Кіріспе
Диффуздық рефлексиялық спектроскопия немесе диффуздық рефлексиялық спектроскопия - сіңіру спектроскопиясының кіші тобы. Бұл әдіс кейде ремиссиялық спектроскопия деп аталады. Ремиссия - жарықтың материал арқылы шағылысуы немесе кері шашырауы, ал берілу - жарықтың материал арқылы өтуі. Ремиссия сөзі шашырау процесінен тәуелсіз шашырау бағытын білдіреді. Ремиссияға көкжиекті және диффузиялық кері шашыраған жарық жатады. Көбінесе бейнелеу сөзі белгілі бір физикалық процесті білдіреді, мысалы айнадағы бейнелеу. Ремиссиялық спектроскопия термині салыстырмалы түрде жаңадан пайда болды және алғаш рет медицина мен биохимияға қатысты қолданыста кездесті. Термин абсорбциялық спектроскопияның кейбір салаларында кеңінен таралып жатқанда, диффузиялық рефлектанс термині қатты қалыптасқан, өйткені диффузиялық рефлектанстық инфрақызыл Фурье трансформациясы спектроскопиясында (DRIFTS) және диффузиялық рефлектанстық ультрафиолет көрінетін спектроскопияда.
Диффузиялық шағылыстық пен өткізгіштікке байланысты математикалық өңдеулер
Тарату материалдарын абсорбциялық спектроскопияның математикалық әдістері бастапқыда басқа салалардан қарызға алынған. Ең сәтті емдеу әдісі үлгілерді қабаттарға бөлу, яғни жазық параллель қабаттар деп аталады. Олар, әдетте, екі ағынды немесе екі ағынды шамамен сәйкес келеді. Кейбір емдеу әдістерінде барлық шашыраған жарық, жіберілген және жіберілген жарық өлшенуі қажет. Басқалары тек сәуле жіберген жарыққа қатысты, бұл үлгі "үнемі қалың" және жарық бермейді деген болжаммен. Бұл жалпы емдеудің ерекше жағдайлары. Бірнеше жалпы емдеу әдістері бар, олардың барлығы бір-бірімен үйлесімді, жазықтық параллель қабаттардың математикасына қатысты. Олар - Стоукс формулалары, Бенфорд теңдеулері, Хехт шекті айырма формуласы және Дам теңдеуі. және Шустер-Кортум емдеу әдістері де сәйкес нәтиже береді. Әр түрлі болжамдарды қамтитын және үйлеспейтін нәтижелер беретін емдеулер - Джованнеллидің нақты шешімдері және Меламед пен Симмонстың бөлшектер теориясы.
Джордж Габриэль Стоукс
Георг Габриэль Стоукс (Густав Кирхгоффтың кейінгі еңбегін ұмытпау керек) спектроскопияның негізгі принциптерін алғаш рет жариялағаны үшін көбінесе құрметке ие. 1862 жылы Стоукс "тақталар үйіндісінен" сәуле шашылып, таралатын жарық мөлшерін анықтау формуласын жариялады. Ол өз жұмысын "математикалық қызығушылық туғызатын мәселе" деп сипаттады. Ол геометриялық қатарларды жинақтау арқылы мәселені шешті, бірақ нәтижелер үздіксіз функциялар ретінде көрсетіледі. Бұл нәтижелерді тақтайшалардың бөлшектік сандарына қолдануға болады дегенді білдіреді, бірақ олар тек бүтін сан үшін ғана мағыналы. Төмендегі нәтижелер үздіксіз функцияларға сәйкес келетін түрде берілген. Стокс "рефлексия" деген терминді "ремиссия" емес, "рефлексия" деген терминді қолданды, бұл көбінесе тұрақты немесе айна тәрізді бейнелеу деп аталатын нәрсеге қатысты. Тұрақты шағылыста Френель теңдеулері физиканы сипаттайды, ол шағылысу мен сынуды қоса алғанда, пластинканың оптикалық шекарасында. "Пластиналар үймесі" - полярландырылған сәуле полярландырылмаған түсуші сәулеге табақтарды бұрыштап еңкейту арқылы алынатын поляризаторды сипаттау үшін қолданылатын өнер термин. Поляризацияның аймағы осы математикалық мәселенің ішінде Стоксты қызықтыратын нәрсе болды.
Франц Артур Фридрих Шустер
1905 жылы Артур Шустер "Бұлы атмосфера арқылы сәулелену" атты мақаласында сәулеленудің сіңіру, шығару және шашырау процестері әсер ететін орта арқылы таралуын сипаттайтын сәулеленуді беру теңдеуінің шешімін жариялады. Оның математикасы екі ағынды шамалауды қолданды; яғни барлық жарық компонентпен бірге немесе түскен сәулемен бірдей бағытта немесе қарама-қарсы бағытта жүреді деп болжанады. Ол шашырату деген сөзді шағылысудың орнына қолданды және шашырату барлық бағытта болады деп есептеді. Ол k және s символдарын сіңіру және изотроптық шашырау коэффициенттері үшін қолданды және радиацияның "қабатқа" енуін қайта-қайта атады, оның көлемі шексіз кішкентайдан шексіз қалыңдыққа дейін. Оның емдеуінде сәулелену қабаттарға барлық мүмкін бұрыштардан кіреді, оны "диффузиялық жарықтандыру" деп атайды.
Кубелька мен монах теңдеуі
Кубелька-Мунк теңдеуі шексіз сандағы шексіз қабаттардан тұратын үлгіден ремиссияны сипаттайды, әрқайсысында a0 сіңіру фракциясы және r0 ремиссия фракциясы бар.
Дине Б. Джадд
Дине Джадд жарық поляризациясының әсеріне және заттардың көрінісіне диффузия дәрежесіне қатты қызықты. Ол колориметрия, түстерді ажырату, түстердің ретін анықтау және түстерді көру салаларына маңызды үлес қосты. Judd сынаманың шашырауыш қуатын Sd деп анықтады, мұнда d - бөлшектің диаметрі. Бұл бір бөлшектен шашыраудың тұжырымдамалық тұрғыдан алынған коэффициенттерден маңызды екендігіне деген сеніммен сәйкес келеді. Жоғарыда келтірілген Кубелька-Мунк теңдеуін a0/r0 қатынасы үшін R∞ түрінде шешуге болады. Бұл "ремиссия функциясы" деп Джадд анықтаған кезде "ремиссия" терминін "рефлексия" орнына өте ерте (бәлкім бірінші) қолдануға әкелді, мұнда k және s - жоғарыда келтірілген КубелькаМунк теңдеуіндегі a0 және r0 орнын алатын сіңіру және шашырау коэффициенттері. Джадд ремиссия функциясын шексіз қалың үлгідегі пайыздық рефлексияның функциясы ретінде кестеде көрсетті. Бұл функция, сіңіруді өлшеу ретінде қолданылған кезде, кейде "псевдо-сиюда" деп аталатын, бұл термин кейін басқа анықтамалармен де қолданылған.
General Electric компаниясы
1920 және 30-жылдары Альберт Х. Тейлор, Артур С. Харди және басқалар General Electric компаниясының спектрлік деректерді "рефлексияда" оңай жазуға қабілетті құралдар сериясын жасады. Деректерді көрсету параметрлері "% рефлексиялық". 1946 жылы, Франк Бенфорд 1954 жылы.
Джованнелли мен Чандрасекар
1955 жылы Рон Джованнелли жартылай шексіз идеалдық диффузор үшін сәулелену трансфер теңдеуінің нақты шешімдері ретінде танымал бірнеше қызығушылық жағдайлары үшін нақты өрнектерді жариялады.
Густав Кортум
Кортум қызығушылықтарының кең ауқымы бар және көп еңбектер жариялаған физикалық химик болды. Оның зерттеулері жарық шашырауының көптеген аспектілерін қамтыды. Ол әр түрлі салаларда белгілі болғандарды "рефлектанстық спектроскопияның" қалай жұмыс істейтінін түсіну үшін біріктіре бастады. 1969 жылы оның "Рефлектациялық спектроскопия" атты кітабының ағылшынша аудармасы (ұзақ уақыт дайындалып, аударылып шыққан) жарық көрді. Бұл кітап 20 жыл бойы DRIFTS және NIR спектроскопияның жаңа салаларында күн санап, ойлауға үстем болды. Кортумның ұстанымы бойынша, тұрақты (немесе көмескі) шағылысуды диффуздық шағылысудан басқа заңдар басқарады, сондықтан оларға математикалық жағынан әртүрлі қарау керек. Ол Шустердің жұмысына негізделген әдісті "тұманды атмосферадағы" бұлттардың сәуле шығару қабілетін елемеу арқылы жасады. Егер α -ды түсуші жарықтың сіңірілген бөлігі ретінде ал σ -ді бір бөлшектің изотроптық шашырауы ретінде алсақ (Кортум оны "бір шашырауының шынайы коэффициенттері" деп атайды), және қабат үшін сіңіруді және изотроптық шашырауын былайша анықтасақ: Бұл Джудд қолданғандай "ремиссиялық функция", бірақ Кортумның аудармашысы оны "рефлексиялық функция" деп атады. Егер біз бөлшектердің қасиеттерін кері ауыстыру болса, біз Schuster теңдеуін изотроптық шашырау үшін аламыз: Сонымен қатар, Кортум "Кубелька Мунк экспоненциалдық шешімін" k және s материалдың сантиметріне сіңіру және шашырау коэффициентін анықтап және ауыстыру арқылы: K 2k және S 2s, ал S - кері шашырау коэффициентін көрсетеді. Ол "КубелькаМунк функциясы" деп атаған, әдетте КубелькаМунк теңдеуі деп аталатын: Кортум "Кубелька мен Мунктің екі тұрақты теориясы эксперименталды сынаққа қол жетімді қорытындыларға әкеледі. Іс жүзінде бұл кем дегенде сапалық жағынан расталған және жасалған болжамдарды орындайтын қолайлы жағдайлар, сондай-ақ сандық жағынан да анықталады". Кортум "бөлшектер теориясынан" аулақ болды, бірақ ол Вестингхаус зерттеу зертханасының N. T. Меламед деген бір авторының "жазық параллель қабаттар идеясынан бас тартып, оларды жеке бөлшектердің статистикалық жиынтығымен алмастырғанын" жазды.
This is the same "remission function" as used by Judd, but Kortüm's translator referred to it as "the so called reflectance function". If we substitute back for the particle properties, we obtain and then we obtain the Schuster equation for isotropic scattering:
Additionally, Kortüm derived "the Kubelka Munk exponential solution" by defining k and s as the absorption and scattering coefficient per centimeter of the material and substituting: K ≡ 2k and S ≡ 2s, while pointing out in a footnote that S is a back scattering coefficient. He wound up with what he called the "Kubelka–Munk function", commonly called the Kubelka–Munk equation:
Kortüm concluded that "the two constant theory of Kubelka and Munk leads to conclusions accessible to experimental test. In practice these are found to be at least qualitatively confirmed, and suitable conditions fulfilling the assumptions made, quantitatively as well." Kortüm tended to eschew the "particle theories", though he did record that one author, N. T. Melamed of Westinghouse Research Labs, "abandoned the idea of plane parallel layers and substituted them with a statistical summation over individual particles."
Дональд Д. Дам, Кевин Д. Дам
1994 жылы Дональд және Кевин Дам сандық әдістерді қолдана бастады. Олар бір қабаттың сіңіру және ремиссиялық фракцияларынан жазықтық параллель қабаттарының сандары әртүрлі үлгілерден ремиссия мен берілуді есептеу үшін. Олардың жоспары "жеңіл модельден бастау, проблеманы талдаудың орнына сандық түрде қарау, содан кейін сандық нәтижелерді сипаттайтын талдау функцияларын іздеу болды. Бұл сәттілік деп санасақ, модель күрделірек болады, бұл күрделі талдау өрнектерін алуға мүмкіндік береді, ақыр соңында, бөлшектердің үлгілеріне сәйкес келетін деңгейдегі диффузиялық шағылысуды түсінуге әкеледі ". Теорияны нақты әлем үлгісіне ұзын параллель қабаттардың математикасын қолдана отырып, сәтті қолдану үшін үлгіге жалпы өкілді қабаттарға қасиеттер беруді талап етеді (бұл математиканы кеңінен қайта өңдеуді талап етпейді). Мұндай қабатты репрезентативтік қабат деп атады, ал теорияны репрезентативтік қабат теориясы деп атады. Дисперсиялық сынаманың декадтық сіңіруі -log10 ((R+T) немесе -log10 ((1−A) деп анықталады. Скиптерлік емес үлгі үшін 1=R = 0, ал өрнек -log10T немесе , бұл әлдеқайда танымал. Шашырамайтын үлгіде сіңірушіліктің қасиеттері сандық мәннің үлгі қалыңдығына пропорционалды екендігіне байланысты. Нәтижесінде, шашыраңқылықпен түзетілген сіңіруді осы қасиетке ие деп айқындау орынды болуы мүмкін. Егер бір адам үлгідегі ремиссиялық және беріліслік фракцияларды, Rs және Ts өлшеген болса, онда шашырауының түзетілген сіңіруі үлгі қалыңдығының жартысына тең болуы керек. Бенефорд теңдеулерін жарты қалыңдығы үшін пайдаланып, бірінен соң бірі жұқараюшы үлгілер үшін R және T мәндерін есептеу арқылы n (0,1,2,3,) сандарының бірінен соң бірі келетін мәндері үшін 2^(n) (−log(R+T)) өрнегі белгілі бір белгіленген шекте, әдетте 0,01 абсорбция бірлігі шегінде тұрақты болады. Бұл мән - шашырауы түзетілген сіңіру.
Ремиссия
Спектроскопияда ремиссия - жарықтың материал арқылы шағылысуы немесе кері шашырауы. "Қайта эмиссия" сөзіне ұқсас көрінсе де, бұл материал арқылы "өткесін" алғаннан айырмашылығы, материалдан кері шашыраған жарық. "Қайтадан шығару" сөзі мұндай бағыттағы сипатты білдірмейді. "Еммита" сөзінің шығу тегіне сүйенсек, "эмита" деген сөз "шығып жіберу немесе алып кету", "ре-эмита" деген сөз "қайта жіберу", "трансмита" деген сөз "өткеру немесе жіберу", ал "ремита" деген сөз "қайта жіберу" дегенді білдіреді.
Жазық параллель қабаттар
Спектроскопияда "жарықтық параллель қабаттар" термині теорияны талқылауда математикалық конструкция ретінде қолданылуы мүмкін. Қабаттар жартылай шексіз болып саналады. (Математикада жартылай шексіз нысандар - бұл кейбір, бірақ барлық мүмкін жолдармен шексіз немесе шексіз нысандар.) Жалпы, жартылай шексіз қабат екі жазық параллель жазықтықпен шектелген, әрқайсысы шексіз созылатын және қалыпты (перпендикуляр) коллимат (немесе бағытталған) түсуші сәуле бағытына қарай. Жарықтарды сындыру және шағылыстыру үшін, олар физикалық беттер емес, олар тек ғарышқа ұшыраған математикалық жазықтықты сипаттай алады. Егер жазықтықта параллель қабаттар бетпен орналасса, оларды әртүрлі түрде табақтар, табақтар немесе плиталар деп атайды.
Өкілді қабаты
"Репрезентативті қабат" термині тұтастай алғанда, үлгіге репрезентативті болатын, абсорбциялық спектроскопияға қатысты қасиеттері бар, параллельді гипотетикалық жазық қабатты білдіреді. Бөлшектердің үлгілері үшін, егер әрбір бөлшектің үлгідегі көлемі мен бетінің ауданы үлгідегімен бірдей болса, қабат өкілді болып табылады. Қабаттағы бос бөлік те үлгідегідей. Репрезентативтік қабат теориясында сіңіру молекулалық деңгейде болады, бірақ шашырау бүтін бөлшектен болады.