سپیکٹروسکوپی ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج کے ساتھ ایک طاقتور ٹول ہے جو فضائی آلودگی کی نگرانی اور ان کو کنٹرول کر کے ماحول کی حفاظت کر سکتا ہے۔
ڈنمارک کی ملٹی نیشنل ڈینفوس IXA نے کارگو بحری جہازوں سے خارج ہونے والے نائٹروجن آکسائیڈز (NOx) سلفر ڈائی آکسائیڈ (SO2) اور امونیا (NH3) کی نگرانی کے لیے الٹراوائلٹ (UV) جذب سپیکٹروسکوپی پر مبنی سمندر میں اخراج کا تجزیہ کار تیار کیا ہے۔ آپٹیکل مانیٹرنگ کا سامان جہاز کے ایگزاسٹ سسٹم کے اندر واقع ہوتا ہے اور انتہائی درجہ حرارت، کمپن اور سنکنرن کے ساتھ سخت ماحول کا سامنا کرتا ہے، جو سپیکٹروسکوپی سسٹم پر شدید ماحولیاتی مطالبات رکھتا ہے۔
کارگو جہازوں سے اخراج کی نگرانی کیوں؟
بین الاقوامی بحری جہازوں سے سمندری اخراج دنیا بھر کے لوگوں میں پھیپھڑوں کے نقصان اور دل کی بیماری سے قبل از وقت اموات کا سبب بنتا ہے۔ دل، پھیپھڑوں اور پھیپھڑوں کے کینسر سے ہونے والی اموات کی تعداد شپنگ کے اخراج کی وجہ سے عالمی سطح پر سالانہ 60،000،000 تک زیادہ ہے۔ نہ صرف سمندری جہازوں کا اخراج ایک سنگین مسئلہ ہے جو انسانی صحت کو متاثر کرتا ہے بلکہ یہ سمندری اور زمینی ماحولیاتی نظام کو بھی نقصان پہنچاتا ہے۔
بین الاقوامی میری ٹائم آرگنائزیشن (IMO) اور یو ایس انوائرمنٹل پروٹیکشن ایجنسی (EPA) نے ملک کے بہت سے سمندروں میں اخراج کے سخت ضوابط کے ساتھ Emission Control Areas (ECAs) قائم کیے ہیں - جس کے بغیر بحری جہاز کئی بڑی بندرگاہوں میں داخل نہیں ہو سکتے۔
مثال کے طور پر، Danfoss IXA کے تیار کردہ تجزیہ کاروں کے بغیر، حکام کے پاس جہاز کے اخراج کی نگرانی کرنے اور ان ضوابط کو نافذ کرنے کا کوئی دوسرا آسان، قابل اعتماد طریقہ نہیں ہے۔ اگرچہ بہت سے مقامی اور علاقائی اقدامات ہیں جن کا مقصد جہازوں کے اخراج کو محدود کرنا ہے، لیکن ان پالیسیوں کو نافذ کرنا انتہائی مشکل ہے۔ سپیکٹرم پر مبنی میرین ایمیشنز اینالائزر ایک طاقتور ٹول ہے جو حقیقی وقت میں جہاز کے اخراج کو درست طریقے سے مانیٹر کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔
یووی سپیکٹروسکوپی سسٹم
سپیکٹروسکوپی کا بنیادی اصول یہ ہے کہ مادوں کا ایک منفرد جذب سپیکٹرم ہوتا ہے اور وہ اپنی جوہری اور سالماتی ساخت کے لحاظ سے روشنی کی مختلف طول موجوں کو جذب کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔ Danfoss IXA کا UV سپیکٹروسکوپی سسٹم ایک اعلی شدت والے UV روشنی کے منبع پر مشتمل ہے، ایک UV سپیکٹرو میٹر۔ ، اور UV سے بہتر آپٹیکل اجزاء جیسے آپٹیکل فائبرز، لینسز، اور پلانر آئینے۔ یہ سمجھنے کے لیے کہ مختلف طول موجیں کس طرح جذب ہوتی ہیں اور اس طرح سے ایگزاسٹ گیس کی ساخت کا تعین کرتا ہے، سپیکٹرومیٹر روشنی کے منبع کے براڈ بینڈ اخراج کو 1D ڈیٹیکٹر سرنی پر الگ کرتا ہے، جو بیک وقت پورے UV سپیکٹرم کی پیمائش کرتا ہے۔
جبکہ Danfoss IXA کا نظام طول موج کی تنہائی کے لیے مونوکرومیٹر استعمال نہیں کرتا، بہت سے سپیکٹروسکوپی نظام طول موج کی تنہائی کے لیے مونوکرومیٹر استعمال کرتے ہیں۔ ان صورتوں میں، ایک UV ماخذ سے روشنی مونوکرومیٹر کے داخلی دروازے میں داخل ہوتی ہے، جہاں ایک منتشر عنصر (جیسے کہ ایک پھیلاؤ گریٹنگ یا پرزم) روشنی کو اس جزو کی طول موج میں توڑ دیتا ہے جو اس میں شامل ہیں (تصویر 1 دیکھیں)۔
تصویری شکل 1: ایک اسپیکٹومیٹر کی آزمائشی طول موج، جسے براڈ بینڈ کے اخراج کو 1D سینسر سرنی پر الگ کرکے، یا مونوکرومیٹر کے اندر ڈِفریکشن گریٹنگ یا پرزم کے زاویے کو تبدیل کرکے ٹھیک بنایا جاسکتا ہے۔ (تصویری کریڈٹ: ایڈمنڈ آپٹکس)
مونوکرومیٹر کا سبکدوش ہونے والا سلٹ تمام طول موج کو روکتا ہے، اور روشنی کا صرف ایک تنگ بینڈ جو اخراج کے نمونے سے گزرتا ہے اس سلٹ سے گزرتا ہے۔ ڈفریکشن گریٹنگ یا پرزم کے زاویہ کو تبدیل کرنے سے طول موج میں تبدیلی آتی ہے جو باہر جانے والے سلٹ سے گزرتی ہے، جس سے ٹیسٹ بینڈ کی ٹھیک ٹیوننگ ہوتی ہے۔ ایگزاسٹ نمونے سے گزرنے والی روشنی کو پھر ایک ڈٹیکٹر کو ہدایت کی جاتی ہے تاکہ اس کے جذب ہونے کا تعین کیا جا سکے۔ ایگزاسٹ گیس کی مالیکیولر کمپوزیشن کو جذب کے نتائج سے شمار کیا جاتا ہے۔
ڈفریکشن گریٹنگز استعمال کرنے والے مونوکرومیٹروں کے لیے، گریٹنگ کی نوچ فریکوئنسی عام طور پر نوچ فی ملی میٹر میں ناپی جاتی ہے۔ اعلی درجے کی فریکوئنسی آپٹیکل ریزولوشن کو بہتر بناتی ہے لیکن اس کے نتیجے میں دستیاب طول موج کی حد کم ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، کم درجے کی فریکوئنسی کے نتیجے میں دستیاب طول موج کی وسیع رینج ہوتی ہے، لیکن آپٹیکل ریزولوشن کی قیمت پر۔
ماحولیاتی تقاضے
انتہائی زیادہ درجہ حرارت اور دباؤ کی ضروریات کی وجہ سے اس طرح کے نظاموں کی ترقی بہت مشکل ہے۔ زیادہ درجہ حرارت پگھلنے اور تھرمل تناؤ کی وجہ سے آپٹکس کے ناکام ہونے کا سبب بن سکتا ہے، جو استعمال کیے جانے والے آپٹیکل مواد کی اقسام کو سختی سے محدود کر دیتا ہے۔ زیادہ درجہ حرارت آپٹیکل پرزوں میں چپکنے والی اشیاء کو باہر نکالنے اور نظام کو آلودہ کرنے کا سبب بھی بن سکتا ہے۔ یہ نظام 500 ڈگری تک درجہ حرارت کے سامنے ہے، لہذا اس کے ہائی پریشر کی ضروریات آپٹیکل سسٹم کو سیل کرنے کو اہم بناتی ہیں۔ کم یا بغیر جذب کے UV روشنی کو منتقل کرنے کے لیے آپٹکس کی ضرورت دستیاب نظری مواد کو بھی محدود کرتی ہے۔
آپٹکس کی UV انحطاط
اس منصوبے کو درپیش ایک اور چیلنج یہ ہے کہ UV آپٹکس کی زندگی محدود ہوتی ہے، جس کی بڑی وجہ ماحول کے ساتھ تعامل کرنے والے اعلیٰ طاقت والے UV فوٹونز اور آپٹکس کی کوٹنگز اور ذیلی جگہوں کو نقصان پہنچانے والی UV روشنی کی آلودگی ہے۔ یہ دونوں اثرات وقت کے ساتھ آپٹیکل اجزاء کی کارکردگی کو کم کرتے ہیں۔
نقصان دہ مواد آپٹکس کی سطح پر جمع ہو سکتا ہے جب ہائی پاور UV لائٹ نظام میں موجود ذرات، پانی کے بخارات، نامیاتی مادوں اور دیگر آلودگیوں کے ساتھ تعامل کرتی ہے۔ ایگزاسٹ اور دیگر ہوا سے چلنے والی آلودگی عام طور پر آپٹیکل سطحوں پر کاربن کے ذخائر کا سبب بنتی ہیں۔ شکل 2 آلودگی کی UV-حوصلہ افزائی ڈینڈریٹک نمو کی ایک مثال دکھاتی ہے۔
تصویری شکل 2: غیر کوٹیڈ فیوزڈ سلیکا ونڈو کو UV روشنی کے سامنے آنے سے پیدا ہونے والی آلودگی کی ایک مثال۔ یہ تصویر تقریباً 3W پر UV لیزر کے سامنے آنے کے 6 ہفتوں کے بعد لی گئی تھی، جو Danfoss IXA میں گیس اینالائزر کے استعمال سے مختلف ہے، لیکن یہ اس بات کا اشارہ دیتی ہے کہ UV آلودگی کس قسم کی ہو سکتی ہے۔
آپٹکس کے ارد گرد گیسوں کے ساتھ تعامل بھی آلودگی کے جمع ہونے کا باعث بن سکتا ہے، لہذا نظام میں داخل ہونے والی کوئی بھی خارجی گیسیں آلودگی کا ایک ذریعہ ہیں۔ 400 nm سے کم UV طول موج پر فوٹون توانائیاں ارد گرد کے مالیکیولز کی بانڈ توانائیوں کے قریب ہوتی ہیں، جو UV روشنی کو ان میں سے کچھ بانڈز کو توڑنے کی اجازت دیتی ہے۔ اس سے دوسرے آئنوں اور مالیکیولز پیدا ہوتے ہیں جو آپٹیکل سطحوں کو آلودہ کر سکتے ہیں۔
آپٹیکل تھکاوٹ کے عمل کی وجہ سے، UV آپٹکس آلات کی کوٹنگز اور سبسٹریٹ مواد خود بھی وقت کے ساتھ ساتھ انحطاط کا شکار ہو جاتے ہیں جب وہ ہائی پاور UV روشنی کے سامنے آتے ہیں۔ وقت کے ساتھ زیادہ استعمال ان کی تنزلی کا سبب بن سکتا ہے اور مواد میں رنگت یا دیگر تبدیلیوں کا باعث بن سکتا ہے۔ لینسنگ اثر پیدا کرنے کے لیے ان کے ریفریکٹیو انڈیکس کو تبدیل کیا جا سکتا ہے جو مقامی شدت کو بڑھا سکتا ہے۔ خود پھنسے ہوئے excitons بھی بن سکتے ہیں، جو جذب مراکز کے جمع ہونے کا باعث بنتے ہیں۔
ان اثرات کے نتیجے میں، وقت کے ساتھ ساتھ UV آپٹکس کو تبدیل کرنے کی ضرورت پڑ سکتی ہے، لیکن مناسب سگ ماہی، دھونے اور صفائی ان اثرات کو کم کر سکتی ہے۔
ڈینفوس IXA گیس کے اخراج کا تجزیہ کرنے والے کو سخت ماحول جو کہ نظام کے آپٹیکل اور آپٹو مکینیکل ڈیزائن کے لیے بہت سے چیلنجز کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ تاہم، یہ آلہ کامیاب ثابت ہو رہا ہے اور فی الحال دنیا بھر میں ہزاروں جہازوں کے اخراج کی نگرانی میں مدد کر رہا ہے۔
یہ ماحول کے لیے ایک عظیم فتح ہے - بین الاقوامی شپنگ سے NOx، SO2 اور NH3 کے اخراج کو کم کرنے کی طرف ایک قدم۔ اس آلودگی میں کوئی بھی کمی ہر سال جہاز رانی کے اخراج کی وجہ سے دل اور پھیپھڑوں کی بیماریوں سے ہونے والی اموات کی تعداد کو کم کرنے میں مدد دیتی ہے۔
سخت ماحول میں کام کرنے کے لیے آپٹیکل سسٹم کو ڈیزائن کرتے وقت، آپٹیکل پرزے بنانے والے سے مخصوص ماحولیاتی تقاضوں پر بات کریں۔ آپٹیکل پرزے بنانے والے کو اہم باتوں کے بارے میں آپ کی رہنمائی کرنے کے قابل ہونا چاہئے، واضح طور پر کسی بھی تجارت کی وضاحت کرنے کی ضرورت ہو سکتی ہے، اور اس بات کو یقینی بنانا چاہئے کہ آپ کا سسٹم ضرورت کے مطابق کام کرتا ہے۔
