Spektrometr bliskiej podczerwieni

Zasada technologii spektrometru bliskiej podczerwieni

Widmo bliskiej podczerwieni jest generowane głównie wtedy, gdy wibracje molekularne przechodzą ze stanu podstawowego do wysokiego poziomu energii ze względu na nierezonansowy charakter wibracji molekularnych. Rejestrowane jest głównie podwojenie częstotliwości i łączna absorpcja częstotliwości drgań grupy zawierającej wodór X-H (X=C, N, O). . Różne grupy (takie jak pierścienie metylowe, metylenowe, benzenowe itp.) lub ta sama grupa mają oczywiste różnice w długości fali i intensywności absorpcji bliskiej podczerwieni w różnych środowiskach chemicznych.

Spektroskopia w bliskiej podczerwieni dostarcza bogatych informacji strukturalnych i składu i jest bardzo odpowiednia do pomiaru składu i właściwości węglowodorowych substancji organicznych. Jednakże w obszarze widma bliskiej podczerwieni intensywność absorpcji jest słaba, czułość jest stosunkowo niska, a pasma absorpcji są szerokie i poważnie się pokrywają. Dlatego bardzo trudno jest przeprowadzić analizę ilościową w oparciu o tradycyjną metodę wyznaczania krzywej roboczej. Rozwój chemometrii położył matematyczne podstawy do rozwiązania tego problemu. Działa na zasadzie, że jeśli skład próbki będzie taki sam, to jej widmo będzie takie samo i odwrotnie. Jeśli ustalimy zgodność widma z mierzonymi parametrami (tzw. model analityczny), to jeśli mierzone jest widmo próbki, na podstawie widma i powyższej zgodności można szybko uzyskać wymagane dane dotyczące parametrów jakości.

Jak mierzyć spektroskopię w bliskiej podczerwieni

Podobnie jak konwencjonalna analiza molekularnej spektrometrii absorpcyjnej, jedną z głównych metod pomiarowych jest pomiar widma transmisji próbek roztworów w technologii spektroskopii bliskiej podczerwieni. Ponadto jest również powszechnie stosowany do bezpośredniego pomiaru widma odbicia rozproszonego próbek stałych, takich jak płatki, granulki, proszki, a nawet próbki lepkiej cieczy lub pasty. W dziedzinie spektroskopii bliskiej podczerwieni powszechnie stosowane metody pomiarowe obejmują transmisję, odbicie rozproszone, transmisję rozproszoną i transfleksję.

1. Tryb transmisji

Podobnie jak inne widma absorpcji molekularnej, pomiar widma transmisji w bliskiej podczerwieni służy do uzyskiwania przejrzystych, przezroczystych i jednolitych próbek cieczy. Najczęściej używanym akcesorium pomiarowym jest kuweta kwarcowa, a wskaźnikiem pomiarowym jest absorbancja. Zależność pomiędzy absorbancją widmową, długością ścieżki optycznej i stężeniem próbki jest zgodna z prawem Lamberta-Beera, co oznacza, że ​​absorbancja jest wprost proporcjonalna do długości ścieżki optycznej i stężenia próbki. Stanowi to podstawę do ilościowej analizy spektroskopii w bliskiej podczerwieni.

Czułość spektroskopii w bliskiej podczerwieni jest bardzo niska, więc zasadniczo nie ma potrzeby rozcieńczania próbki podczas analizy. Jednakże rozpuszczalniki, w tym woda, wykazują wyraźną absorpcję światła bliskiej podczerwieni. Gdy droga optyczna kuwety jest zbyt duża, absorbancja będzie bardzo wysoka, a nawet nasycona. Dlatego też, aby ograniczyć błędy analizy, najlepiej kontrolować absorbancję mierzonego widma w zakresie 0,1-1, przy czym powszechnie stosuje się kuwety o średnicy 1-10 mm. Czasami dla wygody często obserwuje się pomiary spektroskopią w bliskiej podczerwieni z absorbancją tak niską jak 0,01, nawet 1,5, a nawet 2.

2. Tryb odbicia rozproszonego

Wyjątkowe zalety technologii spektroskopii bliskiej podczerwieni, takie jak pomiary nieniszczące, brak konieczności przygotowywania próbki, prostota i szybkość itp., wynikają głównie z trybu zbierania widma odbicia rozproszonego. Tryb odbicia rozproszonego można stosować do pomiaru próbek stałych, takich jak proszki, bloki, arkusze i jedwab, a także próbek półstałych, takich jak pasty i pasty. Próbka może mieć dowolny kształt, np. owoce, tabletki, płatki zbożowe, papier, nabiał, mięso itp. Nie jest wymagane żadne specjalne przygotowanie próbki i można ją zmierzyć bezpośrednio.

Widmo odbicia rozproszonego w bliskiej podczerwieni nie jest zgodne z prawem Lamberta-Beera, ale poprzednie badania wykazały, że absorbancja odbicia rozproszonego (właściwie logarytm ujemny stosunku współczynnika odbicia próbki do współczynnika odbicia odniesienia) i stężenie mają pewną zależność w pewnych warunkach . W przypadku zależności liniowej warunki, które muszą zostać spełnione, obejmują: wystarczająco dużą grubość próbki, wąski zakres stężeń, spójny stan fizyczny próbki i warunki pomiaru widmowego itp. Dlatego też zastosowanie spektroskopii odbicia rozproszonego może również można wykorzystać do analizy ilościowej przy użyciu korekcji wieloczynnikowej, takiej jak spektroskopia transmisyjna.

3. Tryb transmisji rozproszonej

Tryb transmisji rozproszonej to pomiar widma transmisyjnego próbki stałej. Kiedy padające światło napromienia stałą próbkę, która nie jest zbyt gruba, światło jest przepuszczane i odbijane w sposób rozproszony wewnątrz próbki, a na koniec przechodzi przez próbkę i rejestruje widmo na spektrometrze. Jest to rozproszone widmo transmisji. Tryb transmisji rozproszonej jest często używany do pomiarów spektroskopii bliskiej podczerwieni tabletek, próbek bibuły filtracyjnej i próbek cienkowarstwowych. Jego absorbancja widmowa ma liniową zależność od stężenia składnika.

4. Tryb transfleksyjny

Pomiar widma transmisyjnego próbki roztworu polega na przepuszczeniu padającego światła przez próbkę i zmierzeniu widma transmisyjnego po drugiej stronie. W odróżnieniu od tego, w trybie transfleksyjnym za roztworem próbki umieszcza się lustro odblaskowe. Padające światło przechodzi przez próbkę i jest odbijane przez lustro, zanim ponownie wejdzie do roztworu próbki. Widmo transfleksyjne mierzone jest po tej samej stronie padającego światła. Światło przechodzi przez próbkę dwukrotnie, więc długość ścieżki optycznej jest dwukrotnie większa od normalnego widma transmisji. Tryb transfleksyjny został zaprojektowany z myślą o wygodzie pomiaru widm. Ponieważ światło padające i światło odbite znajdują się po tej samej stronie, można zainstalować zarówno ścieżkę światła padającego, jak i ścieżkę światła odbitego w jednej sondzie, a także zainstalować wnękę na przednim końcu sondy. Górna część to odbłyśnik. Podczas użycia sondę wprowadza się do roztworu, roztwór wchodzi do wnęki, światło wpada do roztworu ze ścieżki światła padającego, odbija się z powrotem do roztworu na odbłyśniku, a następnie wchodzi na ścieżkę odbitego światła i wchodzi do spektrometr do pomiaru widma. Zasadniczo widmo transmisji i odbicia jest również widmem transmisji, więc jego absorbancja ma liniową zależność od stężenia.