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Dans le premier article de notre série sur la spectroscopie dans le proche infrarouge (NIR), nous avons expliqué ce qu'est la spectroscopie NIR. Cet article se concentre sur la différence entre la spectroscopie dans le proche infrarouge et la spectroscopie dans l'infrarouge (IR), qui est souvent appelée spectroscopie dans l'infrarouge moyen (IR moyen). Nous verrons également pourquoi la spectroscopie proche infrarouge peut être plus adaptée que la spectroscopie infrarouge à vos défis analytiques en laboratoire et dans les processus de fabrication industriels.
Différences de longueur d'onde et d'énergie
Nous avons défini la spectroscopie proche infrarouge comme l'analyse de l'interaction entre la lumière proche infrarouge et la matière. Dans l'analyse spectroscopique, la lumière est définie par la longueur d'onde. Si cela vous semble nouveau, vous pouvez vous référer au premier article de blog de cette série :
Qu'est-ce que la spectroscopie proche infrarouge ?
La longueur d'onde de la lumière est inversement corrélée à son énergie. Par conséquent, plus la longueur d'onde est petite, plus l'énergie est importante. Le spectre électromagnétique est illustré à la figure 1. La région du proche infrarouge se situe entre la région visible (énergie plus élevée) et la région infrarouge (énergie plus faible), entre 780 et 2500 nm.
La lumière provenant des régions IR et NIR du spectre électromagnétique induit des vibrations dans certaines parties des molécules (connues sous le nom de groupes fonctionnels). Les spectroscopies IR et NIR appartiennent donc au groupe de la spectroscopie vibrationnelle. La figure 2 montre plusieurs groupes fonctionnels et molécules actifs dans la région du proche infrarouge.
La différence entre les vibrations induites par le rayonnement IR et la lumière NIR est due à l'énergie plus élevée des longueurs d'onde NIR par rapport à celles de la région IR.
Les vibrations dans la région infrarouge sont classées comme fondamentales - ce qui signifie une transition de l'état fondamental au premier état excité. En revanche, les vibrations dans le proche infrarouge sont soit des bandes combinées (excitation de deux vibrations combinées), soit des harmoniques. Les harmoniques sont considérées comme des vibrations de l'état fondamental à un niveau d'excitation supérieur au premier état (figure 3). Ces bandes combinées et harmoniques ont une probabilité d'apparition plus faible que les vibrations fondamentales et, par conséquent, l'intensité des pics ou des bandes d'absorption dans le proche infrarouge est plus faible que les pics dans la région de l'infrarouge.
On peut mieux comprendre cela en faisant une analogie avec la montée d'un escalier. La plupart des gens montent une marche à la fois, mais on voit parfois des personnes pressées monter deux ou trois marches à la fois. Il en va de même pour l'IR et le proche infrarouge : une marche (IR - vibrations fondamentales) est beaucoup plus courante que l'acte de monter deux ou plusieurs marches à la fois (proche infrarouge - harmoniques et bandes combinées). Les vibrations dans la région du proche infrarouge ont une probabilité plus faible que les vibrations dans l'infrarouge. Par conséquent, les bandes d'absorption correspondantes ont une intensité plus faible.
Avantages de la spectroscopie NIR par rapport à la spectroscopie IR
Le schéma théorique ci-dessus nous permet de déduire les avantages suivants de la spectroscopie proche infrarouge par rapport à la spectroscopie infrarouge..
Intensité plus faible des bandes avec la NIRS, donc moins de saturation du détecteur
Pour les solides, vous pouvez utiliser des échantillons purs tels quels sans préparation préalable. Pour l'analyse IR, il faut soit créer une pastille de KBr, soit administrer avec précaution l'échantillon solide à la fenêtre de réflectance totale atténuée (ATR), sans oublier de tout nettoyer soigneusement par la suite.
Pour les liquides, les spectres NIR doivent être mesurés dans des flacons jetables de 4 mm (ou 8 mm) de diamètre, faciles à remplir, même dans le cas de substances visqueuses. L'analyse IR nécessite des longueurs d'onde très courtes (<0,5 mm). Des cuvettes en quartz coûteuses ou des cellules d'écoulement sont nécessaires, et aucune de ces deux solutions n'est facile à remplir.
Lumière à plus haute énergie avec la NIRS, donc pénétration plus profonde de l'échantillon
Cela signifie que la NIRS fournit des informations sur l'échantillon en profondeur et pas seulement sur les caractéristiques de la surface, comme c'est le cas avec la spectroscopie infrarouge.
La NIRS peut être utilisée pour la quantification et l'identification.
Les scientifiques utilisent souvent la spectroscopie infrarouge pour détecter la présence de certains groupes fonctionnels dans une molécule (identification uniquement). En fait, la quantification est l'un des points forts de l'utilisation de la spectroscopie NIR (voir ci-dessous).
La NIRS est polyvalente
La spectroscopie NIR peut être utilisée pour la quantification de substances chimiques (par ex., mhumidité, teneur en API), la détermination des paramètres chimiques (par exemple, indice d'hydroxyle, indice d'acidité totale) ou des paramètres physiques (par exemple, densité, viscosité, viscosité relative et viscosité intrinsèque).Vous pouvez cliquer sur ces liens pour télécharger gratuitement nos notes d'application pour chaque exemple.
La NIRS fonctionne avec des fibres optiques
Cela signifie que vous pouvez facilement transférer une méthode du laboratoire directement vers un contrôle en ligne du procédé en utilisant un analyseur NIR Process de longues fibres optiques et une sonde robuste. Les fibres optiques ne peuvent pas être utilisés avec le rayonnement infrarouge en raison de limitations physiques.
Spectroscopie NIR ≠ IR
En résumé, le proche infrarouge est une méthode d'analyse différente de l'infrarouge, bien qu'il s'agisse dans les deux cas de spectroscopie vibrationnelle. Le proche infrarouge est plus rapide et plus facile à utiliser que l'infrarouge. Il ne nécessite pas de préparation de l'échantillon et peut fournir des informations plus représentative de l'échantillon. Il est également polyvalent. La spectroscopie NIR permet de quantifier différents types de paramètres chimiques et physiques et peut également être mise en œuvre pour le suivi en ligne en temps réel et en continu des procédés de fabrication.
Regardez notre vidéo pour découvrir les principales différences entre la spectroscopie IR et la spectroscopie NIR.
Dans la prochaine partie de cette série, nous nous concentrerons sur le processus de mise en œuvre d'un spectromètre proche infrarouge dans le flux de travail de votre laboratoire, à l'aide d'un exemple spécifique.
Comment intégrer la spectroscopie proche infrarouge dans le flux de travail de votre laboratoire ?
Vos connaissances à emporter
Guide d'analyse spectroscopique dans le proche infrarouge des procédés de fabrication industriels
Pour en savoir plus sur les détails de la spectroscopie dans le proche infrarouge, par exemple les harmoniques et les bandes combinées, l'analyse de données multivariées et la chimiométrie, téléchargez cette monographie.
