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La espectroscopia de infrarrojo cercano, también conocida como espectroscopia NIR o NIRS, ha sido una técnica analítica establecida durante más de 30 años. Es un método rápido y confiable para medir propiedades químicas y físicas en sólidos y líquidos. Esta primera parte de la serie sobre espectroscopia de infrarrojo cercano ofrece una introducción a cómo funciona y presenta las ventajas y versatilidad de la técnica.
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¿Cómo funciona la espectroscopia NIR?
La espectroscopia NIR analiza la interacción entre la luz y la materia para generar un espectro. En los métodos espectroscópicos, la luz normalmente no se describe por la energía aplicada, sino por la longitud de onda. La espectroscopia NIR opera en la región del infrarrojo cercano del espectro electromagnético, es decir, en el rango de longitud de onda de 780 a 2500 nm. En otras palabras, un espectrómetro NIR mide la absorción de luz de la muestra en diferentes longitudes de onda en la región NIR. Cabe señalar que el infrarrojo cercano es un rango de longitud de onda diferente al infrarrojo medio. La diferencia entre estas dos técnicas se explica en el artículo del blog «NIR vs. IR: ¿Cuál es la diferencia?».
NIRS es un técnica secundaria. Esto significa que primero es necesario crear un modelo de predicción. Esto se puede comparar, por ejemplo, con la HPLC. Si desea identificar o cuantificar una sustancia con HPLC, primero debe preparar soluciones estándar de la sustancia y medirlas para crear una curva de calibración.
Esto es similar con NIRS: primero es necesario medir una serie de espectros con concentraciones conocidas o valores de parámetros conocidos que se obtuvieron a partir de un método primario como la titulación. Se crea un modelo de predicción a partir de estos espectros utilizando un software quimiométrico (por ejemplo, el Software OMNIS de Metrohm). Luego puede comenzar el análisis de rutina de muestras desconocidas. Explicamos con más detalle cómo se crean los modelos de predicción en el artículo del blog «Cómo implementar la espectroscopia NIR en el flujo de trabajo de su laboratorio».
La espectroscopia NIR es especialmente sensible a la presencia de ciertos grupos funcionales, incluidos -CH, -NH, -OH y -SH. Por lo tanto, es un método ideal para cuantificar parámetros químicos como el contenido de agua (humedad), el valor de hidroxilo, el número de acidez y el contenido de amina, por nombrar solo algunos.
Además, la interacción entre la luz y la materia también depende de la matriz de la propia muestra, lo que permite que Detección de parámetros físicos y reológicos como el tamaño de las partículas, la densidad, la viscosidad intrínseca y la velocidad de flujo de fusión.
Métodos de medición para muestras sólidas y líquidas.
Para comprender los beneficios de la tecnología NIR, es importante comenzar por comprender cómo medimos los espectros NIR. La espectroscopia NIR permite el análisis de diferentes tipos de muestras. Dependiendo del tipo de muestra, los investigadores necesitan diferentes instrumentos.
Hay varios métodos de medición disponibles para muestras que van desde líquidos transparentes hasta pastas y polvos opacos. La elección del método de medición, el módulo de muestreo y los accesorios adecuados es el paso más importante para desarrollar métodos NIR robustos. A continuación, mostramos los diferentes métodos para varios tipos de muestras (reflexión difusa, transflexión y transmisión).
Método de medición para muestras sólidas
Reflexión difusa: Crema, pasta, granulados, polvos gruesos y finos.
La luz NIR penetra e interactúa con la muestra. La energía NIR no absorbida se refleja hacia el detector. Este método es el más adecuado para medir muestras sólidas sin preparación de muestra.
Ejemplo de medición de una muestra sólida
Las muestras sólidas (por ejemplo, polvos) deben colocarse en la ventana como se muestra aquí, aseguradas dentro de un recipiente o vial apropiado.
La radiación NIR proviene desde abajo y es parcialmente reflejada por la muestra hacia el detector, que también está ubicado debajo del plano del recipiente de muestra. Después de 45 segundos, la medición se completa y se muestra un resultado. Como esta luz reflejada contiene toda la información relevante de la muestra, esta técnica de medición se denomina reflexión difusa.
Métodos de medición para muestras líquidas
Transflexión: líquidos y geles
Este método de medición es una combinación entre transmisión y reflexión. Se coloca un reflector detrás de la muestra. El reflector refleja la luz NIR no absorbida hacia el detector. Este método es el más adecuado para medir muestras liquidas.
Transmisión: Líquidos
Aquí, la muestra se coloca entre la fuente de luz NIR y el detector. La luz NIR se transmite a través de la muestra y cualquier energía NIR no absorbida continúa hacia el detector. Este método es el más adecuado para medir Soluciones o suspensiones líquidas transparentes.
Ejemplo de medición de una muestra líquida
Como ilustra la imagen, para un análisis NIR de muestras líquidas, se debe insertar un vial o cubeta en el portamuestras. Después de presionar inicio, se obtiene un resultado después de 45 segundos.
En este caso, la radiación NIR viaja a través de la solución antes de llegar al detector. Esta técnica de medición se conoce como transmisión.
Ventajas de la espectroscopia NIR
El procedimiento de obtención del espectro NIR ya indica dos ventajas principales de la espectroscopia de infrarrojo cercano: sencillez con respecto a la medición de muestras y velocidad. Estas y otras ventajas de los análisis NIR se enumeran a continuación:
- Rápido técnica – resultados en menos de 1 minuto.
- Sin preparación de muestra Requerido: los sólidos y líquidos se pueden utilizar en forma pura.
- Bajo costo por muestra: no se necesitan productos químicos ni disolventes.
- Respetuoso del medio ambiente Técnica – no genera residuos.
- No destructivo – Las muestras valiosas se pueden reutilizar después del análisis.
- Fácil Para operar: los usuarios inexpertos tienen éxito inmediatamente.
Aplicaciones de la espectroscopia NIR
NIRS es una técnica versátil y se puede utilizar para diversas aplicaciones, tanto para el análisis de parámetros químicos y físicos. El análisis NIR se implementa en las industrias química, de polioles, polímeros, alimentos y bebidas, alimentos para animales, farmacéutica, pulpa y papel, pinturas, petroquímica, biocombustibles, cuidado personal, textiles y semiconductores. Industrias. Normalmente, los instrumentos NIR se utilizan para el control y garantía de calidad, la identificación de materias primas o la verificación de la composición química, el control de procesos, la monitorización de reacciones en tiempo real y la detección.
Puede encontrar diferentes ejemplos de aplicaciones en artículos de blog dedicados:
Polímeros: Densidad del polietileno (PE); Índice de fluidez; Viscosidad intrínseca
Químico: Número de hidroxilo de los polioles
Petroquímico:Investigación Número de octano (RON) de la gasolina; índice de cetano del diésel
Aceites y Lubricantes: Número de acidez total (TAN)
Farmacéutica:Contenido de agua en productos liofilizados; uniformidad del contenido en comprimidos
Cuidado personal:Contenido de humedad e ingredientes activos en cremas.
Pulpa y papel: Número kappa, densidad aplicada, grado de desoxidación de la pulpa, resistencia a la rotura, resistencia al pandeo y resistencia a la tracción en pulpa de madera
Pintura y tinta: Contenido de colorante, dietilenglicol (DEG), surfactante y agua en la tinta, además de contenido de cobalto y sólidos, gravedad específica y determinación de la viscosidad en la pintura.
Alimento: Análisis multiparamétrico de diversos aceites comestibles
Bebidas: Análisis de cafeína, actividad del agua, densidad y humedad en el café
Acabado superficial: Monitoreo de parámetros críticos en baños de limpieza, desengrasado, enjuague y fosfatación
Semiconductores: Control de la composición de los baños de grabado químico, limpieza y enjuague.
Biocombustible: Monitoreo de la producción de etanol en el proceso de fermentación
También puede explorar nuestro Buscador de aplicaciones para aplicaciones de espectroscopia NIR:
Ir al Buscador de aplicaciones
La espectroscopia de infrarrojo cercano es un método confiable para medir propiedades químicas y físicas en sólidos y líquidos. Este método rápido también se puede implementar con éxito para que lo utilice personal sin ninguna formación de laboratorio para análisis de rutina.
Ahora que sabe qué es la espectroscopia NIR, aprenda cómo se puede implementar fácilmente en el flujo de trabajo de su laboratorio:
Cómo implementar la espectroscopia NIR en el flujo de trabajo de su laboratorio
Más información
Una guía para el análisis espectroscópico del infrarrojo cercano de los procesos de fabricación industrial
Para obtener más información sobre los detalles espectroscópicos de la espectroscopia NIR, por ejemplo, armónicos y bandas de combinación, análisis de datos multivariados y quimiometría, descargue esta monografía.
