रसायन विज्ञान में टिंडल प्रभाव

Tyndall प्रभाव या Tyndall घटना में एक माध्यम के कारण प्रकाश का प्रकीर्णन होता है जिसमें निलंबन में छोटे कण होते हैं, जैसे कि दूध, कोलाइड्स या धुएं वाले कमरे या जिसमें हवा उठती है धूल । यह प्रभाव दृश्य प्रकाश पुंज बनाता है जो अन्यथा पता नहीं चलेगा।

टाइन्डल प्रभाव का एक विशिष्ट उदाहरण तब होता है जब हम एक अंधेरे कमरे में एक खिड़की खोलते हैं और हम प्रकाश की किरण को देख सकते हैं जो कमरे को पार करते हुए फर्श तक पहुंचती है। साथ ही जब हम कोहरे के बीच रात में किसी कार की हेडलाइट चालू करते हैं या जब हम बादलों के जंगल में पेड़ों की शाखाओं के माध्यम से सूरज की किरणों को देखते हैं।

इस घटना का नाम जॉन टिंडल, ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी और लंदन के रॉयल इंस्टीट्यूट में प्राकृतिक दर्शन के प्रोफेसर के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 19वीं शताब्दी के दौरान इसका बड़े पैमाने पर अध्ययन किया था। इस घटना को रेले-डेबी स्कैटरिंग भी कहा जाता है।

टाइन्डल प्रभाव कई प्रकाश प्रकीर्णन परिघटनाओं में से एक है जो हमें हर दिन किए जाने वाले कई अवलोकनों की व्याख्या करने की अनुमति देती है, जिस तरह से प्रकाश विभिन्न प्रकार के कणों के साथ परस्पर क्रिया करता है।

टाइन्डल प्रभाव के लक्षण

• यह एक प्रकार का लोचदार प्रकीर्णन है, जिसका अर्थ है कि इसमें तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन शामिल नहीं है, और इसलिए घटना फोटॉन की ऊर्जा संरक्षित है।
• यह अपेक्षाकृत बड़े कणों के कारण होता है, आकार दृश्यमान प्रकाश या बड़े के तरंग दैर्ध्य के बराबर होता है।
• यह कणों के आकार और प्रत्येक कण को ​​बनाने वाले पदार्थों के आणविक भार दोनों पर निर्भर करता है।
• यह आपतित प्रकाश के ध्रुवीकरण पर निर्भर करता है।
• यह कोलाइड्स और निलंबन में होता है, लेकिन वास्तविक समाधानों में नहीं।

टाइन्डल प्रभाव बनाम रेले स्कैटरिंग बनाम एमआईई स्कैटरिंग

टाइन्डल प्रभाव और रेले स्कैटरिंग निकट से संबंधित हैं। दोनों गैस या तरल जैसे माध्यम में मौजूद कणों के कारण होने वाली प्रकाश प्रकीर्णन घटनाएँ हैं। इसके अलावा, दोनों मामलों में बिखरी हुई रोशनी तरंग दैर्ध्य में कोई परिवर्तन नहीं करती है, अर्थात, फोटॉन की ऊर्जा संरक्षित होती है, इसलिए वे लोचदार बिखरने के उदाहरण हैं।

अंत में, टाइन्डल प्रभाव और रेले स्कैटरिंग दोनों में, यह देखा गया है कि सबसे कम तरंग दैर्ध्य (नीला और बैंगनी प्रकाश) वाला दृश्य प्रकाश वह है जो सबसे बड़ी तीव्रता के साथ बिखरा हुआ है।

दोनों प्रकार के प्रकीर्णन के बीच मुख्य अंतर प्रकाश के प्रकीर्णन के लिए जिम्मेदार कणों के आकार का है। टाइन्डल प्रभाव के मामले में, यह केवल तब देखा जाता है जब कण अपेक्षाकृत बड़े होते हैं, जिनका व्यास आपतित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के बराबर होता है, यानी लगभग 400-700 एनएम, और इससे भी बड़ा हो सकता है। यह कई कोलाइडल कणों के आकार की सीमा में आता है।

इसके विपरीत, रेले स्कैटरिंग के मामले में, यह तरंग दैर्ध्य के 1/10 और 1/20 या इससे भी कम के बीच बहुत छोटे कणों के साथ होता है। इस प्रकार का प्रकीर्णन अलग-अलग परमाणुओं और अणुओं के साथ होता है, जबकि टिंडल प्रभाव या तो बड़े आणविक भार मैक्रोमोलेक्युलस के साथ होता है, या कई छोटे अणुओं से बने कणों के साथ होता है।

दूसरी ओर MIE फैलाव है। यह शब्द गोलाकार कणों द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण (यानी प्रकाश) के बिखरने की व्याख्या करने के लिए एक सैद्धांतिक ढांचे को संदर्भित करता है। एमआईई स्कैटरिंग मॉडल में रैले स्कैटरिंग और टिंडल इफेक्ट जैसी स्कैटरिंग घटनाओं की व्याख्या करने और उन्हें चिह्नित करने के लिए मैक्सवेल के समीकरणों का एक पूर्ण सैद्धांतिक विकास शामिल है।

रसायन विज्ञान और अन्य क्षेत्रों में टिंडल प्रभाव का उपयोग

टाइन्डल प्रभाव का व्यापक रूप से विभिन्न प्रकार के उद्योगों में बड़े पैमाने पर उपयोग किया गया है। आपतित प्रकाश की तीव्रता और उस प्रकाश के बीच संबंध का मापन जो एक नमूने से गुजरने का प्रबंधन करता है, नमूने की मैलापन को निर्धारित करना संभव बनाता है। यह बदले में निलंबित कणों की मात्रा और उनके आकार से संबंधित है। दूसरी ओर, अवलोकन के विभिन्न कोणों पर एक नमूने द्वारा प्रकीर्णित प्रकाश की तीव्रता भी निलंबन में कणों के औसत आकार को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करना संभव बनाती है, जो उद्योग में कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों को पाता है।

कोलाइड्स और वास्तविक समाधानों के बीच अंतर

टाइन्डल प्रभाव का सबसे सरल अनुप्रयोग यह है कि जब हम किसी विलयन या कोलाइड की उपस्थिति में होते हैं तो यह हमें आसानी से भेद करने की अनुमति देता है। नग्न आंखों के लिए, एक कोलाइड, जैसे दहीयुक्त जिलेटिन, पूरी तरह से पारदर्शी दिखाई देता है और एक समाधान के समान एक समान दिखता है। अर्थात्, कोलाइड को विलयन से अलग करना कठिन है।

हालांकि, अगर हम एक अंधेरे कमरे में एक लेजर या प्रकाश की एक केंद्रित किरण के साथ कोलाइड के एक नमूने को रोशन करते हैं, तो टाइन्डल प्रभाव प्रकाश किरण को नमूने के भीतर दिखाई देगा, जो कि वास्तविक समाधान में ऐसा नहीं है। टिंडल प्रभाव द्वारा प्रकीर्णन उत्पन्न करने के लिए समाधान में विलेय कण बहुत छोटे होते हैं। इसलिए, यह प्रभाव कोलाइड्स को त्वरित और आसान तरीके से पहचानने की अनुमति देता है।

टर्बिडीमेट्री

टर्बिमेट्री, या टर्बिडिटी का मापन, परमाणु और आणविक अवशोषण तकनीकों के समान एक तकनीक है। इस तकनीक का व्यापक रूप से पानी की गुणवत्ता के विश्लेषण में उपयोग किया जाता है, और इसमें पानी या अन्य सामग्री के नमूने के माध्यम से प्रेषित प्रकाश की मात्रा को मापना शामिल है। अवशोषण के लैम्बर्ट-बीयर कानून के समान अनुभवजन्य कानून का उपयोग करके, नमूने में निलंबित ठोस पदार्थों की मात्रा निर्धारित की जा सकती है, जो पानी की गुणवत्ता का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।

टर्बिडिटी को प्रकाश की तीव्रता के बीच संबंध के नकारात्मक लघुगणक के रूप में परिभाषित किया गया है जो अविक्षुब्ध नमूने (I) और घटना प्रकाश की तीव्रता (I 0) से गुजरने का प्रबंधन करता _है :

यह मैलापन तब निम्नलिखित अभिव्यक्ति के माध्यम से निलंबित कणों की एकाग्रता से संबंधित है:

जहाँ k आनुपातिकता का एक स्थिरांक है (लैम्बर्ट-बीयर कानून के दाढ़ अवशोषण के बराबर), l ऑप्टिकल पथ की लंबाई या नमूने की मोटाई है और C निलंबन में कणों की सांद्रता है।

इस तकनीक में, बिखरे हुए प्रकाश की तीव्रता को उसी दिशा में मापा जाता है जिस दिशा में आपतित प्रकाश को टर्बिडीमीटर नामक उपकरण का उपयोग करके मापा जाता है।

नेफेलोमेट्री

नेफेलोमेट्री टर्बिडीमेट्री के समान एक तकनीक है, इस अंतर के साथ कि, घटना प्रकाश के समान दिशा में प्रकाश की तीव्रता को मापने के बजाय, इसे 90 डिग्री की स्थिति में मापा जाता है। यह तकनीक एक कोलाइड (टाइन्डल प्रभाव) के बड़े कणों के फैलाव पर भी आधारित है और व्यापक रूप से इम्युनोग्लोबुलिन एम, जी और ए (आईजीजी, आईजीएम और आईजीए) जैसे कुछ एंटीबॉडी की मात्रा निर्धारित करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग की जाती है।

इसके अलावा, नेफेलोमेट्री का भी उपयोग किया जाता है:

• मैलापन माप करें
• प्रोटीन बाध्यकारी कैनेटीक्स की निगरानी करें
• संवर्धन शोरबा में माइक्रोबियल विकास की निगरानी करें
• दवा घुलनशीलता जांच करें
• पेट्रोलियम प्रक्रिया नियंत्रण

रेडियल फैलाव समारोह का मापन

छोटे कणों के मामले में, Tyndall बिखरने को RGD सिद्धांत या MIE सिद्धांत के माध्यम से प्रतिरूपित किया जा सकता है। इन मामलों में, विभिन्न अवलोकन कोणों के साथ फैलाव समान नहीं है। जिस तरह से तीव्रता कोण के साथ भिन्न होती है, जिसे रेडियल फैलाव फ़ंक्शन के रूप में जाना जाता है, यह काफी हद तक प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और कण के व्यास के बीच संबंध पर निर्भर करता है। इस कारण से, घटना प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को जानने वाले रेडियल स्कैटरिंग फ़ंक्शन को मापने से निलंबन में कणों के आकार को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करना संभव हो जाता है।

यह कई औद्योगिक प्रक्रियाओं और उत्पादों जैसे एरोसोल, पेंट आदि के लक्षण वर्णन और गुणवत्ता नियंत्रण में विशेष रूप से उपयोगी है।

टिंडल प्रभाव के कारण परिघटना के उदाहरण

आंखों का नीला रंग परितारिका में होने वाले टिंडल स्कैटरिंग के कारण होता है। जैसा कि शुरुआत में उल्लेख किया गया है, निलंबित कण प्रकाश के अन्य रंगों की तुलना में नीले प्रकाश को अधिक बिखेरते हैं, यही कारण है कि परितारिका हमेशा आंख में प्रवेश करने की तुलना में अधिक नीली रोशनी लौटाती है। यह प्रभाव वास्तव में सभी लोगों की आंखों में होता है। कुछ के पास भूरी या लगभग काली परितारिका होने का कारण यह है कि उनकी परितारिका पर मेलेनिन की एक परत होती है जो परितारिका द्वारा बिखरी हुई नीली रोशनी को अवशोषित करती है, इस प्रकार इसे अपना विशिष्ट रंग देती है।

फिल्मों में चोर बैंकों और अन्य उच्च सुरक्षा वाले क्षेत्रों में सुरक्षा लेज़रों को देखने के लिए जिस चाल का उपयोग करते हैं, वह टाइन्डल प्रभाव पर आधारित है। कुछ तालक या किसी अन्य महीन पाउडर पर फूंकने से ठोस कणों का एक छोटा हवाई निलंबन बनता है जो लेज़रों से अत्यधिक संगृहीत प्रकाश को बिखेरता है, जिससे वे हमारी आँखों को दिखाई देते हैं।

बैटमैन का संकेत जो बादलों के ऊपर और गोथम धुंध के माध्यम से प्रक्षेपित होता है जब आयुक्त गॉर्डन को सुपर हीरो से बात करने की आवश्यकता होती है, केवल टाइन्डल प्रभाव के लिए धन्यवाद दिखाई देता है। यदि इस प्रकार का प्रकीर्णन मौजूद नहीं होता, तो प्रकाश की किरण बादलों के बीच से होकर अनंत अंतरिक्ष में चली जाती और हम इसे देख नहीं पाते, क्योंकि हमारी आंखों तक पहुंचने और बल्ले की छवि उत्पन्न करने के लिए कोई फोटॉन वापस नहीं आएगा।

संदर्भ

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