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No primeiro artigo de nossa série sobre espectroscopia no infravermelho próximo (NIR), explicamos o que é a espectroscopia NIR. Este artigo enfoca a diferença entre a espectroscopia no infravermelho próximo e a espectroscopia no infravermelho (IV), que também é frequentemente chamada de espectroscopia no infravermelho médio (IV médio). Também discutiremos por que a espectroscopia NIR pode ser mais adequada do que a espectroscopia IV para seus desafios analíticos no laboratório e nos processos de fabricação industrial.
Diferenças nos comprimentos de onda e na energia
Definimos a espectroscopia NIR como a análise da interação entre a luz NIR e a matéria. Na análise espectroscópica, a luz é definida pelo comprimento de onda (e não pela energia aplicada). Se isso parecer novo, você pode consultar o primeiro artigo do blog desta série:
O comprimento de onda da luz é inversamente correlacionado à sua energia. Portanto, quanto menor for o comprimento de onda, maior será a energia. O espectro eletromagnético é mostrado na Figura 1. A região NIR fica entre a região visível (energia mais alta) e a região infravermelha (energia mais baixa) de 780 a 2500 nm.
A luz das regiões IR e NIR do espectro eletromagnético induz vibrações em determinadas partes das moléculas (conhecidas como grupos funcionais). Assim, a espectroscopia de IV e NIR pertence ao grupo da espectroscopia vibracional. A Figura 2 mostra vários grupos funcionais e moléculas que são ativos na região NIR.
A diferença nas vibrações induzidas pela radiação infravermelha ou pela luz NIR se deve à maior energia dos comprimentos de onda NIR em comparação com os da região infravermelha.
As vibrações na região do infravermelho são classificadas como fundamentais, o que significa uma transição do estado fundamental para o primeiro estado excitado. Por outro lado, as vibrações na região do infravermelho próximo são bandas combinadas (excitação de duas vibrações combinadas) ou sobretons. Os harmônicos são considerados vibrações do estado fundamental para um nível de excitação acima do primeiro estado (Figura 3). Essas bandas combinadas e sobretons têm uma probabilidade menor de ocorrer do que as vibrações fundamentais e, consequentemente, a intensidade dos picos ou das bandas de absorção na faixa do NIR é menor do que os picos na região do IR.
Isso pode ser melhor compreendido com uma analogia sobre subir escadas. A maioria das pessoas sobe um degrau de cada vez, mas às vezes você vê pessoas com pressa subindo dois ou três degraus de uma vez. Isso é semelhante ao IR e ao NIR: um degrau (IR - vibrações fundamentais) é muito mais comum em comparação com o ato de subir duas ou mais escadas de uma vez (NIR - sobretons e bandas combinadas). As vibrações na região NIR têm uma probabilidade menor do que as vibrações IR. Portanto, as bandas de absorção correspondentes têm uma intensidade menor.
Vantagens da espectroscopia NIR em relação à espectroscopia IR
O esboço teórico acima nos permite derivar as seguintes vantagens da espectroscopia NIR em relação à IR.
Menor intensidade de bandas com NIRS, portanto, menor saturação do detector
Para sólidos, é possível usar amostras puras no estado em que se encontram em um frasco adequado para análise NIR. Com a análise de IR, você precisa criar um pellet de KBr ou administrar cuidadosamente a amostra sólida na janela de Reflectância Total Atenuada (ATR), sem falar na limpeza completa posterior.
Para líquidos, os espectros NIR devem ser medidos em frascos descartáveis de 4 mm (ou 8 mm) de diâmetro, que são fáceis de encher, mesmo no caso de substâncias viscosas. A análise de IV requer comprimentos de percurso muito curtos (<0,5 mm). São necessárias cubetas de quartzo caras ou células de fluxo, que não são fáceis de encher.
Luz de energia mais alta com NIRS, portanto, penetração mais profunda na amostra
Isso significa que a NIRS fornece informações sobre a amostra como um todo e não apenas sobre as características da superfície, como ocorre com a espectroscopia de infravermelho.
A NIRS pode ser usada para quantificação e identificação
Os cientistas geralmente usam a espectroscopia de infravermelho para detectar a presença de determinados grupos funcionais em uma molécula (somente identificação). De fato, a quantificação é um dos pontos fortes da utilização da espectroscopia NIR (veja abaixo).
A NIRS é versátil
A espectroscopia NIR pode ser usada para a quantificação de substâncias químicas (por exemplo, umidade, teor de API), determinação de parâmetros químicos (por exemplo, valor de hidroxila, número total de ácido) ou parâmetros físicos (por exemplo, densidade, viscosidade, viscosidade relativa e viscosidade intrínseca). Você pode clicar nesses links para fazer o download gratuito de nossas Notas de Aplicação para cada exemplo.
O NIRS funciona com fibra óptica
Isso significa que você pode transferir facilmente um método do laboratório diretamente para um ambiente de processo usando um analisador com um cabo de fibra óptica longo e de baixa dispersão e uma sonda robusta. Não é possível usar cabos de fibra óptica com radiação infravermelha devido a limitações físicas.
Espectroscopia NIR ≠ IR
Em resumo, o NIR é um método analítico diferente do IR, embora ambos sejam tipos de espectroscopia vibracional. A NIR é mais rápida e fácil de manusear do que a IR. Ele não exige a preparação de amostras e pode fornecer informações sobre o material em massa. Também é versátil. A espectroscopia NIR permite a quantificação de diferentes tipos de parâmetros químicos e físicos e também pode ser implementada em um ambiente de processo.
Assista ao nosso vídeo para saber mais sobre as principais diferenças entre a espectroscopia IR e NIR.
Na próxima parte desta série, vamos nos concentrar no processo de implementação de um espectrômetro de infravermelho próximo no fluxo de trabalho do seu laboratório, usando um exemplo específico.
Como implementar a espectroscopia NIR no fluxo de trabalho de seu laboratório
Suas conclusões de conhecimento
Um guia para análise espectroscópica no infravermelho próximo de processos de fabricação industrial
Para saber mais sobre os detalhes espectroscópicos da espectroscopia NIR, por exemplo, sobretons e bandas combinadas, análise de dados multivariados e quimiometria, faça o download desta monografia.
