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Spettroscopia a infrarossi e spettroscopia nel vicino infrarosso: c'è una differenza?
Questa è la seconda puntata della nostra serie sulla spettroscopia NIR. In questo articolo imparerai le basi della spettroscopia NIR a un livello superiore e determinerai perché questa tecnica potrebbe essere più adatta della spettroscopia a infrarossi per le tue sfide analitiche in laboratorio e nei processi di produzione industriale.
Spettroscopia... cos'è quello?
Una definizione breve ma accurata di spettroscopia è «l'interazione della luce con la materia». Sappiamo tutti che la luce influenza sicuramente la materia, soprattutto dopo aver trascorso una lunga giornata all'aperto, senza protezione. Di conseguenza, sperimentiamo una scottatura solare se siamo esposti al sole per troppo tempo.
Una caratteristica della luce è la sua lunghezza d'onda, che è inversamente correlata alla sua energia. Pertanto, minore è la lunghezza d'onda, maggiore è l'energia disponibile. Lo spettro elettromagnetico è mostrato in Figura 1. Qui puoi vedere che la regione NIR è annidata tra la regione del visibile (a energia più alta) e la regione dell'infrarosso (a energia più bassa).
La luce proveniente dalla regione dell'infrarosso (IR) e del vicino infrarosso (NIR) (800–2500 nm) dello spettro elettromagnetico induce vibrazioni in alcune parti delle molecole (note come gruppi funzionali). Quindi IR e NIR appartengono al gruppo delle spettroscopie vibrazionali. In figura 2, vengono mostrati diversi gruppi funzionali e molecole attive nella regione NIR.
La differenza nelle vibrazioni indotte dalla spettroscopia IR o NIR è dovuta alla maggiore energia delle lunghezze d'onda NIR rispetto a quelle nella 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 al di sopra del primo stato (vedi Figura 3). Queste bande armoniche combinate hanno una probabilità inferiore di verificarsi rispetto alle vibrazioni fondamentali e di conseguenza l'intensità dei picchi nella gamma NIR è inferiore ai picchi nella regione IR.
Questo può essere meglio compreso con un'analogia sul salire le scale. La maggior parte delle persone sale un gradino alla volta, ma a volte si vedono persone di fretta che fanno 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 – sfumature). Le vibrazioni nella regione NIR hanno una probabilità inferiore rispetto alle vibrazioni IR e quindi hanno un'intensità inferiore.
La teoria va bene, ma cosa significa in pratica?
I vantaggi di NIR rispetto a IR derivati dallo schema teorico di cui sopra sono i seguenti:
1. Minore intensità delle bande con NIR, quindi minore saturazione del rivelatore.
Per solidi, possono essere utilizzati campioni puri come è in una fiala adatta per l'analisi NIR. Con l'analisi IR, è necessario creare un pellet KBr o somministrare con cura il campione solido alla finestra Attenuated Total Reflectance (ATR), per non parlare di pulire tutto accuratamente in seguito.
Per liquidi, gli spettri NIR devono essere misurati in fiale monouso di 4 mm (o 8 mm) di diametro, che sono facili da riempire, anche nel caso di sostanze viscose. L'analisi IR richiede l'utilizzo di percorsi molto brevi (<0,5 mm) che richiedono costose cuvette al quarzo o celle di flusso, nessuna delle quali è facile da riempire.
2. Luce ad alta energia con NIR, quindi penetrazione del campione più profonda.
Ciò significa che NIR fornisce informazioni su campione di massa e non solo le caratteristiche della superficie, come con la spettroscopia a infrarossi. Tuttavia, questi non sono gli unici vantaggi di NIR rispetto a IR. Ci sono ancora più vantaggi legati all'applicazione...
3. NIR può essere utilizzato per la quantificazione e per l'identificazione.
La spettroscopia a infrarossi viene spesso utilizzata per rilevare la presenza di determinati gruppi funzionali in una molecola (solo identificazione). Di fatto, quantificazione è uno dei punti di forza dell'utilizzo della spettroscopia NIR (vedi sotto).
4. NIR è versatile.
La spettroscopia NIR può essere utilizzata per la quantificazione di sostanze chimiche (per esempio, umidità, Contenuto dell'API), determinazione di parametri chimici (per esempio, valore ossidrile, numero di acidità totale) o parametri fisici (per esempio, densità, viscosità, viscosità relativa e viscosità intrinseca). È possibile fare clic su questi collegamenti e scaricare le nostre Applicaion Notes gratuite per ogni esempio.
5. NIR funziona anche con la fibra ottica.
Questo significa che puoi facilmente trasferire un metodo dal laboratorio direttamente in un ambiente di processo utilizzando un analizzatore con un lungo cavo in fibra ottica a bassa dispersione e una sonda robusta. Non è possibile utilizzare cavi in fibra ottica con IR a causa di limitazioni fisiche.
NIR ≠ IR
In sintesi, NIR è una tecnica diversa da IR, sebbene entrambi siano tipi di spettroscopia vibrazionale. Il NIR presenta molti vantaggi rispetto all'IR per quanto riguarda la velocità (maneggevolezza, nessuna preparazione del campione necessaria), la fornitura di informazioni sul materiale sfuso e la sua versatilità. 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 NIR nel flusso di lavoro del tuo laboratorio, utilizzando un esempio specifico. Clicca qui per andare direttamente al prossimo post della serie !
