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तरल नमूनों के ट्रेस विश्लेषण में जीवन विज्ञान और पर्यावरण निगरानी में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। इस कार्य में, हमने अवशोषण के अतिसंवेदनशील निर्धारण के लिए धातु वेवगाइड केशिकाओं (MCCs) पर आधारित एक कॉम्पैक्ट और सस्ता फोटोमीटर विकसित किया है। ऑप्टिकल पथ को बहुत बढ़ाया जा सकता है, और MWC की भौतिक लंबाई से बहुत लंबा हो सकता है, क्योंकि नालीदार चिकनी धातु की दीवारों द्वारा बिखरे हुए प्रकाश को घटना के कोण की परवाह किए बिना केशिका के भीतर समाहित किया जा सकता है। नए गैर-रैखिक ऑप्टिकल प्रवर्धन और तेज़ नमूना स्विचिंग और ग्लूकोज का पता लगाने 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 उपकरणों1,2,3,4,5 की प्रचुरता के कारण तरल नमूनों के ट्रेस विश्लेषण के लिए फोटोमेट्री का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। पारंपरिक क्यूवेट-आधारित अवशोषण निर्धारण की तुलना में, तरल वेवगाइड (LWC) केशिकाएं जांच प्रकाश को केशिका1,2,3,4,5 के अंदर रखकर (TIR) ​​परावर्तित करती हैं। हालांकि, आगे सुधार के बिना, ऑप्टिकल पथ केवल LWC3.6 की भौतिक लंबाई के करीब है, और LWC लंबाई को 1.0 मीटर से आगे बढ़ाने से मजबूत प्रकाश क्षीणन और बुलबुले आदि का उच्च जोखिम होगा।3, 7। ऑप्टिकल पथ सुधार के लिए प्रस्तावित बहु-परावर्तन सेल के संबंध में, पता लगाने की सीमा केवल 2.5-8.9 के कारक से बेहतर है।
वर्तमान में LWC के दो मुख्य प्रकार हैं, अर्थात् टेफ्लॉन AF केशिकाएँ (जिनका अपवर्तनांक केवल ~1.3 है, जो पानी से कम है) और टेफ्लॉन AF या धातु फ़िल्मों से लेपित सिलिका केशिकाएँ1,3,4। परावैद्युत पदार्थों के बीच इंटरफ़ेस पर TIR प्राप्त करने के लिए, कम अपवर्तनांक और उच्च प्रकाश घटना कोण वाली सामग्री की आवश्यकता होती है3,6,10। टेफ्लॉन AF केशिकाओं के संबंध में, टेफ्लॉन AF अपनी छिद्रपूर्ण संरचना3,11 के कारण सांस लेने योग्य है और पानी के नमूनों में पदार्थों की छोटी मात्रा को अवशोषित कर सकता है। टेफ्लॉन AF या धातु के साथ बाहर की तरफ लेपित क्वार्ट्ज केशिकाओं के लिए, क्वार्ट्ज का अपवर्तनांक (1.45) अधिकांश तरल नमूनों (जैसे पानी के लिए 1.33)3,6,12,13 से अधिक है। अंदर धातु की फिल्म के साथ 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 संरचना4,19 है।
इसके अलावा, वाणिज्यिक LWCs (एएफ टेफ्लॉन कोटेड केशिकाएं और एएफ टेफ्लॉन कोटेड सिलिका केशिकाएं, वर्ल्ड प्रिसिजन इंस्ट्रूमेंट्स, इंक.) में कुछ अन्य नुकसान हैं, जैसे: दोषों के लिए। टीआईआर 3,10, (2) टी-कनेक्टर (केशिकाओं, फाइबर और इनलेट/आउटलेट ट्यूबों को जोड़ने के लिए) की बड़ी मृत मात्रा हवा के बुलबुले10 को फंसा सकती है।
साथ ही, मधुमेह, यकृत के सिरोसिस और मानसिक बीमारी के निदान के लिए ग्लूकोज के स्तर का निर्धारण बहुत महत्वपूर्ण है20. और कई पहचान विधियां जैसे फोटोमेट्री (स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री 21, 22, 23, 24, 25 और कागज पर कलरिमेट्री 26, 27, 28 सहित), गैल्वेनोमेट्री 29, 30, 31, फ्लोरोमेट्री 32, 33, 34, 35, ऑप्टिकल पोलरिमेट्री 36, सतह प्लाज़्मोन अनुनाद 37, फैब्री-पेरोट गुहा 38, इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री 39 और केशिका वैद्युतकणसंचलन 40,41 और इसी तरह। हालांकि, इनमें से अधिकांश तरीकों के लिए महंगे उपकरणों की आवश्यकता होती है, और कई नैनोमोलर सांद्रताओं पर ग्लूकोज का पता लगाना एक चुनौती बनी हुई है (उदाहरण के लिए, फोटोमेट्रिक मापों के लिए21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, ग्लूकोज की सबसे कम सांद्रता)। सीमा केवल 30 एनएम थी जब प्रशिया ब्लू नैनोकणों को पेरोक्सीडेज मिमिक्स के रूप में इस्तेमाल किया गया था)। नैनोमोलर ग्लूकोज विश्लेषण अक्सर आणविक स्तर के सेलुलर अध्ययनों जैसे मानव प्रोस्टेट कैंसर के विकास के अवरोध42 और महासागर में प्रोक्लोरोकोकस के CO2 निर्धारण व्यवहार के लिए आवश्यक होते हैं।
इस लेख में, एक धातु वेवगाइड केशिका (MWC) पर आधारित एक कॉम्पैक्ट, सस्ता फोटोमीटर, एक इलेक्ट्रोपॉलिश्ड आंतरिक सतह के साथ एक SUS316L स्टेनलेस स्टील केशिका, अतिसंवेदनशील अवशोषण निर्धारण के लिए विकसित किया गया था। चूंकि प्रकाश को घटना के कोण की परवाह किए बिना धातु केशिकाओं के अंदर फंसाया जा सकता है, इसलिए प्रकाश पथ को नालीदार और चिकनी धातु की सतहों पर प्रकाश बिखरने से काफी बढ़ाया जा सकता है, और यह MWC की भौतिक लंबाई से बहुत अधिक लंबा है। इसके अलावा, मृत मात्रा को कम करने और बुलबुला फंसने से बचने के लिए ऑप्टिकल कनेक्शन और द्रव इनलेट/आउटलेट के लिए एक सरल टी-कनेक्टर डिजाइन किया गया था। 7 सेमी MWC फोटोमीटर के लिए, गैर-रैखिक ऑप्टिकल पथ और तेज नमूना स्विचिंग की नई वृद्धि के कारण 1 सेमी क्यूवेट के साथ वाणिज्यिक स्पेक्ट्रोफोटोमीटर की तुलना में पता लगाने की सीमा लगभग 3000 गुना बेहतर हुई
जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, MWC-आधारित फोटोमीटर में EP ग्रेड इलेक्ट्रोपॉलिश्ड आंतरिक सतह वाला 7 सेमी लंबा MWC, एक लेंस के साथ 505 एनएम एलईडी, एक समायोज्य लाभ फोटोडिटेक्टर और ऑप्टिकल कपलिंग और तरल इनपुट के लिए दो शामिल हैं। बाहर निकलें। पाइक इनलेट ट्यूब से जुड़ा एक तीन-तरफ़ा वाल्व आने वाले नमूने को स्विच करने के लिए उपयोग किया जाता है। पीक ट्यूब क्वार्ट्ज प्लेट और MWC के खिलाफ़ अच्छी तरह से फिट बैठता है, इसलिए टी-कनेक्टर में मृत मात्रा को न्यूनतम रखा जाता है, जिससे हवा के बुलबुले फंसने से प्रभावी रूप से रोका जा सकता है। इसके अलावा, कोलाइमेटेड बीम को टी-पीस क्वार्ट्ज प्लेट के माध्यम से आसानी से और कुशलता से MWC में पेश किया जा सकता है।
बीम और तरल नमूने को टी-पीस के माध्यम से एमसीसी में पेश किया जाता है, और एमसीसी से गुजरने वाली बीम को फोटोडिटेक्टर द्वारा प्राप्त किया जाता है। दागदार या खाली नमूनों के आने वाले घोल को बारी-बारी से तीन-तरफ़ा वाल्व के माध्यम से ICC में पेश किया गया। बीयर के नियम के अनुसार, रंगीन नमूने के ऑप्टिकल घनत्व की गणना समीकरण से की जा सकती है। 1.10
जहाँ Vcolor और Vblank फोटोडिटेक्टर के आउटपुट सिग्नल हैं जब रंग और खाली नमूने क्रमशः MCC में पेश किए जाते हैं, और Vdark फोटोडिटेक्टर का बैकग्राउंड सिग्नल है जब LED बंद हो जाती है। आउटपुट सिग्नल ΔV = Vcolor–Vblank में परिवर्तन को नमूनों को स्विच करके मापा जा सकता है। समीकरण के अनुसार। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, यदि ΔV Vblank–Vdark से बहुत छोटा है, तो सैंपलिंग स्विचिंग स्कीम का उपयोग करते समय, Vblank में छोटे बदलाव (जैसे बहाव) का AMWC मान पर बहुत कम प्रभाव हो सकता है।
एमडब्ल्यूसी-आधारित फोटोमीटर के प्रदर्शन की तुलना क्यूवेट-आधारित स्पेक्ट्रोफोटोमीटर के साथ करने के लिए, लाल स्याही के घोल को रंग के नमूने के रूप में इस्तेमाल किया गया था क्योंकि इसमें उत्कृष्ट रंग स्थिरता और अच्छी सांद्रता-अवशोषण रैखिकता थी, और खाली नमूने के रूप में DI H2O का इस्तेमाल किया गया था। जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, DI H2O को विलायक के रूप में उपयोग करके धारावाहिक कमजोरीकरण विधि द्वारा लाल स्याही के घोल की एक श्रृंखला तैयार की गई थी। नमूना 1 (S1), बिना पतला किए मूल लाल रंग की सापेक्ष सांद्रता 1.0 निर्धारित की गई थी। चित्र में। चित्र 2 में 11 लाल स्याही के नमूनों (S4 से S14) की ऑप्टिकल तस्वीरें दिखाई गई हैं जिनमें सापेक्ष सांद्रता (तालिका 1 में सूचीबद्ध) 8.0 × 10–3 (बाएं) से लेकर 8.2 × 10–10 (दाएं) तक है।
नमूना 6 के माप परिणाम चित्र 3(ए) में दिखाए गए हैं। रंगीन और खाली नमूनों के बीच स्विचिंग के बिंदुओं को चित्र में दोहरे तीर "↔" द्वारा चिह्नित किया गया है। यह देखा जा सकता है कि रंगीन नमूनों से खाली नमूनों और इसके विपरीत स्विच करने पर आउटपुट वोल्टेज तेजी से बढ़ता है। Vcolor, Vblank और संबंधित ΔV को चित्र में दिखाए अनुसार प्राप्त किया जा सकता है।
(ए) एमडब्ल्यूसी-आधारित फोटोमीटर का उपयोग करके नमूना 6, (बी) नमूना 9, (सी) नमूना 13 और (डी) नमूना 14 के माप परिणाम।
नमूने 9, 13 और 14 के माप परिणाम क्रमशः छवियाँ 3(बी)-(डी) में दिखाए गए हैं। जैसा कि चित्र 3(डी) में दिखाया गया है, मापा गया ΔV केवल 5 एनवी है, जो शोर मूल्य (2 एनवी) का लगभग 3 गुना है। एक छोटा ΔV शोर से अलग करना मुश्किल है। इस प्रकार, पता लगाने की सीमा 8.2×10-10 (नमूना 14) की सापेक्ष सांद्रता पर पहुँच गई। समीकरणों की मदद से। 1. AMWC अवशोषण की गणना मापी गई Vcolor, Vblank और Vdark मानों से की जा सकती है। 104 लाभ वाले फोटो डिटेक्टर के लिए Vdark -0.68 μV है। सभी नमूनों के माप परिणामों को तालिका 1 में संक्षेपित किया गया है और पूरक सामग्री में पाया जा सकता है।
तुलना के लिए, एक स्पेक्ट्रोफोटोमीटर के साथ एक लाल स्याही का नमूना भी मापा गया था और मापा गया एक्यूवेट अवशोषण चित्र 4 में दिखाया गया है। 505 एनएम पर एक्यूवेट मान (जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है) नमूने 10, 11, या 12 के वक्रों को संदर्भित करके प्राप्त किया गया था (जैसा कि इनसेट में दिखाया गया है)। चित्र 4) को आधार रेखा के रूप में लें। जैसा कि दिखाया 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, MWC-आधारित फोटोमीटर का उपयोग करते समय, क्यूवेट-आधारित स्पेक्ट्रोफोटोमीटर की तुलना में पता लगाने की सीमा 3125 के कारक से बेहतर हुई।
निर्भरता अवशोषण-सांद्रता चित्र 5 में प्रस्तुत की गई है। क्युवेट माप के लिए, अवशोषण 1 सेमी की पथ लंबाई पर स्याही सांद्रता के समानुपाती होता है। जबकि, MWC-आधारित माप के लिए, कम सांद्रता पर अवशोषण में एक गैर-रैखिक वृद्धि देखी गई। बीर के नियम के अनुसार, अवशोषण ऑप्टिकल पथ लंबाई के समानुपाती होता है, इसलिए अवशोषण लाभ AEF (समान स्याही सांद्रता पर AEF = AMWC/Acuvette के रूप में परिभाषित) MWC और क्युवेट की ऑप्टिकल 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 MWC की लंबाई 1 सेमी क्युवेट की लंबाई से ठीक 7 गुना है। हालाँकि, कम सांद्रता पर (संबंधित सांद्रता <1.28 × 10-5 ), घटती सांद्रता के साथ AEF बढ़ता है और क्युवेट-आधारित माप के वक्र को बढ़ाकर 8.2 × 10-10 की संबंधित सांद्रता पर 803 के मान तक पहुँच जाएगा। हालाँकि, कम सांद्रता पर (संबंधित सांद्रता <1.28 × 10-5 ), घटती सांद्रता के साथ AEF बढ़ता है और क्युवेट-आधारित माप के वक्र को बढ़ाकर 8.2 × 10-10 की संबंधित सांद्रता पर 803 के मान तक पहुँच जाएगा। 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। हालाँकि, कम सांद्रता पर (सापेक्ष सांद्रता <1.28 × 10–5), AEF घटती सांद्रता के साथ बढ़ता है और क्यूवेट-आधारित माप वक्र से एक्सट्रपलेशन करने पर 8.2 × 10–10 की सापेक्ष सांद्रता पर 803 के मान तक पहुँच 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 एक्सट्रपलेशन किया जाता है, तो यह 8.2 × 10–10 803 के सापेक्ष सांद्रता मूल्य तक पहुँच जाता है।इसके परिणामस्वरूप 803 सेमी (एईएफ × 1 सेमी) का संगत ऑप्टिकल पथ प्राप्त होता है, जो एमडब्ल्यूसी की भौतिक लंबाई से बहुत अधिक है, और यहां तक ​​कि व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सबसे लंबे एलडब्ल्यूसी (वर्ल्ड प्रिसिजन इंस्ट्रूमेंट्स, इंक. से 500 सेमी) से भी अधिक है। डोको इंजीनियरिंग एलएलसी की लंबाई 200 सेमी है)। एलडब्ल्यूसी में अवशोषण में यह गैर-रैखिक वृद्धि पहले रिपोर्ट नहीं की गई थी।
चित्र 6(ए)-(सी) में क्रमशः एमडब्ल्यूसी सेक्शन की आंतरिक सतह की एक ऑप्टिकल छवि, एक माइक्रोस्कोप छवि और एक ऑप्टिकल प्रोफाइलर छवि दिखाई गई है। जैसा कि चित्र 6(ए) में दिखाया गया है, आंतरिक सतह चिकनी और चमकदार है, दृश्य प्रकाश को प्रतिबिंबित कर सकती है, और अत्यधिक परावर्तक है। जैसा कि चित्र 6(बी) में दिखाया गया है, धातु की विकृति और क्रिस्टलीय प्रकृति के कारण, चिकनी सतह पर छोटे-छोटे मेसस 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))। एक 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 क्षेत्र (<5 µm×5 µm) के कारण, अधिकांश सतह 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))।
(ए) ऑप्टिकल छवि, (बी) माइक्रोस्कोप छवि, और (सी) एमडब्ल्यूसी कट की आंतरिक सतह की ऑप्टिकल छवि।
जैसा कि चित्र 7(ए) में दिखाया गया है, केशिका में प्रकाशीय पथ LOP घटना के कोण θ (LOP = LC/sinθ, जहाँ LC केशिका की भौतिक लंबाई है) द्वारा निर्धारित किया जाता है। DI H2O से भरी टेफ्लॉन AF केशिकाओं के लिए, घटना का कोण 77.8° के क्रांतिक कोण से अधिक होना चाहिए, इसलिए LOP बिना किसी और सुधार के 1.02 × LC से कम है3.6। जबकि, MWC के साथ, केशिका के अंदर प्रकाश का परिसीमन अपवर्तनांक या घटना के कोण से स्वतंत्र है, इसलिए जैसे-जैसे घटना का कोण घटता है, प्रकाश पथ केशिका की लंबाई (LOP » LC) से बहुत लंबा हो सकता है। जैसा कि चित्र 7(बी) में दिखाया गया है, नालीदार धातु की सतह प्रकाश के बिखराव को प्रेरित कर सकती है, जो ऑप्टिकल पथ को बहुत बढ़ा सकती है।
इसलिए, MWC के लिए दो प्रकाश पथ हैं: बिना प्रतिबिंब के प्रत्यक्ष प्रकाश (LOP = LC) और पार्श्व दीवारों के बीच कई प्रतिबिंबों के साथ दाँतेदार प्रकाश (LOP » LC)। बीर के नियम के अनुसार, प्रेषित प्रत्यक्ष 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 के लिए (जैसे, संबंधित सांद्रता >1.28 × 10-5), ज़िगज़ैग प्रकाश अत्यधिक क्षीण होता है और इसकी तीव्रता सीधे प्रकाश की तुलना में बहुत कम होती है, जो बड़े अवशोषण गुणांक और इसके बहुत लंबे प्रकाशीय पथ के कारण होता है। उच्च सांद्रता वाली स्याही के लिए (जैसे, संबंधित सांद्रता >1.28 × 10-5), ज़िगज़ैग प्रकाश अत्यधिक क्षीण होता है और इसकी तीव्रता सीधे प्रकाश की तुलना में बहुत कम होती है, जो बड़े अवशोषण गुणांक और इसके बहुत लंबे प्रकाशीय पथ के कारण 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 अत्यधिक क्षीण होता है तथा बड़े अवशोषण गुणांक और बहुत लंबे प्रकाशीय उत्सर्जन 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 के लिए (उदाहरण के लिए, प्रासंगिक सांद्रता >1.28×10-5), ज़िगज़ैग प्रकाश काफी क्षीण हो जाता है और बड़े अवशोषण गुणांक और लंबे प्रकाशीय समय के कारण इसकी तीव्रता प्रत्यक्ष प्रकाश की तुलना में बहुत कम होती है।छोटी सड़क.इस प्रकार, प्रत्यक्ष प्रकाश ने अवशोषण निर्धारण (LOP=LC) पर प्रभुत्व स्थापित किया तथा AEF को ~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 तेजी से बढ़ जाती है और तब ज़िगज़ैग प्रकाश अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाना शुरू कर देता 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 तेजी से बढ़ जाती है और तब ज़िगज़ैग प्रकाश अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाना शुरू कर देता है। नैपरोटोव, कुओगोडा कोनोओनॉइनेटी уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, относительная концентрация <1,28 × 10-5) इससे पहले कि आप क्रेडिट कार्ड का उपयोग कर रहे हों, और आप एक ऑपरेटिंग सिस्टम का उपयोग कर सकते हैं। इसके विपरीत, जब स्याही की सांद्रता कम होने के साथ अवशोषण गुणांक कम हो जाता है (उदाहरण के लिए, सापेक्ष सांद्रता <1.28×10-5), तो ज़िगज़ैग प्रकाश की तीव्रता प्रत्यक्ष प्रकाश की तुलना में तेजी से बढ़ जाती है, और फिर ज़िगज़ैग प्रकाश चलना शुरू हो जाता 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 महत्वपूर्ण भूमिका. 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 प्रत्यक्ष प्रकाश की तुलना में तेजी से बढ़ जाती है, और तब ज़िगज़ैग प्रकाश अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाना शुरू कर देता है।भूमिका चरित्र.इसलिए, सॉटूथ ऑप्टिकल पथ (LOP » LC) के कारण, AEF को 7.0 से कहीं अधिक बढ़ाया जा सकता है। MWC की सटीक प्रकाश संचरण विशेषताओं को वेवगाइड मोड सिद्धांत का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।
ऑप्टिकल पथ को बेहतर बनाने के अलावा, तेज़ सैंपल स्विचिंग अल्ट्रा-लो डिटेक्शन लिमिट में भी योगदान देता है। MCC (0.16 मिली) की छोटी मात्रा के कारण, MCC में स्विच करने और समाधान बदलने के लिए आवश्यक समय 20 सेकंड से कम हो सकता है। जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है, AMWC (2.5 × 10–4) का न्यूनतम पता लगाने योग्य मान एक्यूवेट (1.0 × 10–3) की तुलना में 4 गुना कम है। केशिका में प्रवाहित घोल का तेज़ स्विचिंग क्युवेट में अवधारण समाधान की तुलना में अवशोषण अंतर की सटीकता पर सिस्टम शोर (जैसे बहाव) के प्रभाव को कम करता है। उदाहरण के लिए, जैसा कि चित्र 3(बी)-(डी) में दिखाया गया है, छोटे आयतन की केशिका में तेज़ सैंपल स्विचिंग के कारण ΔV को बहाव संकेत से आसानी से पहचाना जा सकता है।
जैसा कि तालिका 2 में दिखाया गया है, DI H2O को विलायक के रूप में उपयोग करके विभिन्न सांद्रताओं पर ग्लूकोज समाधान की एक श्रृंखला तैयार की गई थी। ग्लूकोज ऑक्सीडेज (GOD) और पेरोक्सीडेज (POD) 37 के क्रोमोजेनिक घोल के साथ क्रमशः 3:1 के निश्चित आयतन अनुपात में ग्लूकोज घोल या विआयनीकृत पानी को मिलाकर दागदार या खाली नमूने तैयार किए गए थे। चित्र 8 में 2.0 mM (बाएं) से 5.12 nM (दाएं) तक की ग्लूकोज सांद्रता वाले नौ दागदार नमूनों (S2-S10) की ऑप्टिकल तस्वीरें दिखाई गई हैं। ग्लूकोज सांद्रता कम होने के साथ लालिमा कम हो जाती है।
एमडब्ल्यूसी-आधारित फोटोमीटर के साथ नमूने 4, 9 और 10 के माप के परिणाम क्रमशः चित्र 9(ए)-(सी) में दिखाए गए हैं। जैसा कि चित्र 9(सी) में दिखाया गया है, मापा गया ΔV कम स्थिर हो जाता है और माप के दौरान धीरे-धीरे बढ़ता है क्योंकि जीओडी-पीओडी अभिकर्मक का रंग (यहां तक ​​कि ग्लूकोज जोड़े बिना भी) धीरे-धीरे प्रकाश में बदलता है। इस प्रकार, 5.12 एनएम (नमूना 10) से कम ग्लूकोज सांद्रता वाले नमूनों के लिए क्रमिक ΔV माप दोहराया नहीं जा सकता है, क्योंकि जब ΔV काफी छोटा होता है, तो जीओडी-पीओडी अभिकर्मक की अस्थिरता को अब और नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है। इसलिए, ग्लूकोज समाधान के लिए पता लगाने की सीमा 5.12 एनएम है, हालांकि संबंधित ΔV मूल्य (0.52 µV) शोर मूल्य (0.03 µV) से बहुत बड़ा है अधिक स्थिर क्रोमोजेनिक अभिकर्मकों का उपयोग करके इस पता लगाने की सीमा को और बेहतर बनाया जा सकता है।
(ए) एमडब्ल्यूसी-आधारित फोटोमीटर का उपयोग करके नमूना 4, (बी) नमूना 9, और (सी) नमूना 10 के माप परिणाम।
AMWC अवशोषण की गणना मापे गए Vcolor, Vblank और Vdark मानों का उपयोग करके की जा सकती है। 105 Vdark के लाभ वाले फोटोडिटेक्टर के लिए -0.068 μV है। सभी नमूनों के माप पूरक सामग्री में सेट किए जा सकते हैं। तुलना के लिए, ग्लूकोज़ के नमूनों को स्पेक्ट्रोफोटोमीटर से भी 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 प्रस्तुत किया गया है। MWC-आधारित फोटोमीटर के साथ, क्यूवेट-आधारित स्पेक्ट्रोफोटोमीटर की तुलना में पता लगाने की सीमा में 125 गुना सुधार प्राप्त किया गया। GOD-POD अभिकर्मक की खराब स्थिरता के कारण यह सुधार लाल स्याही परख से कम है। कम सांद्रता पर अवशोषण में एक गैर-रैखिक वृद्धि भी देखी गई।
MWC-आधारित फोटोमीटर को तरल नमूनों की अति-संवेदनशील पहचान के लिए विकसित किया गया है। ऑप्टिकल पथ को बहुत बढ़ाया जा सकता है, और MWC की भौतिक लंबाई से बहुत अधिक लंबा किया जा सकता है, क्योंकि नालीदार चिकनी धातु की दीवारों द्वारा बिखरे हुए प्रकाश को घटना के कोण की परवाह किए बिना केशिका के भीतर समाहित किया जा सकता है। नए गैर-रेखीय ऑप्टिकल प्रवर्धन और तेज़ नमूना स्विचिंग और ग्लूकोज का पता लगाने के लिए पारंपरिक GOD-POD अभिकर्मकों का उपयोग करके 5.12 nM जितनी कम सांद्रता प्राप्त की जा सकती है। इस कॉम्पैक्ट और सस्ते फोटोमीटर का व्यापक रूप से जीवन विज्ञान और ट्रेस विश्लेषण के लिए पर्यावरण निगरानी में उपयोग किया जाएगा।
जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, MWC-आधारित फोटोमीटर में 7 सेमी लंबा MWC (आंतरिक व्यास 1.7 मिमी, बाहरी व्यास 3.18 मिमी, EP श्रेणी इलेक्ट्रोपॉलिश्ड आंतरिक सतह, SUS316L स्टेनलेस स्टील केशिका), एक 505 एनएम तरंग दैर्ध्य एलईडी (थोरलैब्स M505F1), और लेंस (बीम स्प्रेड लगभग 6.6 डिग्री), वैरिएबल गेन फोटोडिटेक्टर (थोरलैब्स PDB450C) और ऑप्टिकल संचार और लिक्विड इन/आउट के लिए दो T-कनेक्टर शामिल हैं। T-कनेक्टर एक पारदर्शी क्वार्ट्ज प्लेट को PMMA ट्यूब से जोड़कर बनाया जाता है जिसमें MWC और पीक ट्यूब (0.72 मिमी ID, 1.6 मिमी OD, विकी वैल्को कॉर्प) को कसकर डाला जाता है और चिपकाया जाता है। आने वाले नमूने को स्विच करने के लिए पाइक इनलेट ट्यूब से जुड़ा एक तीन-तरफ़ा वाल्व उपयोग किया जाता है। फोटोडिटेक्टर प्राप्त ऑप्टिकल पावर P को एक प्रवर्धित वोल्टेज सिग्नल N×V में परिवर्तित कर सकता है (जहाँ V/P = 1.0 V/W 1550 nm पर, लाभ N को 103-107 की सीमा में मैन्युअल रूप से समायोजित किया जा सकता है)। संक्षिप्तता के लिए, आउटपुट सिग्नल के रूप में N×V के बजाय V का उपयोग किया जाता है।
इसकी तुलना में, तरल नमूनों के अवशोषण को मापने के लिए 1.0 सेमी क्युवेट सेल वाले एक वाणिज्यिक स्पेक्ट्रोफोटोमीटर (एगिलेंट टेक्नोलॉजीज कैरी 300 श्रृंखला R928 उच्च दक्षता फोटोमल्टीप्लायर के साथ) का भी उपयोग किया गया था।
एमडब्ल्यूसी कट की आंतरिक सतह की जांच ऑप्टिकल सरफेस प्रोफाइलर (ZYGO न्यू व्यू 5022) का उपयोग करके की गई, जिसका ऊर्ध्वाधर और पार्श्व रिज़ॉल्यूशन क्रमशः 0.1 एनएम और 0.11 µm था।
सभी रसायन (विश्लेषणात्मक ग्रेड, आगे कोई शुद्धिकरण नहीं) सिचुआन चुआंगके बायोटेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड से खरीदे गए थे। ग्लूकोज परीक्षण किट में ग्लूकोज ऑक्सीडेज (जीओडी), पेरोक्सीडेज (पीओडी), 4-एमिनोएंटीपायरिन और फिनोल आदि शामिल हैं। क्रोमोजेनिक घोल सामान्य जीओडी-पीओडी 37 विधि द्वारा तैयार किया गया था।
जैसा कि तालिका 2 में दिखाया गया है, विभिन्न सांद्रताओं पर ग्लूकोज समाधान की एक श्रृंखला को DI H2O का उपयोग करके एक क्रमिक कमजोरीकरण विधि (विवरण के लिए पूरक सामग्री देखें) का उपयोग करके तैयार किया गया था। ग्लूकोज समाधान या विआयनीकृत पानी को क्रमशः 3:1 के एक निश्चित मात्रा अनुपात में क्रोमोजेनिक समाधान के साथ मिलाकर दागदार या खाली नमूने तैयार करें। माप से पहले सभी नमूनों को 10 मिनट के लिए प्रकाश से सुरक्षित 37 डिग्री सेल्सियस पर संग्रहीत किया गया था। GOD-POD विधि में, दागदार नमूने 505 एनएम पर अवशोषण अधिकतम के साथ लाल हो जाते हैं, और अवशोषण ग्लूकोज सांद्रता के लगभग आनुपातिक होता है।
जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, लाल स्याही समाधान (ऑस्ट्रिच इंक कंपनी लिमिटेड, तियानजिन, चीन) की एक श्रृंखला को विलायक के रूप में DI H2O का उपयोग करके धारावाहिक कमजोरीकरण विधि द्वारा तैयार किया गया था।
इस लेख का हवाला कैसे दें: बाई, एम. एट अल. मेटल वेवगाइड केशिकाओं पर आधारित कॉम्पैक्ट फोटोमीटर: ग्लूकोज की नैनोमोलर सांद्रता के निर्धारण के लिए। विज्ञान। 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015)।
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