एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी क्या है?

एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी एक तकनीक है जो फोटॉन, या प्रकाश के कणों का पता लगाती है और मापती है, जिसमें विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के एक्स-रे भाग में तरंगदैर्ध्य होते हैं। इसका उपयोग वैज्ञानिकों को किसी वस्तु के रासायनिक और मौलिक गुणों को समझने में मदद करने के लिए किया जाता है।

कई अलग-अलग एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी तरीके हैं जो विज्ञान और प्रौद्योगिकी के कई विषयों में उपयोग किए जाते हैं, जिनमें पुरातत्व, खगोल विज्ञान और इंजीनियरिंग शामिल हैं। इन तरीकों का इस्तेमाल स्वतंत्र रूप से या एक साथ किया जा सकता है ताकि विश्लेषण की जा रही सामग्री या वस्तु का अधिक संपूर्ण चित्र बनाया जा सके।

इतिहास

एसएलएसी नेशनल एक्सिलरेटर लेबोरेटरी के अनुसार, जर्मन भौतिक विज्ञानी, विल्हेम कॉनराड रॉन्टजन को 1901 में एक्स-रे की खोज के लिए 1901 में भौतिकी में पहला नोबेल पुरस्कार दिया गया था।

एक ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी, चार्ल्स बर्कला ने 1906 और 1908 के बीच शोध किया, जिससे उनकी खोज हुई कि एक्स-रे व्यक्तिगत पदार्थों की विशेषता हो सकती है। उनके काम ने उन्हें भौतिकी में नोबेल पुरस्कार भी दिया, लेकिन 1917 तक नहीं।

एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग वास्तव में कुछ समय पहले 1912 में ब्रिटिश भौतिकविदों, विलियम हेनरी ब्रैग और विलियम लॉरेंस ब्रैग के पिता-पुत्र टीम के साथ शुरू हुआ था। उन्होंने अध्ययन के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग किया कि कैसे एक्स-रे विकिरण ने क्रिस्टल के भीतर परमाणुओं के साथ बातचीत की। उनकी तकनीक, जिसे एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी कहा जाता है, को अगले वर्ष तक क्षेत्र में मानक बना दिया गया और उन्होंने 1915 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार जीता।

एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी कैसे काम करता है

जब एक परमाणु अस्थिर होता है या उच्च-ऊर्जा कणों के साथ बमबारी करता है, तो उसके इलेक्ट्रॉन एक ऊर्जा स्तर से दूसरे में संक्रमण करते हैं। जैसा कि इलेक्ट्रॉनों का समायोजन होता है, तत्व उच्च-ऊर्जा एक्स-रे फोटॉन को एक तरह से अवशोषित करता है और छोड़ता है जो परमाणुओं की विशेषता है जो उस विशेष रासायनिक तत्व को बनाते हैं। एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी ऊर्जा में उन परिवर्तनों को मापता है, जो वैज्ञानिकों को तत्वों की पहचान करने और समझने की अनुमति देता है कि विभिन्न सामग्रियों के भीतर परमाणु कैसे बातचीत करते हैं।

दो मुख्य एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकें हैं: तरंगदैर्ध्य-फैलाव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (WDXS) और ऊर्जा-डिस्पेंसर एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDXS)। WDXS एक तरंग दैर्ध्य के एक्स-रे को मापता है जो एक क्रिस्टल द्वारा विक्षेपित होता है। EDXS चार्ज कणों के उच्च-ऊर्जा स्रोत द्वारा प्रेरित इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्सर्जित एक्स-रे विकिरण को मापता है।

दोनों तकनीकों में, विकिरण कैसे फैलाया जाता है यह सामग्री की परमाणु संरचना को इंगित करता है और इसलिए, वस्तु के भीतर के तत्वों का विश्लेषण किया जा रहा है।

कई अनुप्रयोगों

आज, एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग विज्ञान और प्रौद्योगिकी के कई क्षेत्रों में किया जाता है, जिसमें पुरातत्व, खगोल विज्ञान, इंजीनियरिंग और स्वास्थ्य शामिल हैं।

मानवविज्ञानी और पुरातत्वविद प्राचीन कलाकृतियों के बारे में छिपी हुई जानकारी की खोज करने में सक्षम हैं और एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ उनका विश्लेषण करके उन्हें ढूंढते हैं। उदाहरण के लिए, ली शार्प, आयोवा में ग्रिनल कॉलेज में रसायन विज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर और उनके सहयोगियों ने उत्तर अमेरिकी दक्षिण-पश्चिम में प्रागैतिहासिक लोगों द्वारा बनाए गए ओब्सीडियन अरहाइड्स की उत्पत्ति की पहचान करने के लिए एक्स-रे प्रतिदीप्ति (एक्सआरएफ) स्पेक्ट्रोस्कोपी नामक एक विधि का इस्तेमाल किया। टीम ने अक्टूबर 2018 में जर्नल ऑफ आर्कियोलॉजिकल साइंस: रिपोर्ट्स में अपने परिणाम प्रकाशित किए।

एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी से खगोल वैज्ञानिकों को यह जानने में भी मदद मिलती है कि अंतरिक्ष में वस्तुएं कैसे काम करती हैं। उदाहरण के लिए, सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक्स-रे का निरीक्षण करने की योजना बनाई है जो कि ब्रह्मांडीय वस्तुओं से आते हैं, जैसे कि ब्लैक होल, उनकी विशेषताओं के बारे में अधिक जानने के लिए। एक प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक खगोल भौतिकीविद् हेनरिक क्रावस्कीन्स्की के नेतृत्व में टीम ने एक्स-रे स्पेक्ट्रोमीटर के एक प्रकार को लॉन्च करने की योजना बनाई है जिसे एक्स-रे पोलिमीटर कहा जाता है। दिसंबर 2018 से शुरू होकर, इंस्ट्रूमेंट को पृथ्वी के वायुमंडल में एक लंबी-अवधि, हीलियम से भरे गुब्बारे द्वारा निलंबित कर दिया जाएगा।

पेंसिल्वेनिया में ड्रेक्सल विश्वविद्यालय में एक रसायनज्ञ और सामग्री इंजीनियर यूरी गोगोटी, एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा विश्लेषण की गई सामग्री के साथ स्प्रे-ऑन एंटेना और पानी-अलवणीकरण झिल्ली बनाता है।

अदृश्य स्प्रे-ऑन एंटेना केवल कुछ दर्जन नैनोमीटर मोटे हैं, लेकिन रेडियो तरंगों को प्रसारित और निर्देशित करने में सक्षम हैं। एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सएएस) नामक एक तकनीक यह सुनिश्चित करने में मदद करती है कि अविश्वसनीय रूप से पतली सामग्री की संरचना सही है और चालकता निर्धारित करने में मदद करती है। गोगोटी ने कहा, "एंटेना के अच्छे प्रदर्शन के लिए उच्च धातु की चालकता की आवश्यकता होती है, इसलिए हमें सामग्री की बारीकी से निगरानी करनी होगी।"

गोगोट्सी और उनके सहयोगियों ने एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग जटिल झिल्ली की सतह रसायन विज्ञान का विश्लेषण करने के लिए किया है जो विशिष्ट आयनों जैसे कि सोडियम को छानकर पानी को डीसैलिनेट करते हैं।

एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग चिकित्सा अनुसंधान और अभ्यास के कई क्षेत्रों में भी पाया जा सकता है, जैसे कि आधुनिक सीटी स्कैन मशीन। सीटी स्कैन के दौरान एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रा एकत्र करना (फोटॉन गिनती या वर्णक्रमीय सीटी स्कैनर के माध्यम से) शरीर के अंदर क्या चल रहा है, इसके बारे में अधिक विस्तृत जानकारी और इसके विपरीत प्रदान कर सकते हैं, एक्स-रे से कम विकिरण खुराक और कम या उपयोग करने की आवश्यकता नहीं है जॉर्जिया में रेडियोलॉजी और इमेजिंग साइंसेज के एमोरी विश्वविद्यालय विभाग में सीटी के निदेशक फुओंग-एएन टी। डुओंग के अनुसार, विपरीत सामग्री (रंजक)।

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