¿Cómo funciona la luz en el NIR? ¿Cómo se mide la muestra?

 El NIR es una técnica cuyas siglas responden a Near InfraRed Spectrography. Esta región del espectro electromagnético tiene propiedades únicas que la hacen muy útil para caracterizar materiales.  Para su medida y procesamiento se necesita una herramienta NIR para realizar el análisis de la muestra y un PC donde realizar el tratamiento quimiomérico de los datos. Centrado el tema del post, hablaremos de la herramienta NIR, que debe constar de los siguientes elementos:

1) Fuente de luz

2) Elementos de ajuste de la luz

3) Cámara de medida

4) Detector

Las herramientas NIR pueden trabajar en distintos modos dependiendo de la posición en la que se ubique el detector. El modo de trabajo en reflectancia permite que la radiación se refleje en la superficie de la muestra y el detector recoge esta luz rebotada. Esta forma de trabajo es adecuada en muestras sólidas o granuladas (Qu et al., 2015).

Los rayos no son simplemente reflejados de la superficie externa, sino que realmente penetran la muestra.  La profundidad de penetración del haz dentro de la muestra no está determinada por la posición del detector, sino por la potencia de la fuente de luz. Cada vez que una unión química no absorbe una particular longitud de onda, los rayos son diseminados y reflejados en todas direcciones. Estos haces pueden entonces ser absorbidos o reflejados por otras uniones químicas, hasta que una porción de los rayos salga de la muestra. Esta es la causa de que la luz se emita con una intensidad, Io pero que llegue al detector con una intensidad menor, I, la diferencia es la intensidad absorbida por la muestra; Tanto I, como Io tendrán valores menores de 1.

Como se viene intuyendo, es la Ley de Lambert-Beer la base en la que se sustenta esta técnica que relaciona la absorción de la luz con la concentración de un analito, c.

                                               A=-log (I/Io)

                                    A=kdc ; Ley de Lambert-Beer

                                                  c=A/(kd)

d hace referencia a distancia que penetra la luz en la muestra, que variará dependiendo de sus características de absorción. Estas características son las responsables de que el desarrollo de calibraciones en el NIR sea difícil y requiera de un gran número de muestras.

Con esta técnica se puede obtener tanto información cualitativa como cuantitativa, aunque resulta especialmente relevante esta explicación para entender el uso de la tecnología NIR en lo referente al análisis cuantitativo de gran variedad de analitos.

En la actualidad esta herramienta se ha democratizado y aunque su inversión inicial es alta, cada vez más empresas de distintos sectores apuestan por su uso como técnica para el control de la calidad. Respondiendo a las distintas demandas, existen en el mercado distintos tipos de herramientas NIR:

- NIR de sobremesa

- NIR en línea

- NIR portátil

 

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NIR stands for Near InfraRed Spectrography. This region of the electromagnetic spectrum has unique properties that make it very useful for characterizing materials. For its measurement and processing, a NIR instrument is needed to perform the analysis of the sample and a PC to perform the chemomeric treatment of the data. Focusing on the topic of the post, we will talk about the NIR instrument, which must be compound by:

1) Light source

2)Light adjustment elements

3) Measurement chamber

4) Detector

NIR instruments work in different modes depending on the position detector position. The reflectance mode allows the radiation to be reflected on the surface of the sample and the detector collects this bounced light. This way of working is suitable for solid or granular samples (Qu et al., 2015).

The light is not simply reflected from the external surface but penetrate the sample. The penetration depth of the light into the sample is not determined by the position of the detector, but by the power of the light source. When a chemical bond does not absorb a particular wavelength, the light is scattered and reflected in all directions. This light can then be absorbed or reflected by other chemical bonds, until a portion of the light exits the sample. This is why the light is emitted with an intensity, Io, but arrives at the detector with a lower intensity, I, the difference is the intensity absorbed by the sample; both I, and Io have values ​​lower than 1.

As you can imagine, the Lambert-Beer Law is the key of the technique, which relates the light absorption with the concentration of an analyte, c.

                                              A=-log (I/Io)

                                   A=kdc ; Lambert-Beer Law

                                                  c=A/(kd)

d refers to the penetrations distance of the light in the sample, which will vary depending on its absorption characteristics. These absorption characteristics are the cause of difficulty on NIR calibrations and the large number of samples.

Using NIR qualitative and quantitative information can be obtained, although this explanation is especially relevant to understand the use of NIR technology in relation to the quantitative analysis of a wide variety of analytes.

Nowadays, this tool has been democratized and although its initial investment is high, more and more companies from different sectors are betting on its use as a technique for quality control. Responding to different demands, there are different types of NIR instruments on the market: 

- Desktop NIR 

- Online NIR 

- Portable NIR