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En el primer artículo de nuestra serie sobre espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR), explicamos qué es la espectroscopia NIR. Este artículo se centra en la diferencia entre la espectroscopia de infrarrojo cercano e infrarrojo (IR), que a menudo también se denomina espectroscopia de infrarrojo medio (IR medio). También discutiremos por qué la espectroscopia NIR podría ser más adecuada que la espectroscopia IR para sus desafíos analíticos en el laboratorio y en los procesos de fabricación industrial.
Diferencias en longitudes de onda y energía.
Hemos definido la espectroscopia NIR como el análisis de la interacción entre la luz NIR y la materia. En el análisis espectroscópico, la luz se define por la longitud de onda (y no por la energía aplicada). Si esto le parece nuevo, puede consultar el primer artículo del blog de esta serie:
¿Qué es la espectroscopia NIR?
La longitud de onda de la luz está inversamente correlacionada con su energía. Por tanto, cuanto menor es la longitud de onda, más energía hay. El espectro electromagnético se muestra en la Figura 1. La región NIR se encuentra entre la región visible (mayor energía) y la región infrarroja (menor energía) entre 780 y 2500 nm.
La luz de las regiones IR y NIR del espectro electromagnético induce vibraciones en ciertas partes de las moléculas (conocidas como grupos funcionales). Así, la espectroscopia IR y NIR pertenecen al grupo de espectroscopia vibratoria. La Figura 2 muestra varios grupos funcionales y moléculas que están activos en la región NIR.
La diferencia en las vibraciones inducidas por la radiación IR o la luz NIR se debe a la mayor energía de las longitudes de onda NIR en comparación con las de la región IR.
Las vibraciones en la región infrarroja se clasifican como fundamentales, es decir, una transición del estado fundamental al primer estado excitado. Por otro lado, las vibraciones en la región del infrarrojo cercano son bandas combinadas (excitación de dos vibraciones combinadas) o sobretonos. Los armónicos se consideran vibraciones desde el estado fundamental hasta un nivel de excitación superior al primer estado (figura 3). Estas combinaciones de bandas y armónicos tienen una menor probabilidad de ocurrir que las vibraciones fundamentales y, en consecuencia, la intensidad de los picos o bandas de absorción en el rango NIR es menor que la de los picos en la región IR.
Esto se puede entender mejor con una analogía sobre subir escaleras. La mayoría de las personas suben un escalón a la vez, pero a veces se ve gente con prisa subiendo dos o tres escalones a la vez. Esto es similar a IR y NIR: un paso (IR – vibraciones fundamentales) es mucho más común en comparación con el acto de subir dos o más escaleras a la vez (NIR – armónicos y bandas combinadas). Las vibraciones en la región NIR tienen una probabilidad menor que las vibraciones IR. Por tanto, las bandas de absorción correspondientes tienen una intensidad menor.
Ventajas de la espectroscopia NIR sobre la espectroscopia IR
El esquema teórico anterior nos permite derivar las siguientes ventajas de la espectroscopia NIR sobre la espectroscopia IR.
Menor intensidad de bandas con NIRS, por lo tanto menor saturación del detector
Para sólidos, puede utilizar muestras puras tal cual en un vial adecuado para análisis NIR. Con el análisis IR, es necesario crear un gránulo de KBr o administrar cuidadosamente la muestra sólida a la ventana de reflectancia total atenuada (ATR), sin mencionar limpiar todo a fondo después.
Para liquidos, los espectros NIR deben medirse en viales desechables de 4 mm (u 8 mm) de diámetro que sean fáciles de llenar, incluso en el caso de sustancias viscosas. El análisis IR requiere caminos ópticos muy cortos (<0,5 mm). Se necesitan costosas cubetas de cuarzo o celdas de flujo, ninguna de las cuales es fácil de llenar.
Luz de mayor energía con NIRS, por lo tanto, una penetración de muestra más profunda
Esto significa que NIRS proporciona información sobre el muestra a granel y no sólo las características de la superficie, como ocurre con la espectroscopia infrarroja.
NIRS se puede utilizar para la cuantificación y la identificación.
Los científicos suelen utilizar la espectroscopia infrarroja para detectar la presencia de ciertos grupos funcionales en una molécula (solo identificación). De hecho, cuantificación es uno de los puntos fuertes de utilizar la espectroscopía NIR (ver más abajo).
NIRS es versátil
La espectroscopia NIR se puede utilizar para la cuantificación de sustancias químicas (p. ej., humedad, Contenido API), determinación de parámetros químicos (p. ej., valor de hidroxilo, número de acidez total) o parámetros físicos (p. ej., densidad, viscosidad, viscosidad relativa, y viscosidad intrínseca). Puede hacer clic en estos enlaces para descargar nuestras Notas de aplicación gratuitas para cada ejemplo.
NIRS funciona con fibra óptica
Esto significa que puede transferir fácilmente un método desde el laboratorio directamente a un entorno de proceso utilizando un analizador con un cable de fibra óptica largo y de baja dispersión y una sonda resistente. Los cables de fibra óptica no se pueden utilizar con radiación infrarroja debido a limitaciones físicas.
NIR ≠ espectroscopia IR
En resumen, NIR es un método analítico diferente al IR, aunque ambos son tipos de espectroscopia vibracional. NIR es más rápido y más fácil de manejar que IR. No requiere preparación de muestras y puede proporcionar información sobre el material a granel. También es versátil. La espectroscopia NIR permite la cuantificación de diferentes tipos de parámetros químicos y físicos y también se puede implementar en un entorno de proceso.
Mire nuestro vídeo para conocer las principales diferencias entre la espectroscopia IR y NIR.
En la próxima entrega de esta serie, nos centraremos en el proceso de implementación de un espectrómetro de infrarrojo cercano en el flujo de trabajo de su laboratorio, utilizando un ejemplo específico.
Cómo implementar la espectroscopia NIR en el flujo de trabajo de su laboratorio
Más información
Una guía para el análisis espectroscópico de infrarrojo cercano de procesos de fabricación industrial
Para obtener más información sobre los detalles espectroscópicos de la espectroscopia NIR, por ejemplo, armónicos y bandas combinadas, análisis de datos multivariados y quimiometría, descargue esta monografía.
