UPSC MainsZOOLOGY-PAPER-I201325 Marks
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Q21.

स्पेक्ट्रमी प्रकाशमिति का सिद्धांत क्या है ? स्पेक्ट्रमी प्रकाशमापी के यंत्रसमुच्चय और उसके अनुप्रयोग के ब्योरों पर चर्चा कीजिए । स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी आमापन और ऐलिसा के साझे अभिलक्षण, यदि कोई हो, पर टिप्पणी कीजिए ।

How to Approach

यह प्रश्न स्पेक्ट्रम प्रकाशमिति के सिद्धांत, उपकरण और अनुप्रयोगों पर केंद्रित है, साथ ही स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी आमापन और एलिसा के बीच समानताएं जानने पर भी जोर देता है। उत्तर में, स्पेक्ट्रम प्रकाशमिति के मूल सिद्धांतों को स्पष्ट रूप से समझाना, स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी के विभिन्न घटकों का वर्णन करना, और जैव रसायन और अन्य क्षेत्रों में इसके अनुप्रयोगों को उदाहरणों के साथ बताना आवश्यक है। एलिसा और स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी आमापन के बीच समानताएं बताते हुए, दोनों तकनीकों की कार्यप्रणाली में अंतर्दृष्टि प्रदान करनी चाहिए।

Model Answer

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Introduction

स्पेक्ट्रम प्रकाशमिति (Spectrophotometry) एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग किसी विलयन द्वारा अवशोषित या संचारित प्रकाश की मात्रा को मापने के लिए किया जाता है। यह तकनीक जैव रसायन, रसायन विज्ञान, भौतिकी और जीव विज्ञान जैसे विभिन्न वैज्ञानिक क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। स्पेक्ट्रम प्रकाशमिति का सिद्धांत प्रकाश के तरंग दैर्ध्य और पदार्थ के साथ उसकी अंतःक्रिया पर आधारित है। यह तकनीक पदार्थों की पहचान, मात्रा निर्धारण और संरचना का अध्ययन करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। हाल के वर्षों में, स्पेक्ट्रम प्रकाशमिति ने नैदानिक ​​प्रयोगशालाओं और पर्यावरणीय निगरानी में अपनी उपयोगिता बढ़ाई है।

स्पेक्ट्रम प्रकाशमिति का सिद्धांत

स्पेक्ट्रम प्रकाशमिति का मूल सिद्धांत बीयर-लैम्बर्ट नियम (Beer-Lambert Law) पर आधारित है। यह नियम बताता है कि किसी विलयन द्वारा अवशोषित प्रकाश की मात्रा विलयन की सांद्रता और प्रकाश के मार्ग की लंबाई के सीधे आनुपातिक होती है। गणितीय रूप से इसे इस प्रकार दर्शाया जाता है:

A = εbc

जहां:

  • A = अवशोषण (Absorbance)
  • ε = मोलर अवशोषण गुणांक (Molar absorptivity)
  • b = प्रकाश का मार्ग लंबाई (Path length)
  • c = सांद्रता (Concentration)

यह नियम बताता है कि किसी पदार्थ की सांद्रता जितनी अधिक होगी, वह उतना ही अधिक प्रकाश अवशोषित करेगा।

स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी के यंत्रसमुच्चय

एक स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी में निम्नलिखित मुख्य घटक होते हैं:

  • प्रकाश स्रोत (Light Source): यह प्रकाश उत्पन्न करता है, जो आमतौर पर दृश्यमान, पराबैंगनी (UV), या अवरक्त (IR) क्षेत्र में होता है।
  • मोनोक्रोमेटर (Monochromator): यह प्रकाश को विभिन्न तरंग दैर्ध्य में विभाजित करता है और एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य का प्रकाश चुनने की अनुमति देता है।
  • नमूना धारक (Sample Holder): यह नमूना रखने के लिए उपयोग किया जाता है जिसके माध्यम से प्रकाश गुजरता है।
  • डिटेक्टर (Detector): यह नमूने से गुजरने वाले प्रकाश की तीव्रता को मापता है।
  • डेटा प्रोसेसिंग सिस्टम (Data Processing System): यह डिटेक्टर से प्राप्त डेटा को संसाधित करता है और अवशोषण या ट्रांसमिशन मान प्रदर्शित करता है।

स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी के अनुप्रयोग

स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी के विभिन्न क्षेत्रों में कई अनुप्रयोग हैं:

  • जैव रसायन (Biochemistry): एंजाइम गतिज अध्ययन, प्रोटीन और डीएनए की मात्रा निर्धारण, और विटामिन की सांद्रता का निर्धारण।
  • चिकित्सा (Medicine): रक्त और मूत्र के नमूनों का विश्लेषण, दवाओं की सांद्रता का मापन, और रोग निदान।
  • पर्यावरण विज्ञान (Environmental Science): जल प्रदूषण का विश्लेषण, वायु गुणवत्ता की निगरानी, और मिट्टी में पोषक तत्वों की मात्रा का निर्धारण।
  • खाद्य उद्योग (Food Industry): खाद्य पदार्थों में रंग, स्वाद और पोषक तत्वों की गुणवत्ता का नियंत्रण।
  • औद्योगिक रसायन विज्ञान (Industrial Chemistry): रासायनिक प्रतिक्रियाओं की निगरानी और उत्पादों की गुणवत्ता नियंत्रण।

स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी आमापन और एलिसा के साझे अभिलक्षण

स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी आमापन (Spectrophotometric assay) और एलिसा (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) दोनों ही विश्लेषणात्मक तकनीकें हैं जिनका उपयोग जैविक नमूनों में पदार्थों की मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जाता है। दोनों तकनीकों में कुछ समानताएं हैं:

  • मात्रात्मक विश्लेषण (Quantitative Analysis): दोनों तकनीकें पदार्थों की मात्रा को मापने के लिए उपयोग की जाती हैं।
  • प्रकाश का उपयोग (Use of Light): दोनों तकनीकों में प्रकाश का उपयोग मापन के लिए किया जाता है। स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी आमापन में प्रकाश के अवशोषण को मापा जाता है, जबकि एलिसा में एंजाइम द्वारा उत्पन्न रंग परिवर्तन को मापा जाता है।
  • मानकीकरण (Standardization): दोनों तकनीकों में सटीक परिणाम प्राप्त करने के लिए मानकीकरण की आवश्यकता होती है।

हालांकि, दोनों तकनीकों में कुछ महत्वपूर्ण अंतर भी हैं। स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी आमापन एक सीधी तकनीक है जो किसी पदार्थ के अवशोषण को सीधे मापती है, जबकि एलिसा एक अप्रत्यक्ष तकनीक है जो एंटीबॉडी-एंटीजन प्रतिक्रिया पर आधारित है।

Conclusion

स्पेक्ट्रम प्रकाशमिति एक शक्तिशाली विश्लेषणात्मक तकनीक है जिसका उपयोग विभिन्न वैज्ञानिक क्षेत्रों में पदार्थों की पहचान, मात्रा निर्धारण और संरचना का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी के यंत्रसमुच्चय और अनुप्रयोगों को समझकर, वैज्ञानिक और शोधकर्ता विभिन्न समस्याओं को हल करने और नए ज्ञान की खोज करने में सक्षम होते हैं। स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी आमापन और एलिसा दोनों ही महत्वपूर्ण तकनीकें हैं, और उनकी समानताएं और अंतर उन्हें विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती हैं।

Answer Length

This is a comprehensive model answer for learning purposes and may exceed the word limit. In the exam, always adhere to the prescribed word count.

Additional Resources

Key Definitions

बीयर-लैम्बर्ट नियम
यह नियम बताता है कि किसी विलयन द्वारा अवशोषित प्रकाश की मात्रा विलयन की सांद्रता और प्रकाश के मार्ग की लंबाई के सीधे आनुपातिक होती है।
एलिसा (ELISA)
एलिसा (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) एक जैव रासायनिक तकनीक है जिसका उपयोग किसी नमूने में एंटीबॉडी या एंटीजन की उपस्थिति का पता लगाने और मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

Key Statistics

वैश्विक स्पेक्ट्रोफोटोमीटर बाजार का आकार 2023 में 1.2 बिलियन अमेरिकी डॉलर था और 2032 तक 1.8 बिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंचने का अनुमान है, जो 2024-2032 के दौरान 4.5% की सीएजीआर (CAGR) से बढ़ेगा।

Source: Grand View Research, 2023

एलिसा किट बाजार का आकार 2023 में 7.8 बिलियन अमेरिकी डॉलर था और 2032 तक 14.5 बिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंचने का अनुमान है, जो 2024-2032 के दौरान 7.6% की सीएजीआर से बढ़ेगा।

Source: Fortune Business Insights, 2023

Examples

हीमोग्लोबिन मापन

स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी का उपयोग रक्त में हीमोग्लोबिन की मात्रा को मापने के लिए किया जाता है। हीमोग्लोबिन प्रकाश को अवशोषित करता है, और अवशोषण की मात्रा हीमोग्लोबिन की सांद्रता के सीधे आनुपातिक होती है।

Frequently Asked Questions

स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी आमापन की सीमाएं क्या हैं?

स्पेक्ट्रम प्रकाशमापी आमापन की सीमाएं हैं: नमूने में हस्तक्षेप करने वाले पदार्थों की उपस्थिति, प्रकाश के प्रकीर्णन (scattering) का प्रभाव, और उपकरण की सटीकता।

Topics Covered

जीव विज्ञानजैव रसायनस्पेक्ट्रोस्कोपी, विश्लेषण, उपकरण