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तरल नमूनों के सूक्ष्म विश्लेषण का जीवन विज्ञान और पर्यावरण निगरानी में व्यापक अनुप्रयोग है। इस शोध में, हमने अवशोषण के अतिसंवेदनशील निर्धारण के लिए धातु तरंग-निर्देशित केशिकाओं (एमसीसी) पर आधारित एक सुगठित और किफायती फोटोमीटर विकसित किया है। प्रकाशीय पथ को काफी बढ़ाया जा सकता है, और यह एमडब्ल्यूसी की भौतिक लंबाई से कहीं अधिक लंबा हो सकता है, क्योंकि नालीदार चिकनी धातु की पार्श्व दीवारों द्वारा बिखरा हुआ प्रकाश आपतन कोण की परवाह किए बिना केशिका के भीतर समाहित हो सकता है। नई गैर-रेखीय प्रकाशीय प्रवर्धन और तीव्र नमूना स्विचिंग तथा ग्लूकोज का पता लगाने की क्षमता के कारण सामान्य क्रोमोजेनिक अभिकर्मकों का उपयोग करके 5.12 एनएम जितनी कम सांद्रता प्राप्त की जा सकती है।
उपलब्ध क्रोमोजेनिक अभिकर्मकों और अर्धचालक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की प्रचुरता के कारण, फोटोमेट्री का व्यापक रूप से तरल नमूनों के सूक्ष्म विश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है1,2,3,4,5। पारंपरिक क्यूवेट-आधारित अवशोषण निर्धारण की तुलना में, तरल तरंग गाइड (LWC) केशिकाएं जांच प्रकाश को केशिका के अंदर रखकर (TIR) ​​परावर्तित करती हैं1,2,3,4,5। हालांकि, आगे सुधार के बिना, ऑप्टिकल पथ केवल LWC की भौतिक लंबाई के करीब होता है3.6, और 1.0 मीटर से अधिक LWC की लंबाई बढ़ाने पर प्रकाश का तीव्र क्षीणन और बुलबुले आदि का उच्च जोखिम होता है3,7। ऑप्टिकल पथ में सुधार के लिए प्रस्तावित बहु-परावर्तन सेल के संबंध में, पता लगाने की सीमा में केवल 2.5-8.9 के कारक से सुधार होता है।
वर्तमान में एलडब्ल्यूसी के दो मुख्य प्रकार हैं, अर्थात् टेफ्लॉन एएफ केशिकाएं (जिनका अपवर्तनांक केवल ~1.3 है, जो पानी से कम है) और टेफ्लॉन एएफ या धातु फिल्मों से लेपित सिलिका केशिकाएं1,3,4। परावैद्युत पदार्थों के बीच इंटरफ़ेस पर टीआईआर प्राप्त करने के लिए, कम अपवर्तनांक और उच्च प्रकाश आपतन कोण वाले पदार्थों की आवश्यकता होती है3,6,10। टेफ्लॉन एएफ केशिकाओं के संबंध में, टेफ्लॉन एएफ अपनी छिद्रपूर्ण संरचना के कारण सांस लेने योग्य है3,11 और पानी के नमूनों में पदार्थों की थोड़ी मात्रा को अवशोषित कर सकता है। टेफ्लॉन एएफ या धातु से बाहरी रूप से लेपित क्वार्ट्ज केशिकाओं के लिए, क्वार्ट्ज का अपवर्तनांक (1.45) अधिकांश तरल नमूनों (जैसे पानी के लिए 1.33) से अधिक है3,6,12,13। अंदर धातु की फिल्म से लेपित केशिकाओं के लिए, परिवहन गुणों का अध्ययन किया गया है14,15,16,17,18, लेकिन कोटिंग प्रक्रिया जटिल है, धातु फिल्म की सतह में एक खुरदरी और छिद्रपूर्ण संरचना है4,19।
इसके अलावा, वाणिज्यिक एलडब्ल्यूसी (एएफ टेफ्लॉन कोटेड केशिकाएं और एएफ टेफ्लॉन कोटेड सिलिका केशिकाएं, वर्ल्ड प्रेसिजन इंस्ट्रूमेंट्स, इंक.) में कुछ अन्य कमियां भी हैं, जैसे: दोषों के लिए। टीआईआर3,10, (2) टी-कनेक्टर (केशिकाओं, फाइबर और इनलेट/आउटलेट ट्यूबों को जोड़ने के लिए) का बड़ा डेड वॉल्यूम हवा के बुलबुले को फंसा सकता है10।
साथ ही, मधुमेह, लिवर सिरोसिस और मानसिक बीमारी के निदान के लिए ग्लूकोज के स्तर का निर्धारण अत्यंत महत्वपूर्ण है20। और कई पहचान विधियाँ जैसे कि फोटोमेट्री (जिसमें स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री 21, 22, 23, 24, 25 और कागज पर रंगमिति 26, 27, 28 शामिल हैं), गैल्वेनोमेट्री 29, 30, 31, फ्लोरोमेट्री 32, 33, 34, 35, ऑप्टिकल पोलारिमेट्री 36, सतह प्लास्मोन अनुनाद 37, फैब्री-पेरोट कैविटी 38, इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री 39 और केशिका इलेक्ट्रोफोरेसिस 40,41 आदि। हालाँकि, इनमें से अधिकांश विधियों के लिए महंगे उपकरणों की आवश्यकता होती है, और कई नैनोमोलेर सांद्रता पर ग्लूकोज़ का पता लगाना एक चुनौती बना हुआ है (उदाहरण के लिए, फोटोमेट्रिक मापन21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 के लिए, ग्लूकोज़ की सबसे कम सांद्रता केवल 30 nM थी जब प्रशियन ब्लू नैनोकणों का उपयोग पेरोक्सीडेज़ मिमिक्स के रूप में किया गया था)। आणविक स्तर के कोशिकीय अध्ययनों जैसे कि मानव प्रोस्टेट कैंसर के विकास का अवरोध42 और महासागर में प्रोक्लोरोकोकस के CO2 स्थिरीकरण व्यवहार के लिए अक्सर नैनोमोलेर ग्लूकोज़ विश्लेषण की आवश्यकता होती है।
इस लेख में, अतिसंवेदनशील अवशोषण निर्धारण के लिए इलेक्ट्रोपॉलिश की गई आंतरिक सतह वाली SUS316L स्टेनलेस स्टील केशिका पर आधारित एक कॉम्पैक्ट, किफायती फोटोमीटर विकसित किया गया है। चूंकि आपतन कोण की परवाह किए बिना प्रकाश धातु केशिकाओं के भीतर फंस सकता है, इसलिए नालीदार और चिकनी धातु सतहों पर प्रकाश प्रकीर्णन द्वारा ऑप्टिकल पथ को काफी बढ़ाया जा सकता है, और यह MWC की भौतिक लंबाई से कहीं अधिक लंबा होता है। इसके अलावा, डेड वॉल्यूम को कम करने और बुलबुले के फंसने से बचने के लिए ऑप्टिकल कनेक्शन और द्रव इनलेट/आउटलेट के लिए एक सरल T-कनेक्टर डिजाइन किया गया था। 7 सेमी MWC फोटोमीटर के लिए, गैर-रेखीय ऑप्टिकल पथ और तीव्र नमूना स्विचिंग के नए संवर्धन के कारण, 1 सेमी क्यूवेट वाले वाणिज्यिक स्पेक्ट्रोफोटोमीटर की तुलना में पता लगाने की सीमा में लगभग 3000 गुना सुधार हुआ है, और सामान्य क्रोमोजेनिक अभिकर्मकों का उपयोग करके केवल 5.12 nM की ग्लूकोज सांद्रता का पता लगाया जा सकता है।
चित्र 1 में दर्शाए अनुसार, एमडब्ल्यूसी-आधारित फोटोमीटर में ईपी ग्रेड इलेक्ट्रोपॉलिश्ड आंतरिक सतह वाला 7 सेमी लंबा एमडब्ल्यूसी, लेंस सहित 505 एनएम एलईडी, समायोज्य लाभ वाला फोटोडिटेक्टर और ऑप्टिकल कपलिंग और तरल इनपुट के लिए दो निकास छिद्र होते हैं। आने वाले नमूने को स्विच करने के लिए पाइक इनलेट ट्यूब से जुड़ा एक त्रि-मार्ग वाल्व उपयोग किया जाता है। पाइक ट्यूब क्वार्ट्ज प्लेट और एमडब्ल्यूसी के साथ अच्छी तरह से फिट बैठती है, जिससे टी-कनेक्टर में डेड वॉल्यूम न्यूनतम रहता है और हवा के बुलबुले फंसने से प्रभावी रूप से रोका जा सकता है। इसके अलावा, टी-पीस क्वार्ट्ज प्लेट के माध्यम से एमडब्ल्यूसी में संरेखित किरण को आसानी से और कुशलतापूर्वक प्रवेश कराया जा सकता है।
बीम और तरल नमूने को टी-पीस के माध्यम से एमसीसी में डाला जाता है, और एमसीसी से गुजरने वाली बीम को फोटोडिटेक्टर द्वारा प्राप्त किया जाता है। रंगीन या खाली नमूनों के आने वाले विलयनों को एक त्रि-आयामी वाल्व के माध्यम से बारी-बारी से आईसीसी में डाला जाता है। बीयर के नियम के अनुसार, रंगीन नमूने के प्रकाशीय घनत्व की गणना समीकरण 1.10 से की जा सकती है।
जहां Vcolor और Vblank क्रमशः रंगीन और खाली नमूनों को MCC में डालने पर फोटोडिटेक्टर के आउटपुट सिग्नल हैं, और Vdark LED बंद होने पर फोटोडिटेक्टर का बैकग्राउंड सिग्नल है। आउटपुट सिग्नल में परिवर्तन ΔV = Vcolor–Vblank को नमूनों को बदलकर मापा जा सकता है। समीकरण के अनुसार, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, यदि ΔV, Vblank–Vdark से काफी छोटा है, तो सैंपलिंग स्विचिंग योजना का उपयोग करते समय, Vblank में छोटे बदलाव (जैसे ड्रिफ्ट) AMWC मान पर बहुत कम प्रभाव डाल सकते हैं।
MWC आधारित फोटोमीटर और क्यूवेट आधारित स्पेक्ट्रोफोटोमीटर के प्रदर्शन की तुलना करने के लिए, उत्कृष्ट रंग स्थिरता और अच्छी सांद्रता-अवशोषण रैखिकता के कारण लाल स्याही के घोल को रंग नमूने के रूप में और DI H2O को खाली नमूने के रूप में उपयोग किया गया। जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, DI H2O को विलायक के रूप में उपयोग करके क्रमिक तनुकरण विधि द्वारा लाल स्याही के घोलों की एक श्रृंखला तैयार की गई। नमूना 1 (S1), बिना तनु किए मूल लाल पेंट, की सापेक्ष सांद्रता 1.0 निर्धारित की गई। चित्र 2 में 11 लाल स्याही के नमूनों (S4 से S14) के ऑप्टिकल फोटोग्राफ दिखाए गए हैं, जिनकी सापेक्ष सांद्रता (तालिका 1 में सूचीबद्ध) 8.0 × 10–3 (बाएं) से 8.2 × 10–10 (दाएं) तक है।
नमूना 6 के मापन परिणाम चित्र 3(a) में दर्शाए गए हैं। रंगीन और सादे नमूनों के बीच स्विच करने के बिंदुओं को चित्र में दोहरे तीरों “↔” से चिह्नित किया गया है। यह देखा जा सकता है कि रंगीन नमूनों से सादे नमूनों और इसके विपरीत स्विच करने पर आउटपुट वोल्टेज तेजी से बढ़ता है। Vcolor, Vblank और संबंधित ΔV को चित्र में दर्शाए अनुसार प्राप्त किया जा सकता है।
(a) नमूना 6, (b) नमूना 9, (c) नमूना 13, और (d) नमूना 14 के लिए एमडब्ल्यूसी-आधारित फोटोमीटर का उपयोग करके मापन परिणाम।
नमूने 9, 13 और 14 के मापन परिणाम क्रमशः चित्र 3(b)-(d) में दर्शाए गए हैं। चित्र 3(d) में दर्शाए अनुसार, मापा गया ΔV केवल 5 nV है, जो शोर मान (2 nV) से लगभग 3 गुना है। कम ΔV को शोर से अलग करना कठिन है। इस प्रकार, पता लगाने की सीमा 8.2×10⁻¹⁰ (नमूना 14) की सापेक्ष सांद्रता तक पहुँच गई। समीकरण 1 की सहायता से, मापे गए Vcolor, Vblank और Vdark मानों से AMWC अवशोषण की गणना की जा सकती है। 10⁴ के लाभ वाले फोटोडिटेक्टर के लिए Vdark का मान -0.68 μV है। सभी नमूनों के मापन परिणाम तालिका 1 में संक्षेपित किए गए हैं और पूरक सामग्री में भी उपलब्ध हैं। तालिका 1 में दर्शाए अनुसार, उच्च सांद्रता पर पाया गया अवशोषण संतृप्त हो जाता है, इसलिए 3.7 से अधिक अवशोषण को MWC-आधारित स्पेक्ट्रोमीटर से नहीं मापा जा सकता है।
तुलना के लिए, एक लाल स्याही के नमूने का भी स्पेक्ट्रोफोटोमीटर से मापन किया गया और मापा गया एक्यूवेट अवशोषण चित्र 4 में दर्शाया गया है। 505 एनएम पर एक्यूवेट मान (जैसा कि तालिका 1 में दर्शाया गया है) नमूने 10, 11 या 12 (जैसा कि चित्र 4 के इनसेट में दर्शाया गया है) के वक्रों को आधार रेखा मानकर प्राप्त किए गए थे। जैसा कि दर्शाया गया है, पता लगाने की सीमा 2.56 x 10⁻⁶ (नमूना 9) की सापेक्ष सांद्रता तक पहुँच गई क्योंकि नमूने 10, 11 और 12 के अवशोषण वक्र एक दूसरे से अप्रभेद्य थे। इस प्रकार, एमडब्ल्यूसी-आधारित फोटोमीटर का उपयोग करने पर, क्यूवेट-आधारित स्पेक्ट्रोफोटोमीटर की तुलना में पता लगाने की सीमा में 3125 गुना सुधार हुआ।
अवशोषण-सांद्रता निर्भरता चित्र 5 में दर्शाई गई है। क्यूवेट माप के लिए, 1 सेमी की पथ लंबाई पर अवशोषण स्याही की सांद्रता के समानुपाती होता है। जबकि, एमडब्ल्यूसी-आधारित माप के लिए, कम सांद्रता पर अवशोषण में एक गैर-रैखिक वृद्धि देखी गई। बीयर के नियम के अनुसार, अवशोषण प्रकाशीय पथ लंबाई के समानुपाती होता है, इसलिए अवशोषण लाभ AEF (जिसे समान स्याही सांद्रता पर AEF = AMWC/Acuvette के रूप में परिभाषित किया गया है) एमडब्ल्यूसी और क्यूवेट की प्रकाशीय पथ लंबाई का अनुपात है। जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है, उच्च सांद्रता पर, स्थिर AEF लगभग 7.0 है, जो उचित है क्योंकि एमडब्ल्यूसी की लंबाई 1 सेमी क्यूवेट की लंबाई से ठीक 7 गुना है। हालाँकि, कम सांद्रता पर (संबंधित सांद्रता <1.28 × 10-5), एईएफ घटती सांद्रता के साथ बढ़ता है और क्यूवेट-आधारित माप के वक्र को एक्सट्रपलेशन करके 8.2 × 10-10 की संबंधित सांद्रता पर 803 का मान प्राप्त करेगा। हालाँकि, कम सांद्रता पर (संबंधित सांद्रता <1.28 × 10-5), एईएफ घटती सांद्रता के साथ बढ़ता है और क्यूवेट-आधारित माप के वक्र को एक्सट्रपलेशन करके 8.2 × 10-10 की संबंधित सांद्रता पर 803 का मान प्राप्त करेगा। Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF एक और अधिक पढ़ें значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции एक ग्राहक के जीवन पर एक और टिप्पणी। हालांकि, कम सांद्रता पर (सापेक्ष सांद्रता <1.28 × 10–5), एईएफ घटती सांद्रता के साथ बढ़ता है और क्यूवेट-आधारित माप वक्र से एक्सट्रपलेशन करने पर 8.2 × 10–10 की सापेक्ष सांद्रता पर 803 का मान प्राप्त कर सकता है।然而,在低浓度（相关浓度<1.28 × 10-5 ）下,AEF随着浓度的降低而增加,并且通过外推基于比色皿的测量曲线,在相关浓度为8.2 × 10-10时将达到803 的值。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍ 8.2 × 10-10, 8.2 × 10-10, 803 803 803 803 803 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 803 803 10 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации <1,28 × 10-5) АЭП увеличивается с уменьшением концентрации, और при एक अन्य उत्पाद के लिए एक क्रेडिट कार्ड का उपयोग करना अतिरिक्त विवरण 8,2 × 10–10 803। हालाँकि, कम सांद्रता पर (प्रासंगिक सांद्रता < 1.28 × 10-5) एईडी घटती सांद्रता के साथ बढ़ता है, और जब क्यूवेट-आधारित माप वक्र से एक्सट्रपलेटेड किया जाता है, तो यह 8.2 × 10–10 803 का सापेक्ष सांद्रता मान प्राप्त करता है।इसके परिणामस्वरूप 803 सेमी (AEF × 1 सेमी) का संगत ऑप्टिकल पथ प्राप्त होता है, जो MWC की भौतिक लंबाई से कहीं अधिक है, और यहां तक ​​कि व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सबसे लंबे LWC (वर्ल्ड प्रेसिजन इंस्ट्रूमेंट्स, इंक. से 500 सेमी) से भी अधिक है। डोको इंजीनियरिंग एलएलसी के LWC की लंबाई 200 सेमी है। LWC में अवशोषण में इस गैर-रैखिक वृद्धि की रिपोर्ट पहले कभी नहीं की गई है।
चित्र 6(a)-(c) में क्रमशः एमडब्ल्यूसी अनुभाग की आंतरिक सतह की ऑप्टिकल छवि, माइक्रोस्कोप छवि और ऑप्टिकल प्रोफ़ाइलर छवि दिखाई गई हैं। चित्र 6(a) में दर्शाए अनुसार, आंतरिक सतह चिकनी और चमकदार है, दृश्य प्रकाश को परावर्तित कर सकती है और अत्यधिक परावर्तक है। चित्र 6(b) में दर्शाए अनुसार, धातु की विरूपणशीलता और क्रिस्टलीय प्रकृति के कारण, चिकनी सतह पर छोटे उभार और अनियमितताएं दिखाई देती हैं। छोटे क्षेत्र (<5 μm×5 μm) को देखते हुए, अधिकांश सतह की खुरदरापन 1.2 nm से कम है (चित्र 6(c))। छोटे क्षेत्र (<5 μm×5 μm) को देखते हुए, अधिकांश सतह की खुरदरापन 1.2 nm से कम है (चित्र 6(c))। अधिक जानकारी (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (рис. 6(в)). छोटे क्षेत्रफल (<5 µm×5 µm) के कारण, सतह के अधिकांश भाग की खुरदरापन 1.2 nm से कम है (चित्र 6(c))।अधिकतम 5 μm×5 μm, 1.2 nm (6 μc) की आवश्यकता होती है।अधिकतम 5 μm×5 μm, 1.2 nm (6 μc) की आवश्यकता होती है। шероховатость большинства поверхностей составляет менее 1,2 нм (рис. 6(в)). छोटे क्षेत्र (<5 µm × 5 µm) को ध्यान में रखते हुए, अधिकांश सतहों की खुरदरापन 1.2 nm से कम है (चित्र 6(c))।
(a) ऑप्टिकल छवि, (b) माइक्रोस्कोप छवि, और (c) एमडब्ल्यूसी कट की आंतरिक सतह की ऑप्टिकल छवि।
चित्र 7(a) में दर्शाए अनुसार, केशिका में प्रकाशीय पथ LOP आपतन कोण θ द्वारा निर्धारित होता है (LOP = LC/sinθ, जहाँ LC केशिका की भौतिक लंबाई है)। DI H2O से भरी टेफ्लॉन AF केशिकाओं के लिए, आपतन कोण 77.8° के क्रांतिक कोण से अधिक होना चाहिए, इसलिए बिना किसी और सुधार के LOP 1.02 × LC से कम होता है3.6। जबकि, MWC के साथ, केशिका के भीतर प्रकाश का परिसीमन अपवर्तनांक या आपतन कोण से स्वतंत्र होता है, इसलिए जैसे-जैसे आपतन कोण घटता है, प्रकाश पथ केशिका की लंबाई से काफी लंबा हो सकता है (LOP » LC)। चित्र 7(b) में दर्शाए अनुसार, नालीदार धातु की सतह प्रकाश प्रकीर्णन उत्पन्न कर सकती है, जिससे प्रकाशीय पथ में काफी वृद्धि हो सकती है।
इसलिए, एमडब्ल्यूसी के लिए प्रकाश के दो पथ हैं: बिना परावर्तन के सीधा प्रकाश (एलओपी = एलसी) और पार्श्व दीवारों के बीच कई परावर्तनों वाला दांतेदार प्रकाश (एलओपी » एलसी)। बीयर के नियम के अनुसार, प्रेषित सीधे और ज़िगज़ैग प्रकाश की तीव्रता को क्रमशः PS×exp(-α×LC) और PZ×exp(-α×LOP) के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, जहाँ स्थिरांक α अवशोषण गुणांक है, जो पूरी तरह से स्याही की सांद्रता पर निर्भर करता है।
उच्च सांद्रता वाली स्याही (जैसे, संबंधित सांद्रता >1.28 × 10-5) के लिए, उच्च अवशोषण गुणांक और बहुत लंबे प्रकाशीय पथ के कारण, ज़िगज़ैग प्रकाश अत्यधिक क्षीण हो जाता है और इसकी तीव्रता सीधे प्रकाश की तुलना में बहुत कम होती है। उच्च सांद्रता वाली स्याही (जैसे, संबंधित सांद्रता >1.28 × 10-5) के लिए, ज़िगज़ैग प्रकाश अत्यधिक क्षीण हो जाता है और इसकी तीव्रता सीधे प्रकाश की तुलना में बहुत कम होती है, क्योंकि इसका अवशोषण गुणांक अधिक होता है और इसका प्रकाशीय पथ बहुत लंबा होता है। Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный свет сильно затухает, а его यदि आपका कोई व्यक्तिगत डेटा नहीं है, तो यह आपके लिए उपयोगी हो सकता है। коэфициента поглощения и гораздо более длинного оптического излучения. उच्च सांद्रता वाली स्याही (जैसे सापेक्ष सांद्रता >1.28×10-5) के लिए, ज़िगज़ैग प्रकाश बहुत अधिक क्षीण हो जाता है और उच्च अवशोषण गुणांक और बहुत लंबी ऑप्टिकल उत्सर्जन अवधि के कारण इसकी तीव्रता प्रत्यक्ष प्रकाश की तुलना में बहुत कम होती है।रास्ता।对于高浓度墨水（例如,相关浓度>1.28×10-5），Z字形光衰减很大,其强度远低于直光,这是由于吸收系数大,光学时间更长。1.28 × 10-5） ， z 字形 衰减 很 大 , 强度 远 低于直光 , 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагоообразный свет значительно ослабляется, और его यदि आप एक नया मोबाइल फोन खरीदते हैं, तो आप अपना व्यक्तिगत डेटा प्राप्त कर सकते हैं коэфициента поглощения और более длительного оптического времени. उच्च सांद्रता वाली स्याही (जैसे, प्रासंगिक सांद्रता >1.28×10-5) के लिए, ज़िगज़ैग प्रकाश काफी क्षीण हो जाता है और बड़े अवशोषण गुणांक और लंबे ऑप्टिकल समय के कारण इसकी तीव्रता प्रत्यक्ष प्रकाश की तुलना में बहुत कम होती है।छोटी सड़क।इस प्रकार, प्रत्यक्ष प्रकाश ने अवशोषण निर्धारण (एलओपी = एलसी) में प्रमुख भूमिका निभाई और एईएफ को लगभग 7.0 पर स्थिर रखा गया। इसके विपरीत, जब स्याही की सांद्रता कम होने के साथ अवशोषण गुणांक कम हो जाता है (उदाहरण के लिए, संबंधित सांद्रता <1.28 × 10-5), तो ज़िगज़ैग प्रकाश की तीव्रता सीधे प्रकाश की तुलना में अधिक तेज़ी से बढ़ती है और फिर ज़िगज़ैग प्रकाश अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने लगता है। इसके विपरीत, जब स्याही की सांद्रता कम होने के साथ अवशोषण गुणांक कम हो जाता है (उदाहरण के लिए, संबंधित सांद्रता <1.28 × 10-5), तो ज़िगज़ैग प्रकाश की तीव्रता सीधे प्रकाश की तुलना में अधिक तेज़ी से बढ़ती है और फिर ज़िगज़ैग प्रकाश अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने लगता है। नैपरोटोव, कुओगोडा कोनोओनॉइनेटी уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, относительная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, और затем начинает играть зигзагоообразный свет. इसके विपरीत, जब स्याही की सांद्रता कम होने के साथ अवशोषण गुणांक घटता है (उदाहरण के लिए, सापेक्ष सांद्रता <1.28×10-5), तो ज़िगज़ैग प्रकाश की तीव्रता सीधे प्रकाश की तुलना में तेज़ी से बढ़ती है, और फिर ज़िगज़ैग प्रकाश अपना खेल दिखाना शुरू कर देता है।अधिक महत्वपूर्ण भूमिका।相反,当吸收系数随着墨水浓度的降低而降低时（例如,相关浓度<1.28×10-5 ），Z字形光的强度比直光增加得更快,然后Z字形光开始发挥作用一个更重要的角色。， ， 当 吸收 系数 随着 墨 水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相关 浓度 浓度 <1.28 × 10-5） , 字形光 的 强度 比 增加 得 更 , 然后 z 字形光 发挥 作用 一 个 重要 重要 重要更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色। और अधिक पढ़ें концентрации чернил (например, соответствующая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагоообразного света увеличивается быстрее, чем прямого, और тогда зигзагоообразный свет начинает играть более важную роль. इसके विपरीत, जब स्याही की सांद्रता कम होने के साथ अवशोषण गुणांक घटता है (उदाहरण के लिए, संगत सांद्रता < 1.28×10-5), तो ज़िगज़ैग प्रकाश की तीव्रता प्रत्यक्ष प्रकाश की तुलना में तेज़ी से बढ़ती है, और फिर ज़िगज़ैग प्रकाश अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने लगता है।भूमिका चरित्र।इसलिए, आरी के दांत जैसे ऑप्टिकल पथ (एलओपी » एलसी) के कारण, एईएफ को 7.0 से काफी अधिक बढ़ाया जा सकता है। वेवगाइड मोड सिद्धांत का उपयोग करके एमडब्ल्यूसी की सटीक प्रकाश संचरण विशेषताओं को प्राप्त किया जा सकता है।
ऑप्टिकल पथ को बेहतर बनाने के साथ-साथ, नमूनों को तेजी से बदलने से अल्ट्रा-लो डिटेक्शन लिमिट प्राप्त करने में भी मदद मिलती है। एमसीसी की कम मात्रा (0.16 मिली) के कारण, एमसीसी में घोल को बदलने में लगने वाला समय 20 सेकंड से भी कम हो सकता है। जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है, एएमडब्ल्यूसी (2.5 × 10–4) का न्यूनतम पता लगाने योग्य मान एक्यूवेट (1.0 × 10–3) की तुलना में 4 गुना कम है। केशिका में बहने वाले घोल को तेजी से बदलने से क्यूवेट में स्थिर घोल की तुलना में अवशोषण अंतर की सटीकता पर सिस्टम शोर (जैसे बहाव) का प्रभाव कम हो जाता है। उदाहरण के लिए, जैसा कि चित्र 3(b)-(d) में दिखाया गया है, कम मात्रा वाली केशिका में नमूनों को तेजी से बदलने के कारण ΔV को बहाव संकेत से आसानी से अलग किया जा सकता है।
तालिका 2 में दर्शाए अनुसार, डीआई एच2ओ को विलायक के रूप में उपयोग करके विभिन्न सांद्रता वाले ग्लूकोज विलयनों की एक श्रृंखला तैयार की गई। ग्लूकोज विलयन या विआयनीकृत जल को ग्लूकोज ऑक्सीडेज (जीओडी) और पेरोक्सीडेज (पीओडी) 37 के क्रोमोजेनिक विलयनों के साथ क्रमशः 3:1 के निश्चित आयतन अनुपात में मिलाकर रंगीन या खाली नमूने तैयार किए गए। चित्र 8 में 2.0 mM (बाएं) से 5.12 nM (दाएं) तक की ग्लूकोज सांद्रता वाले नौ रंगीन नमूनों (S2-S10) के ऑप्टिकल फोटोग्राफ दिखाए गए हैं। ग्लूकोज की सांद्रता घटने के साथ लालिमा कम होती जाती है।
नमूने 4, 9 और 10 के मापन के परिणाम, जो MWC आधारित फोटोमीटर से किए गए हैं, क्रमशः चित्र 9(a)-(c) में दर्शाए गए हैं। जैसा कि चित्र 9(c) में दिखाया गया है, मापा गया ΔV कम स्थिर हो जाता है और मापन के दौरान धीरे-धीरे बढ़ता है, क्योंकि GOD-POD अभिकर्मक का रंग (ग्लूकोज मिलाए बिना भी) प्रकाश में धीरे-धीरे बदलता है। इसलिए, 5.12 nM से कम ग्लूकोज सांद्रता वाले नमूनों (नमूना 10) के लिए लगातार ΔV मापन नहीं किया जा सकता है, क्योंकि जब ΔV काफी कम होता है, तो GOD-POD अभिकर्मक की अस्थिरता को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है। अतः, ग्लूकोज विलयन के लिए पता लगाने की सीमा 5.12 nM है, हालांकि संबंधित ΔV मान (0.52 µV) शोर मान (0.03 µV) से काफी अधिक है, जो दर्शाता है कि एक छोटे ΔV का भी पता लगाया जा सकता है। अधिक स्थिर क्रोमोजेनिक अभिकर्मकों का उपयोग करके इस पता लगाने की सीमा को और बेहतर बनाया जा सकता है।
(a) नमूना 4 के लिए मापन परिणाम, (b) नमूना 9, और (c) नमूना 10 के लिए एमडब्ल्यूसी-आधारित फोटोमीटर का उपयोग करके मापन परिणाम।
मापे गए Vcolor, Vblank और Vdark मानों का उपयोग करके AMWC अवशोषण की गणना की जा सकती है। 105 के गेन वाले फोटोडिटेक्टर के लिए Vdark का मान -0.068 μV है। सभी नमूनों के माप पूरक सामग्री में उपलब्ध हैं। तुलना के लिए, ग्लूकोज के नमूनों को भी स्पेक्ट्रोफोटोमीटर से मापा गया और एक्यूवेट का मापा गया अवशोषण 0.64 µM (नमूना 7) की पहचान सीमा तक पहुँच गया, जैसा कि चित्र 10 में दिखाया गया है।
अवशोषण और सांद्रता के बीच संबंध चित्र 11 में दर्शाया गया है। MWC आधारित फोटोमीटर से क्यूवेट आधारित स्पेक्ट्रोफोटोमीटर की तुलना में पता लगाने की सीमा में 125 गुना सुधार प्राप्त हुआ। GOD-POD अभिकर्मक की कम स्थिरता के कारण यह सुधार लाल स्याही परख की तुलना में कम है। कम सांद्रता पर अवशोषण में एक गैर-रैखिक वृद्धि भी देखी गई।
तरल नमूनों की अति संवेदनशील पहचान के लिए एमडब्ल्यूसी-आधारित फोटोमीटर विकसित किया गया है। इसकी ऑप्टिकल पथ को काफी बढ़ाया जा सकता है, और यह एमडब्ल्यूसी की भौतिक लंबाई से भी अधिक लंबी हो सकती है, क्योंकि नालीदार चिकनी धातु की दीवारों द्वारा बिखरी हुई रोशनी आपतन कोण की परवाह किए बिना केशिका के भीतर समाहित रहती है। नई गैर-रेखीय ऑप्टिकल प्रवर्धन और तीव्र नमूना स्विचिंग एवं ग्लूकोज पहचान के कारण पारंपरिक जीओडी-पॉड अभिकर्मकों का उपयोग करके 5.12 एनएम जितनी कम सांद्रता प्राप्त की जा सकती है। यह कॉम्पैक्ट और किफायती फोटोमीटर सूक्ष्म विश्लेषण के लिए जीवन विज्ञान और पर्यावरण निगरानी में व्यापक रूप से उपयोग किया जाएगा।
चित्र 1 में दर्शाए अनुसार, एमडब्ल्यूसी-आधारित फोटोमीटर में 7 सेमी लंबी एमडब्ल्यूसी (आंतरिक व्यास 1.7 मिमी, बाहरी व्यास 3.18 मिमी, ईपी श्रेणी की इलेक्ट्रोपॉलिश की हुई आंतरिक सतह, एसयूएस316एल स्टेनलेस स्टील केशिका), 505 एनएम तरंगदैर्ध्य वाली एलईडी (थोरलैब्स एम505एफ1), लेंस (लगभग 6.6 डिग्री का बीम प्रसार), परिवर्तनीय लाभ वाला फोटोडिटेक्टर (थोरलैब्स पीडीबी450सी) और ऑप्टिकल संचार और तरल इनपुट/आउटपुट के लिए दो टी-कनेक्टर शामिल हैं। टी-कनेक्टर को एक पारदर्शी क्वार्ट्ज प्लेट को पीएमएमए ट्यूब से जोड़कर बनाया जाता है, जिसमें एमडब्ल्यूसी और पीक ट्यूब (0.72 मिमी आंतरिक व्यास, 1.6 मिमी बाहरी व्यास, विसी वाल्को कॉर्प.) को कसकर डाला और चिपकाया जाता है। पीक इनलेट ट्यूब से जुड़ा एक त्रि-तरफ़ा वाल्व आने वाले नमूने को स्विच करने के लिए उपयोग किया जाता है। फोटोडिटेक्टर प्राप्त ऑप्टिकल पावर P को प्रवर्धित वोल्टेज सिग्नल N×V में परिवर्तित कर सकता है (जहाँ 1550 nm पर V/P = 1.0 V/W है, और गेन N को 10³-10⁷ की सीमा में मैन्युअल रूप से समायोजित किया जा सकता है)। संक्षेप में, आउटपुट सिग्नल के रूप में N×V के स्थान पर V का उपयोग किया जाता है।
तुलनात्मक रूप से, तरल नमूनों के अवशोषण को मापने के लिए 1.0 सेमी क्यूवेट सेल वाले एक वाणिज्यिक स्पेक्ट्रोफोटोमीटर (एजिलेंट टेक्नोलॉजीज कैरी 300 श्रृंखला जिसमें आर928 उच्च दक्षता फोटोमल्टीप्लायर लगा है) का भी उपयोग किया गया था।
एमडब्ल्यूसी कट की आंतरिक सतह की जांच ऑप्टिकल सरफेस प्रोफाइलर (ZYGO New View 5022) का उपयोग करके की गई, जिसकी ऊर्ध्वाधर और पार्श्व रिज़ॉल्यूशन क्रमशः 0.1 एनएम और 0.11 µm थी।
सभी रसायन (विश्लेषणात्मक श्रेणी के, बिना किसी और शुद्धिकरण के) सिचुआन चुआंगके बायोटेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड से खरीदे गए थे। ग्लूकोज परीक्षण किट में ग्लूकोज ऑक्सीडेज (जीओडी), पेरोक्सीडेज (पीओडी), 4-अमीनोएंटीपाइरीन और फिनोल आदि शामिल हैं। क्रोमोजेनिक घोल को सामान्य जीओडी-पीओडी 37 विधि द्वारा तैयार किया गया था।
तालिका 2 में दर्शाए अनुसार, डीआई एच2ओ को तनुकारक के रूप में उपयोग करके क्रमिक तनुकरण विधि द्वारा विभिन्न सांद्रता वाले ग्लूकोज विलयनों की एक श्रृंखला तैयार की गई (विवरण के लिए पूरक सामग्री देखें)। ग्लूकोज विलयन या विआयनीकृत जल को क्रोमोजेनिक विलयन के साथ 3:1 के निश्चित आयतन अनुपात में मिलाकर रंगीन या खाली नमूने तैयार करें। सभी नमूनों को माप से 10 मिनट पहले प्रकाश से बचाकर 37°C पर संग्रहित किया गया। जीओडी-पीओडी विधि में, रंगीन नमूने 505 एनएम पर अधिकतम अवशोषण के साथ लाल हो जाते हैं, और अवशोषण लगभग ग्लूकोज सांद्रता के समानुपाती होता है।
तालिका 1 में दिखाए अनुसार, डीआई एच2ओ को विलायक के रूप में उपयोग करके क्रमिक तनुकरण विधि द्वारा लाल स्याही के विलयनों की एक श्रृंखला (शुतुरमुर्ग स्याही कंपनी लिमिटेड, तियानजिन, चीन) तैयार की गई थी।
इस लेख को कैसे उद्धृत करें: बाई, एम. एट अल. धातु वेवगाइड केशिकाओं पर आधारित कॉम्पैक्ट फोटोमीटर: ग्लूकोज की नैनोमोलेर सांद्रता के निर्धारण के लिए। विज्ञान। 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015)।
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