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Nel primo articolo della nostra serie sulla spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR), abbiamo spiegato cos'è la spettroscopia NIR. Questo articolo si concentra sulla differenza tra la spettroscopia del vicino infrarosso e quella dell'infrarosso (IR), spesso chiamata anche spettroscopia del medio infrarosso (medio IR). Discuteremo anche perché la spettroscopia NIR potrebbe essere più adatta della spettroscopia IR per le vostre sfide analitiche in laboratorio e nei processi di produzione industriale.
Differenze di lunghezze d'onda ed energia
Abbiamo definito la spettroscopia NIR come l'analisi dell'interazione tra la luce NIR e la materia. Nell'analisi spettroscopica, la luce è definita dalla lunghezza d'onda (e non dall'energia applicata). Se questo ti suona nuovo, puoi fare riferimento al primo articolo del blog di questa serie:
La lunghezza d'onda della luce è inversamente correlata alla sua energia. Pertanto, minore è la lunghezza d'onda, maggiore è l'energia presente. Lo spettro elettromagnetico è mostrato nella Figura 1. La regione NIR si trova tra la regione visibile (energia superiore) e la regione infrarossa (energia inferiore) tra 780 e 2500 nm.
La luce proveniente dalle regioni IR e NIR dello spettro elettromagnetico induce vibrazioni in alcune parti delle molecole (note come gruppi funzionali). Pertanto, la spettroscopia IR e NIR appartengono al gruppo della spettroscopia vibrazionale. La Figura 2 mostra diversi gruppi funzionali e molecole attivi nella regione NIR.
La differenza nelle vibrazioni indotte dalla radiazione IR o dalla luce NIR è dovuta alla maggiore energia delle lunghezze d'onda NIR rispetto a quelle della regione IR.
Le vibrazioni nella regione dell'infrarosso sono classificate come fondamentali, ovvero una transizione dallo stato fondamentale al primo stato eccitato. D'altra parte, le vibrazioni nella regione del vicino infrarosso sono bande di combinazione (eccitazione di due vibrazioni combinate) o armoniche. Gli armonici sono considerati vibrazioni dallo stato fondamentale a un livello di eccitazione superiore al primo stato (Figura 3). Queste combinazioni di bande e armoniche hanno una probabilità inferiore di verificarsi rispetto alle vibrazioni fondamentali e di conseguenza l'intensità dei picchi o delle bande di assorbimento nella gamma NIR è inferiore rispetto ai picchi nella regione IR.
Questo può essere meglio compreso con un’analogia con il salire le scale. La maggior parte delle persone sale un gradino alla volta, ma a volte si vede gente che ha fretta e fa due o tre gradini contemporaneamente. Questo è simile a IR e NIR: un passo (IR – vibrazioni fondamentali) è molto più comune rispetto all'atto di salire due o più scale alla volta (NIR – armoniche e bande di combinazione). Le vibrazioni nella regione NIR hanno una probabilità inferiore rispetto alle vibrazioni IR. Pertanto, le corrispondenti bande di assorbimento hanno un'intensità inferiore.
Vantaggi della spettroscopia NIR rispetto alla spettroscopia IR
Lo schema teorico sopra riportato ci consente di ricavare i seguenti vantaggi della spettroscopia NIR rispetto a IR.
Minore intensità delle bande con NIRS, quindi minore saturazione del rilevatore
Per i solidi, è possibile utilizzare campioni puri così come sono in una fiala adatta per l'analisi NIR. Con l'analisi IR, è necessario creare un pellet di KBr o posizionare con attenzione il campione solido alla finestra di riflettanza totale attenuata (ATR), per non parlare della pulizia accurata del tutto in seguito.
Per i liquidi, gli spettri NIR devono essere misurati in fiale monouso da 4 mm (o 8 mm) di diametro facili da riempire, anche nel caso di sostanze viscose. L'analisi IR richiede cammini ottici molto brevi (<0,5 mm). Sono necessarie costose cuvette al quarzo o celle a flusso, nessuna delle quali è facile da riempire.
Luce ad energia più elevata con NIRS, quindi penetrazione più profonda del campione
Ciò significa che NIRS fornisce informazioni sull'intero campione e non solo sulle caratteristiche della superficie, come con la spettroscopia a infrarossi.
NIRS può essere utilizzato per la quantificazione e l'identificazione
Gli scienziati utilizzano spesso la spettroscopia infrarossa per rilevare la presenza di determinati gruppi funzionali in una molecola (solo identificazione). In effetti, la quantificazione è uno dei punti di forza dell'utilizzo della spettroscopia NIR (vedi sotto).
NIRS è versatile
La spettroscopia NIR può essere utilizzata per la quantificazione di sostanze chimiche (per es., umidità, API), determinazione dei parametri chimici (per es., valore idrossilico, numero di acidità totale) o fisici (per es., densità, viscosità, viscosità relativa, e intrinseca). Puoi fare clic su questi collegamenti per scaricare le nostre note applicative gratuite per ciascun esempio.
NIRS lavora con fibre ottiche
Ciò significa che è possibile trasferire facilmente un metodo dal laboratorio direttamente all'ambiente di processo utilizzando un analizzatore dotato di un lungo cavo in fibra ottica a bassa dispersione e di una sonda robusta. A causa di limitazioni fisiche, i cavi in fibra ottica non possono essere utilizzati con la radiazione infrarossa.
Spettroscopia NIR ≠ IR
In sintesi, il NIR è un metodo analitico diverso dall'IR, sebbene entrambi siano tipi di spettroscopia vibrazionale. Il NIR è più veloce e più facile da gestire rispetto all'IR. Non richiede la preparazione del campione e può fornire informazioni sul materiale sfuso. È anche versatile. La spettroscopia NIR consente la quantificazione di diversi tipi di parametri chimici e fisici e può anche essere implementata in un ambiente di processo.
Guarda il nostro video per conoscere le principali differenze tra la spettroscopia IR e NIR.
Nella prossima puntata di questa serie, ci concentreremo sul processo di implementazione di uno spettrometro nel vicino infrarosso nel flusso di lavoro del vostro laboratorio, utilizzando un esempio specifico.
Altre informazioni
Scopri di più sugli spettroscopi NIR per laboratorio e processo e sulle soluzioni Raman
Una guida all'analisi spettroscopica nel vicino infrarosso dei processi di produzione industriale
Per saperne di più sui dettagli spettroscopici della spettroscopia NIR, ad es. sovratoni e bande combinate, analisi dati multivariata e chemiometria, scarica questa monografia.
