^{-A}+E\approx A\ln 10+E,\quad {\text{if}}\ A\ll 1,$

और अंत में

${\text{ATT}}\approx A\ln 10,\quad {\text{if}}\ E\ll A.$

क्षीणन गुणांक

किसी पदार्थ का अवशोषण भी उसके क्षीणन गुणांक से संबंधित होता है

$A=\int _{0}^{l}a(z)\,\mathrm {d} z,$

जहाँ

l उस पदार्थ की मोटाई है जिसके माध्यम से प्रकाश पर्यटित करता है,

a(z), z पर उस पदार्थ का दशकीय क्षीणन गुणांक है।

यदि a(z) पथ के साथ एकसमान है, तो क्षीणन को रैखिक क्षीणन कहा जाता है, और संबंध बन जाता है

$A=al.$

कभी-कभी पदार्थ के मोलर क्षीणन गुणांक का उपयोग करके संबंध दिया जाता है, जो कि इसके क्षीणन गुणांक को इसकी मोलर एकाग्रता से विभाजित किया जाता है:

$A=\int _{0}^{l}\varepsilon c(z)\,\mathrm {d} z,$

जहाँ

ε उस पदार्थ का मोलर क्षीणन गुणांक है,

c(z), z पर उस पदार्थ की मोलर सांद्रता है।

यदि c(z) पथ में एकसमान है, तो संबंध बन जाता है

$A=\varepsilon cl.$

मोलर क्षीणन गुणांक के लिए मोलर अवशोषकता शब्द के प्रयोग को हतोत्साहित किया जाता है।

माप

लघुगणक बनाम सीधे आनुपातिक माप

बीयर-लैंबर्ट नियम (A=(ε)(l)) के अनुसार पदार्थ के माध्यम से प्रेषित प्रकाश की मात्रा तेजी से कम हो जाती है क्योंकि यह पदार्थ के माध्यम से पर्यटित करती है। चूँकि प्रतिरूप के अवशोषण को लघुगणक के रूप में मापा जाता है, यह सीधे प्रतिरूप की मोटाई और प्रतिरूप में अवशोषित पदार्थ की सांद्रता के समानुपाती होता है। अवशोषण से संबंधित कुछ अन्य उपाय, जैसे संप्रेषण, को साधारण अनुपात के रूप में मापा जाता है, इसलिए वे पदार्थ की मोटाई और एकाग्रता के साथ घातीय रूप से भिन्न होते हैं।

Absorbance: −log10(Φet/Φei)	Transmittance: Φet/Φei
0	1
0.1	0.79
0.25	0.56
0.5	0.32
0.75	0.18
0.9	0.13
1	0.1
2	0.01
3	0.001

साधन माप सीमा

किसी भी वास्तविक मापने वाले उपकरण की सीमित सीमा होती है, जिस पर वह अवशोषण को सटीक रूप से माप सकता है। यदि रीडिंग पर भरोसा करना है तो उपकरण को जांच किया जाना चाहिए और ज्ञात मानकों के विरुद्ध जांच की जानी चाहिए। लगभग 2 AU (~1% संप्रेषण) से प्रारंभ होने वाले कई उपकरण गैर-रैखिक (बीयर-लैंबर्ट नियम का पालन करने में विफल) हो जाएंगे। रासायनिक विश्लेषण के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उपकरणों के साथ बहुत कम अवशोषक मूल्यों (10−4 से नीचे) को सटीक रूप से मापना भी मुश्किल है। ऐसे स्थितियों में, लेजर अवशोषण स्पेक्ट्रोमेट्री आधारित अवशोषण तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है, क्योंकि उन्होंने पता लगाने की सीमा का प्रदर्शन किया है जो पारंपरिक गैर-लेज़र-आधारित उपकरणों द्वारा परिमाण के कई आदेशों द्वारा प्राप्त किए गए को अधिक्रमण करती है (पता लगाने का प्रदर्शन सभी तरह से नीचे 5 × 10⁻¹³ तक किया गया है)। अधिकांश व्यावसायिक रूप से उपलब्ध गैर-लेजर-आधारित उपकरणों के लिए सैद्धांतिक सर्वोत्तम सटीकता 1 AU के निकट की सीमा में प्राप्त की जाती है। पथ की लंबाई या एकाग्रता को तब, जब संभव हो, इस सीमा के पास रीडिंग प्राप्त करने के लिए समायोजित किया जाना चाहिए।

माप की विधि

सामान्यतः, विलीन पदार्थ का अवशोषण, अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके मापा जाता है। इसमें समाधान के माध्यम से प्रकाश को चमकाना और अँकित करना सम्मिलित है कि संसूचक पर कितना प्रकाश और तरंग दैर्ध्य प्रसारित किया गया था। इस जानकारी का उपयोग करके, अवशोषित की गई तरंग दैर्ध्य को निर्धारित किया जा सकता है। सबसे पहले, संदर्भ उद्देश्यों के लिए केवल विलायक का उपयोग करके "रिक्त" पर माप लिया जाता हैl ऐसा इसलिए है जिससे कि विलायक का अवशोषण ज्ञात हो, और फिर पूरे समाधान को मापते समय अवशोषण में कोई भी परिवर्तन ब्याज के विलेय द्वारा किया जाता है। फिर समाधान का माप लिया जाता है। संचरित वर्णक्रमीय दीप्तिमान फ़्लक्स जो इसे समाधान के प्रतिरूप के माध्यम से बनाता है,और आपतित वर्णक्रमीय दीप्तिमान फ़्लक्स की तुलना में मापा जाता है । जैसा ऊपर बताया गया है, किसी दिए गए तरंगदैर्ध्य पर वर्णक्रमीय अवशोषण है

$A_{\lambda }=\log _{10}\!\left({\frac {\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {i} }}{\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }^{\mathrm {t} }}}\right)\!.$

अवशोषक वर्णक्रम को अवशोषक बनाम तरंग दैर्ध्य के लेखाचित्र पर आलेख किया जाता है।

पराबैंगनी-दृश्य स्पेक्ट्रोफोटोमीटर यह सब स्वचालित रूप से करेगा। इस मशीन का उपयोग करने के लिए, छोटे क्युवेट में समाधान रखा जाता है और धारक में डाला जाता है। मशीन को कंप्यूटर के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है और, एक बार इसे "खाली" कर दिया जाता है, स्वचालित रूप से तरंग दैर्ध्य के विरुद्ध आलेख किए गए अवशोषक को प्रदर्शित करता है। बीयर-लैंबर्ट नियम का उपयोग करके उस समाधान की एकाग्रता का निर्धारण करने के लिए समाधान के अवशोषण वर्णक्रम को प्राप्त करना उपयोगी होता है और एचपीएलसी में इसका उपयोग किया जाता है।

छाया संख्या

कुछ निस्यंदक, विशेष रूप से वेल्डिंग ग्लास, छाया संख्या (एसएन) द्वारा रेट किए जाते हैं,जो अवशोषण प्लस वन का 7/3 गुना होता है:

${\text{SN}}={\frac {7}{3}}A+1,$

या

${\text{SN}}={\frac {7}{3}}(-\log _{10}T)+1.$

उदाहरण के लिए, यदि निस्यंदक में 0.1% संप्रेषण (0.001 संप्रेषण, जो 3 अवशोषक इकाइयाँ हैं) है, तो इसकी छाया संख्या 8 होगी।

यह भी देखें

• अवशोषण
• ट्यून करने योग्य डायोड लेजर अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (TDLAS)
• डेन्सिटोमीटरी
• तटस्थ घनत्व निस्यंदक
• अस्पष्टता का गणितीय विवरण