अवशोषण

This article is about a quantitative expression. For the process itself, see Absorption (electromagnetic radiation).

"Optical density" redirects here. For other uses, see Refractive index, Nucleic acid quantitation, and Neutral-density filter.

अवशोषण को एक नमूने के माध्यम से प्रसारित उज्ज्वल शक्ति के लिए घटना के अनुपात के लघुगणक के रूप में परिभाषित किया गया है (सेल की दीवारों पर प्रभाव को छोड़कर)।वैकल्पिक रूप से, उन नमूनों के लिए जो प्रकाश को बिखेरते हैं, अवशोषण को एक ऋण अवशोषण के नकारात्मक लघुगणक के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, जैसा कि एक समान नमूने पर मापा जाता 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 अक्सर प्रकाश की मात्रा के साथ उलझा हुआ है जो अन्य तंत्रों के माध्यम से एक डिटेक्टर सिस्टम के लिए "खो" जाता है। शब्द के इन उपयोगों में आम बात यह है कि वे नमूना या सामग्री पर प्रकाश घटना की मात्रा के अनुपात के लघुगणक को संदर्भित करते हैं जो कि प्रकाश के नमूने के साथ बातचीत करने के बाद पता चला है।

शब्द अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) 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, बिखरने और अन्य भौतिक प्रक्रियाओं के कारण होने वाले क्षीणन (संचरित उज्ज्वल शक्ति) को माप सकता है।

अवशोषक शब्द का इतिहास और उपयोग

बीयर-लैंबर्ट कानून

शोषक शब्द की जड़ें बीयर-लैंबर्ट कानून में हैं। जैसे ही प्रकाश एक माध्यम से चलता है, बुझने पर यह मंद हो जाएगा। बाउगर ने माना कि यह विलोपन (जिसे अब अक्सर क्षीणन कहा जाता है) माध्यम से यात्रा की गई दूरी के साथ रैखिक नहीं था, लेकिन अब हम एक घातीय कार्य के रूप में संदर्भित करते हैं। अगर $I_{0}$ यात्रा की शुरुआत में प्रकाश की तीव्रता है और $I_{s}$ दूरी की यात्रा के बाद पता चला प्रकाश की तीव्रता है $d$, प्रेषित अंश, $T$, द्वारा दिया गया है: $T={\frac {I_{s}}{I_{0}}}=\exp(-\mu d)$, कहाँ $\mu$ प्रसार स्थिरांक # क्षीणन स्थिरांक (विभिन्न क्षेत्रों में प्रयुक्त एक शब्द जहां एक माध्यम के माध्यम से एक संकेत प्रसारित होता है) या गुणांक कहा जाता है। प्रेषित प्रकाश की मात्रा दूरी के साथ चरघातांकी रूप से कम हो रही है। उपरोक्त समीकरण में प्राकृतिक लघुगणक लेने पर, हम प्राप्त करते हैं:$-\ln(T)=\ln {\frac {I_{0}}{I_{s}}}=\mu d$ . बिखरने वाले मीडिया के लिए, स्थिरांक को अक्सर दो भागों में विभाजित किया जाता है, $\mu =\mu _{s}+\mu _{a}$ , इसे एक बिखरने वाले गुणांक में अलग करना, $\mu _{s}$, और एक 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 डिटेक्टर का आकार बहुत छोटा है, तो कोई भी प्रकाश जो किसी कण द्वारा आगे या पीछे की दिशा में बिखरा हुआ है, डिटेक्टर पर नहीं गिरेगा। ऐसे में एक प्लॉट $-\ln(T)$ तरंग दैर्ध्य के एक समारोह के रूप में अवशोषण और बिखराव के प्रभावों का एक सुपरपोज़िशन निकलेगा। क्योंकि अवशोषण भाग अधिक विशिष्ट है और तितर बितर भाग की पृष्ठभूमि पर सवारी करता है, इसका उपयोग अक्सर अवशोषित प्रजातियों की पहचान करने और उन्हें मापने के लिए किया जाता है। नतीजतन इसे अक्सर अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में जाना जाता है, और प्लॉट की गई मात्रा को अवशोषण कहा जाता है, जिसका प्रतीक है $\mathrm {A}$ . परंपरा के अनुसार कुछ विषय नेपियरियन अवशोषण के बजाय डेकाडिक अवशोषण का उपयोग करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप: $\mathrm {A} _{10}=\mu _{10}d$ (सबस्क्रिप्ट 10 के साथ आमतौर पर नहीं दिखाया जाता है)।

गैर-बिखरने वाले नमूनों के साथ बीयर-लैंबर्ट कानून

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 मीट्रिक बना दिया है। यह वह मामला है जिसके लिए अवशोषक शब्द का पहली बार इस्तेमाल किया गया था।

बीयर के कानून की एक आम अभिव्यक्ति सामग्री में प्रकाश की क्षीणन से संबंधित है: $\mathrm {A} =\varepsilon \ell c$ , कहाँ पे $\mathrm {A}$ शोषक है; $\varepsilon$ क्षीणन प्रजातियों की दाढ़ क्षीणन गुणांक या दाढ़ अवशोषण है; $\ell$ ऑप्टिकल पथ की लंबाई है; और $c$ कमजोर प्रजातियों की एकाग्रता है।

बिखरने के नमूने के लिए अवशोषण

उन नमूनों के लिए जो प्रकाश को बिखेरते हैं, अवशोषण को एक माइनस अवशोषण (अवशोषण अंश) के नकारात्मक लघुगणक के रूप में परिभाषित किया गया है: $\alpha$) जैसा कि एक समान नमूने पर मापा जाता है। दशकीय अवशोषण के लिए, इसे इस प्रकार दर्शाया जा सकता है: $\mathrm {A} _{10}=-\log _{10}(1-\alpha )$ . यदि एक नमूना परावर्तन स्पेक्ट्रोस्कोपी # रिमिशन दोनों को प्रसारित और डिफ्यूज़ करता है, और ल्यूमिनेसेंट नहीं है, तो प्रकाश का अंश अवशोषित ($\alpha$), प्रेषित ($R$), और प्रेषित ($T$) 1 में जोड़ें, या: $\alpha +R+T=1$ . ध्यान दें कि $1-\alpha =R+T$ , और सूत्र के रूप में लिखा जा सकता है: $\mathrm {A} _{10}=-\log _{10}(R+T)$ . एक नमूने के लिए जो बिखरता नहीं है, $R=0$ , और $1-\alpha =T$ , नीचे चर्चा की गई सामग्री के अवशोषण के लिए सूत्र तैयार करना।

भले ही यह अवशोषक फ़ंक्शन बिखरने वाले नमूनों के साथ बहुत उपयोगी है, फ़ंक्शन में समान वांछनीय विशेषताएं नहीं होती हैं क्योंकि यह गैर-बिखरने वाले नमूनों के लिए होती है। हालांकि, एक संपत्ति है जिसे प्रतिनिधि परत सिद्धांत #अवशोषित शक्ति कहा जाता है: इन नमूनों के लिए अनुमान लगाया जा सकता है कि नमूने का स्कैटर सुधारित अवशोषण। प्रतिनिधि परत सिद्धांत #अवशोषित शक्ति: बिखराव नमूना बनाने वाली सामग्री की एक इकाई मोटाई के नमूने का बिखराव सुधारित अवशोषण, बिखराव की अनुपस्थिति में मटेरियल की समान मोटाई के अवशोषण के समान है।

प्रकाशिकी

प्रकाशिकी में, अवशोषक या डेकाडिक अवशोषक एक सामग्री के माध्यम से 'संचारित' उज्ज्वल शक्ति के लिए घटना के अनुपात का 'सामान्य लघुगणक' है, और वर्णक्रमीय अवशोषक या वर्णक्रमीय अवशोषक अवशोषक 'के लिए घटना के अनुपात का सामान्य लघुगणक है। एक सामग्री के माध्यम से 'संचारित' 'दीप्तिमान शक्ति। अवशोषण आयामहीन मात्रा है, और विशेष रूप से लंबाई नहीं है, हालांकि यह पथ की लंबाई का एक नीरस रूप से बढ़ता हुआ कार्य है, और शून्य तक पहुंच जाता है क्योंकि पथ की लंबाई शून्य तक पहुंच जाती है। अवशोषण के लिए ऑप्टिकल घनत्व शब्द का उपयोग हतोत्साहित किया जाता है।

गणितीय परिभाषाएँ

किसी सामग्री का अवशोषण

एक सामग्री का अवशोषण, जिसे 'ए' से निरूपित किया जाता है, किसके द्वारा दिया जाता है

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

कहाँ

$\Phi _{\text{e}}^{\text{t}}$ उस सामग्री द्वारा प्रेषित उज्ज्वल प्रवाह है,

$\Phi _{\text{e}}^{\text{i}}$ उस सामग्री द्वारा प्राप्त उज्ज्वल प्रवाह है,

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

अवशोषण एक आयाम रहित मात्रा है। फिर भी, अवशोषण इकाई या एयू आमतौर पर पराबैंगनी-दृश्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी और इसके उच्च-प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, अक्सर मिलि-अवशोषक इकाई (एमएयू) या मिलि-अवशोषक इकाई-मिनट (एमएयू × मिनट) जैसी व्युत्पन्न इकाइयों में , समय के साथ एकीकृत अवशोषण की एक इकाई। अवशोषण ऑप्टिकल गहराई से संबंधित है

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

जहां τ ऑप्टिकल गहराई है।

वर्णक्रमीय अवशोषण

आवृत्ति में स्पेक्ट्रल अवशोषण और सामग्री के तरंग दैर्ध्य में स्पेक्ट्रल अवशोषण, 'ए चिह्नित_ν और ए_λ क्रमशः द्वारा दिया गया है: $A_{\nu }=\log _{10}{\frac {\Phi _{{\text{e}},\nu }^{\text{i}}}{\Phi _{{\text{e}},\nu }^{\text{t}}}}=-\log _{10}T_{\nu },$

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

कहाँ

Φ_e,ν^टी उस सामग्री द्वारा प्रेषित दीप्तिमान प्रवाह है,

Φ_e,νⁱ उस सामग्री द्वारा प्राप्त आवृत्ति में वर्णक्रमीय उज्ज्वल प्रवाह है,

टी_ν उस सामग्री का संप्रेषण है,

Φ_e,λ^टी उस सामग्री द्वारा प्रेषित दीप्तिमान प्रवाह है,

Φ_e,λⁱ उस सामग्री द्वारा प्राप्त तरंग दैर्ध्य में वर्णक्रमीय उज्ज्वल प्रवाह है,

टी_λ उस सामग्री का संप्रेषण है।

वर्णक्रमीय अवशोषण वर्णक्रमीय ऑप्टिकल गहराई से संबंधित है

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

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

कहाँ पे

τ_ν आवृत्ति में वर्णक्रमीय ऑप्टिकल गहराई है,

τ_λ तरंग दैर्ध्य में वर्णक्रमीय ऑप्टिकल गहराई है।

हालांकि अवशोषण उचित रूप से इकाई रहित है, कभी-कभी अवशोषण इकाइयों या एयू 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 एक सामग्री में संचरित उज्ज्वल शक्ति के क्षीणन को मापता है। क्षीणन अवशोषण की भौतिक प्रक्रिया के कारण हो सकता है, लेकिन प्रतिबिंब, बिखरने 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 सामग्री का उत्सर्जन (उज्ज्वल निकास या उत्सर्जन के साथ भ्रमित नहीं होना) अवशोषण से बहुत कम होता है। वास्तव में,

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

कहाँ

Φ_e^t उस पदार्थ द्वारा संचारित दीप्तिमान शक्ति है,

Φ_e^{att उस सामग्री द्वारा क्षीण की गई उज्ज्वल शक्ति है,}

Φ_eⁱ उस पदार्थ द्वारा प्राप्त दीप्तिमान शक्ति है,

Φ_e^ई उस सामग्री द्वारा उत्सर्जित उज्ज्वल शक्ति है,

कि के बराबर है

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

कहाँ

टी = Φ_e^टी/एफ_eⁱ उस सामग्री का संप्रेषण है,

एटीटी = Φ_e^वह/Φ_eⁱ उस सामग्री का क्षीणन है,

ई = Φ_e^ई/एफ_eⁱ उस सामग्री का उत्सर्जन है,

और बीयर-लैंबर्ट कानून 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 सामग्री का अवशोषण भी उसके क्षीणन गुणांक से संबंधित होता है

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

कहाँ

l उस पदार्थ की मोटाई है जिससे होकर प्रकाश यात्रा करता है,

a(z) z पर उस सामग्री 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 सामग्री के दाढ़ क्षीणन गुणांक का उपयोग करके संबंध दिया जाता है, जो कि इसके क्षीणन गुणांक को इसकी दाढ़ एकाग्रता से विभाजित किया जाता है:

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

कहाँ

ε उस सामग्री का दाढ़ 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 कानून (ए = (ε) (एल)) के अनुसार सामग्री के माध्यम से प्रेषित प्रकाश की मात्रा घातांक प्रकार्य को कम करती है क्योंकि यह सामग्री के माध्यम से यात्रा करती है। चूँकि नमूने के अवशोषण को लघुगणक के रूप में मापा जाता है, यह सीधे नमूने की मोटाई और नमूने में अवशोषित सामग्री की सांद्रता के समानुपाती होता है। अवशोषण से संबंधित कुछ अन्य उपाय, जैसे संप्रेषण, को एक साधारण अनुपात के रूप में मापा जाता है, इसलिए वे सामग्री 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 एक सीमित सीमा होती है, जिस पर वह अवशोषण को सटीक रूप से माप सकता है। यदि रीडिंग पर भरोसा करना है तो एक उपकरण को कैलिब्रेट किया जाना चाहिए और ज्ञात मानकों के विरुद्ध जांच की जानी चाहिए। लगभग 2 AU (~1% ट्रांसमिशन) से शुरू होने वाले कई उपकरण गैर-रैखिक (बीयर-लैंबर्ट कानून का पालन करने में विफल) हो जाएंगे। बहुत कम अवशोषक मूल्यों (10 से नीचे) को सटीक रूप से मापना भी मुश्किल है^-4) रासायनिक विश्लेषण के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उपकरणों के साथ। ऐसे मामलों में, लेजर अवशोषण स्पेक्ट्रोमेट्री | लेजर-आधारित अवशोषण तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है, क्योंकि उन्होंने पता लगाने की सीमा का प्रदर्शन किया है जो पारंपरिक गैर-लेजर-आधारित उपकरणों द्वारा परिमाण के कई आदेशों द्वारा प्राप्त की गई सीमा का पता लगाता है (पता लगाने का प्रदर्शन नीचे तक किया गया है) 5 × 10^-13). अधिकांश व्यावसायिक रूप से उपलब्ध गैर-लेजर-आधारित उपकरणों के लिए सैद्धांतिक सर्वोत्तम सटीकता 1 एयू 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।

मापने का तरीका

आम तौर पर, एक भंग पदार्थ का अवशोषण अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके मापा जाता है। इसमें एक समाधान के माध्यम से एक प्रकाश को चमकाना और रिकॉर्ड करना शामिल है कि एक डिटेक्टर पर कितना प्रकाश और तरंग दैर्ध्य प्रसारित किया गया था। इस जानकारी का उपयोग करके, अवशोषित की गई तरंग दैर्ध्य निर्धारित की जा सकती है। सबसे पहले, संदर्भ उद्देश्यों के लिए केवल विलायक का उपयोग करके रिक्त पर माप लिया जाता है। ऐसा इसलिए है ताकि विलायक के अवशोषण को जाना जा सके, 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 प्रवाह जो इसे समाधान के नमूने के माध्यम से बनाता है, को मापा जाता है और घटना वर्णक्रमीय दीप्तिमान प्रवाह की तुलना में। 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 स्पेक्ट्रम को अवशोषक बनाम तरंग दैर्ध्य के ग्राफ पर प्लॉट किया जाता है। एक पराबैंगनी-दृश्य स्पेक्ट्रोस्कोपी#पराबैंगनी–दृश्यमान स्पेक्ट्रोफोटोमीटर|यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोफोटोमीटर यह सब स्वचालित रूप से करेगा। इस मशीन का उपयोग करने के लिए, एक छोटे क्युवेट में समाधान रखा जाता है और धारक में डाला जाता है। मशीन को एक कंप्यूटर के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है और, एक बार इसे खाली करने के बाद, स्वचालित रूप से तरंग दैर्ध्य के विरुद्ध प्लॉट किए गए अवशोषक को प्रदर्शित करता है। बीयर-लैंबर्ट कानून का उपयोग करके उस समाधान की एकाग्रता का निर्धारण करने के लिए समाधान के अवशोषण स्पेक्ट्रम को प्राप्त करना उपयोगी होता है और एचपीएलसी में इसका उपयोग किया जाता है।

छाया संख्या

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

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

या

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

उदाहरण के लिए, यदि फ़िल्टर 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 फिल्टर
• अस्पष्टता का गणितीय विवरण