यूवी स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर (वर्णक्रमीय विकिरणमापी) और ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर

यूवी स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर (वर्णक्रमीय विकिरणमापी) और ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर विकिरण को तरंगदैर्घ्य के अनुसार विभेदित करके ग्रहण करते हैं। इससे किसी यूवी स्रोत के वर्णक्रमीय वितरण, शिखर स्थिति, बैंडविड्थ और वर्णक्रमीय परिवर्तनों का आकलन संभव होता है। निरपेक्ष विकिरण तीव्रता (इरेडियंस) के लिए अतिरिक्त रूप से संपूर्ण मापन श्रृंखला का विकिरणमितीय अंशांकन आवश्यक होता है। चयन सर्वोपरि रूप से तरंगदैर्घ्य परिसर, वर्णक्रमीय विभेदन, गतिक परिसर, विकीर्ण-प्रकाश व्यवहार और मापन ज्यामिति द्वारा निर्धारित होता है।

इस पोर्टफोलियो में पोर्टेबल यूवी स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर UVpad और UVpad E के साथ-साथ अनुसंधान, विकास और गुणवत्ता आश्वासन के लिए ऐरे स्पेक्ट्रोमीटर SR900 शामिल हैं। स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर वर्तनी तथा सामान्य शब्द वर्णक्रमीय मापन उपकरण भी प्रचलित हैं – आशय एक ही उपकरण से है।

तीनों निरपेक्ष रूप से अंशांकित हैं; अंशांकन हमारी ISO 17025 के अनुसार प्रत्यायित प्रयोगशाला में किया जाता है और PTB तक अनुरेखणीय है। संबंधित राशियाँ और इकाइयाँ विकिरणमितीय राशियों के अंतर्गत तथा परिसर सीमाएँ वर्णक्रमीय परिसर और मानकों के अंतर्गत दी गई हैं।

दोनों शब्द एक ही प्रकाशिक डिज़ाइन का वर्णन करते हैं, परंतु दो भिन्न मापन कार्यों का। अंतर प्रकाशिकी में नहीं, बल्कि अंशांकन और प्रवेश ज्यामिति में है: एक स्पेक्ट्रोमीटर प्रकाश का विक्षेपण करता है और एक सापेक्ष वक्र देता है। एक स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर (वर्णक्रमीय विकिरणमापी) एक निरपेक्ष रूप से अंशांकित स्पेक्ट्रोमीटर है – यह वर्णक्रमीय विकिरण तीव्रता को W/(m²·nm) में देता है और उससे mW/cm², lux या PPFD प्रदान करता है।

जिसे विकिरण तीव्रता (इरेडियंस) या विकिरण मात्रा की आवश्यकता है, उसे स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर (वर्णक्रमीय विकिरणमापी) चाहिए; अन्य सब कुछ सापेक्ष रूप से मापता है। इस श्रेणी का प्रत्येक उपकरण एक स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर (वर्णक्रमीय विकिरणमापी) है। प्रक्रिया में पारगमन और UVT के मापन के लिए – जो विकिरणमापीय नहीं, बल्कि प्रकाशमापीय कार्य है – Opsytec प्रोसेस फोटोमीटर ZPM प्रस्तुत करता है।

एक स्पेक्ट्रोमीटर काउंट देता है – ऐसी संख्याएँ जो डिटेक्टर, समाकलन समय, प्रवेश स्लिट और प्रकाश गाइड पर निर्भर करती हैं। वे बताती हैं कि स्रोत कहाँ उत्सर्जन करता है, यह नहीं कि कितना। केवल किसी मानक के सापेक्ष निरपेक्ष अंशांकन ही प्रत्येक तरंगदैर्घ्य को एक भौतिक मान सौंपता है और वक्र को एक माप में बदलता है।

इसके लिए तीन चीज़ों की आवश्यकता होती है, और एक सामान्य स्पेक्ट्रोमीटर में इनमें से एक भी नहीं होती:

• एक अनुरेखणीय अंशांकन ऐसे मानक के सापेक्ष जो स्वयं किसी राष्ट्रीय संस्थान तक जाता है – Opsytec में PTB तक। इसके बिना मान तुलनीय नहीं होता, अपने ही उपकरण के पिछले वर्ष के मान से भी नहीं।
• एक परिभाषित इनपुट प्रकाशिकी। विकिरण तीव्रता (इरेडियंस) प्रति क्षेत्र शक्ति है, इसलिए उपकरण को एक ज्ञात क्षेत्र से कोसाइन-सही भारांकन के साथ प्रकाश एकत्र करना होता है। डिफ्यूज़र रहित प्रकाश गाइड यह नहीं करता।
• प्रकीर्ण प्रकाश संशोधन। यूवी-सी में संकेत प्रायः दृश्य क्षेत्र की तुलना में कई क्रम परिमाण कमज़ोर होता है। संशोधन के बिना आप वहाँ जो मापते हैं वह अधिकांशतः उपकरण के भीतर से आने वाला प्रकीर्ण प्रकाश ही होता है।

एक ब्रॉडबैंड विकिरणमापी (रेडियोमीटर) तेज़ी से मापता है, कम लागत का होता है और दैनिक उपयोग में अधिक मज़बूत होता है; परंतु यह विकिरण को अपनी स्वयं की वर्णक्रमीय अनुक्रियाशीलता के अनुसार भारित करता है और केवल तब सही होता है जब स्रोत अंशांकन स्रोत के समरूप हो। किसी ज्ञात संस्थापन की सतत निगरानी के लिए यह अब भी उपयुक्त विकल्प है – इसी हेतु प्रक्रिया एवं विकिरण मात्रा जाँच के लिए ब्रॉडबैंड विकिरणमापी उपलब्ध हैं।

जैसे ही स्रोत बदलता है, कई तरंगदैर्घ्यों का पृथक-पृथक आकलन करना पड़ता है अथवा कोई क्रिया वर्णक्रम लागू करना पड़ता है, तब वर्णक्रम के बिना कोई विकल्प नहीं रहता। दोनों संरचनाओं की पूर्ण तुलना, उनके त्रुटि स्रोतों सहित, स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर कब आवश्यक होता है के अंतर्गत दर्शाई गई है।

पहला प्रश्न: क्या आपको निरपेक्ष मान की आवश्यकता है? यदि बात केवल शिखर की स्थिति, FWHM या दो बैचों की तुलना की है, तो सापेक्ष माप पर्याप्त है – एक स्पेक्ट्रोमीटर काम कर देगा। जैसे ही mW/cm², लक्स या J/cm² में कोई आँकड़ा निकालना हो, तो निरपेक्ष अंशांकन के बिना कोई रास्ता नहीं है।

दूसरा प्रश्न: कौन-सी तरंगदैर्घ्य परास? शुद्ध यूवी 440 nm तक, यूवी के साथ दृश्य क्षेत्र का आरंभ 480 nm तक, या संपूर्ण प्रकाशिक स्पेक्ट्रम 1,100 nm तक – यही उपकरण का निर्णय करता है।

तीसरा प्रश्न: माप कहाँ लिया जाता है? बंद कक्ष से कोई केबल बाहर नहीं निकलती; वहाँ उपकरण को स्वायत्त रूप से मापना और संचित करना होता है। कार्यस्थल पर या चालू लाइन पर केबल से जुड़ा सेंसर हेड उपयुक्त है। प्रकाशिक बेंच पर परास और विभेदन महत्वपूर्ण होते हैं, आकार नहीं।

अंतिम पंक्ति कोई विरोधाभास नहीं है, बल्कि व्यवहार में सबसे सामान्य उत्तर है: एक बार वर्णक्रमीय माप कीजिए, फिर ब्रॉडबैंड निगरानी कीजिए। वर्णक्रमीय माप से यह निर्धारित होता है कि इस स्रोत पर ब्रॉडबैंड सेंसर कितना विचलन दर्शाता है; इसके बाद बार-बार की जाँचों के लिए तेज़ उपकरण पर्याप्त है – जब तक स्रोत वही बना रहता है। लैंप बदलिए और यह श्रृंखला फिर से आरंभ हो जाती है।

स्पेक्ट्रोमीटर प्रकाश को उसकी तरंगदैर्घ्यों में विभाजित करता है और प्रत्येक की तीव्रता मापता है। सबसे पहले प्रवेश प्रकाशिकी पर विकिरण पड़ता है। एक परिक्षेपी अवयव – प्रिज़्म अथवा ग्रेटिंग – तरंगदैर्घ्यों को स्थानिक रूप से पृथक करता है; इसके बाद फोटोडायोड अथवा CCD सरणियाँ उनका संसूचन करती हैं। प्राप्त वर्णक्रम से किसी लैंप, LED अथवा नमूने के विषय में निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं।

सर्वाधिक प्रचलित अभिकल्प चेर्नी-टर्नर स्पेक्ट्रोमीटर है: दो दर्पण तथा एक ग्रेटिंग, इस प्रकार व्यवस्थित कि प्रकाशिक विपथन न्यून रहें और वर्णक्रमीय विभेदन उच्च बना रहे। यह अभिकल्प इतना संहत है कि इसका उपयोग सचल उपकरणों तथा छोटी प्रयोगशाला बेंचों पर किया जा सकता है।

तीन डिज़ाइनों में अंतर करना आवश्यक है।

ऐरे स्पेक्ट्रोमीटर डिटेक्टरों की एक पंक्ति का उपयोग करते हैं, सामान्यतः CCD या CMOS, जो पूरे स्पेक्ट्रम को एक ही बार में ग्रहण कर लेती है। इससे मापन तीव्र हो जाता है और किसी गतिशील पुर्जे की आवश्यकता नहीं होती। Opsytec के सभी स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर (वर्णक्रमीय विकिरणमापी) इसी प्रकार कार्य करते हैं।

मोनोक्रोमेटर में एक स्लिट और एक घूमने वाली ग्रेटिंग होती है तथा वे एक समय में एक ही तरंगदैर्घ्य को पारित करते हैं। ये अत्यंत परिशुद्धता और उच्च वर्णक्रमीय शुद्धता के साथ मापन करते हैं, किंतु इनमें समय लगता है – एक तरंगदैर्घ्य के बाद दूसरा। ये अनुसंधान और गुणवत्ता नियंत्रण के लिए विशिष्ट हैं, जहाँ तरंगदैर्घ्य का चयन ही महत्वपूर्ण होता है।

डबल मोनोक्रोमेटर में दो मोनोक्रोमेटर श्रेणीक्रम में लगाए जाते हैं। इससे प्रकीर्ण प्रकाश और भी कम हो जाता है और यह वहाँ आवश्यक होता है जहाँ अत्यंत क्षीण संकेत प्रबल संकेतों के निकट होते हैं – यूवी परास में और उच्च-परिशुद्धता वाली प्रयोगशाला मापिकी में।

एक ही स्पेक्ट्रम से कई राशियाँ प्राप्त होती हैं:

• प्रदीप्ति तीव्रता (इल्युमिनेंस) – फोटोमीट्रिक रूप से भारित प्रकाश तीव्रता
• सहसंबद्ध वर्ण तापमान (CCT) – यह बताता है कि प्रकाश कितना गर्म या ठंडा प्रतीत होता है
• वर्ण प्रतिपादन सूचकांक – कोई स्रोत रंगों को कितनी सटीकता से प्रतिपादित करता है
• CIE वर्ण निर्देशांक – मानक वर्ण समष्टि में वर्ण बिंदु
• वर्णक्रमीय शक्ति वितरण – ऊर्जा स्पेक्ट्रम में किस प्रकार फैली है
• शिखर तथा प्रभावी तरंगदैर्घ्य – सर्वाधिक तथा दृष्टिगत रूप से प्रभावी ऊर्जा कहाँ स्थित है

इसके विपरीत, एक चौड़ी पट्टी वाला विकिरणमापी (रेडियोमीटर) केवल एक ही मान देता है।

व्यक्तिगत राशियों का अर्थ वर्णमापीय राशियाँ के अंतर्गत समझाया गया है; प्रत्येक प्रकाशिक राशि का संकेत, इकाई तथा परिभाषा प्रकाशिक राशियों की शब्दावली में दी गई है।

स्पेक्ट्रोमीटर शब्द प्रकाश मापन से बहुत आगे तक जाता है। तीन उपकरण प्रकार नियमित रूप से एक ही खोज में सामने आते हैं और पूर्णतः भिन्न चीज़ मापते हैं:

मास स्पेक्ट्रोमीटर आयनों को उनके द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात के अनुसार पृथक करते हैं। वे किसी पदार्थ की अत्यंत सूक्ष्म मात्राओं की पहचान करते हैं और रासायनिक विश्लेषण, जैवरसायन, पर्यावरण विज्ञान तथा औषधि उद्योग में प्रयुक्त होते हैं।

परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोमीटर यह मापते हैं कि वाष्पित धातु परमाणु प्रकाश को कैसे अवशोषित करते हैं और उससे विलयन में धातु सांद्रता निर्धारित करते हैं – पर्यावरण विश्लेषण, विषविज्ञान तथा पदार्थ विज्ञान में, सर्वोपरि भारी धातुओं के लिए।

स्पेक्ट्रोफोटोमीटर, जिन्हें प्रायः UV-Vis स्पेक्ट्रोमीटर कहा जाता है, किसी नमूने के अवशोषण या पारगमन को मापते हैं और उससे सांद्रता निकालते हैं। ये नैदानिक निदान, जल विश्लेषण और खाद्य निगरानी में व्यापक रूप से प्रचलित हैं। प्रक्रिया में पारगमन और UVT के लिए Opsytec ZPM प्रक्रिया फोटोमीटर प्रस्तुत करता है।

इसके विपरीत, एक स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर (वर्णक्रमीय विकिरणमापी) वर्णक्रमीय विकिरण तीव्रता को एक निरपेक्ष अंशांकन के सापेक्ष मापता है। इसकी इनपुट प्रकाशिकी एक डिफ्यूज़र होती है, जो सामान्यतः एक प्रकाश गाइड के माध्यम से जुड़ी रहती है – जैसा कि SR900 स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर में है।

स्पेक्ट्रोमीटर और स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर (वर्णक्रमीय विकिरणमापी) में क्या अंतर है?
स्पेक्ट्रोमीटर सापेक्ष मान देता है; स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर (वर्णक्रमीय विकिरणमापी) निरपेक्ष रूप से अंशांकित होता है और वर्णक्रमीय विकिरण तीव्रता देता है। इस श्रेणी का प्रत्येक उपकरण एक स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर (वर्णक्रमीय विकिरणमापी) है।

मुझे किस तरंगदैर्घ्य परिसर और किस विभेदन की आवश्यकता है?
परिसर को उत्सर्जन तथा किसी भी गौण बैंड को पूर्ण रूप से आवृत करना चाहिए – केवल यूवी के लिए 440 nm तक, यूवी तथा दृश्य क्षेत्र के आरंभ के लिए 480 nm तक, अथवा संपूर्ण प्रकाशिक स्पेक्ट्रम के लिए 1,100 nm तक। विभेदन यह निर्धारित करता है कि निकट स्थित शिखर अथवा संकीर्ण रेखाएँ अभी भी पृथक दिखाई देती हैं या नहीं।

ऐरे स्पेक्ट्रोमीटर के साथ कौन-सी माप त्रुटियाँ होती हैं?
सबसे पहले विकीर्ण प्रकाश (स्ट्रे लाइट): प्रबल तरंगदैर्घ्यों के अंश वहाँ प्रकट होते हैं जहाँ उनका स्थान नहीं है। यूवी-सी में संकेत प्रायः दृश्य क्षेत्र की तुलना में कई कोटियों तक दुर्बल होता है – विकीर्ण प्रकाश संशोधन के बिना वहाँ मुख्यतः उपकरण का स्वयं का विकीर्ण प्रकाश ही मापा जाता है। इसके अतिरिक्त डार्क करंट, अरैखिकता और तापमान अपवाह भी जुड़ते हैं।

किसी स्पेक्ट्रम से कौन-सी राशियाँ परिकलित की जा सकती हैं?
वर्णक्रमीय विकिरण तीव्रता से समाकलन एवं भारण द्वारा लगभग कोई भी गुणांक प्राप्त किया जा सकता है: प्रति वर्णक्रमीय परिसर विकिरण तीव्रता (इरेडियंस), यूवी विकिरण मात्रा, V(λ) के माध्यम से प्रदीप्तता, PPFD तथा IEC 62471 के अनुसार क्रिया-भारित मान। यही प्रक्रिया एवं विकिरण मात्रा जाँच के लिए ब्रॉडबैंड विकिरणमापी (रेडियोमीटर) की तुलना में इसका ठीक वही लाभ है।

सही सेंसर खोजें: UV Sensor Finder अनुप्रयोग, तरंगदैर्घ्य और फॉर्म फैक्टर के अनुसार तीन सर्वाधिक उपयुक्त यूवी सेंसर और मीटर सुझाता है – प्रमुख मानों, सिस्टम पार्टनर और कारणों के साथ।