Introducción
La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) es una herramienta extraordinaria que ha mejorado nuestra comprensión de los materiales y ha abierto nuevas vías para el análisis de materiales.
El análisis de materiales es el proceso de caracterización de un material para comprender su composición química, lo que nos permite clasificarlo en función de sus propiedades (clasificación), calificar su idoneidad para aplicaciones específicas (calificación) y/o cuantificar sus elementos de composición para garantizar que cumple con los estándares y especificaciones requeridos (cuantificación).
Siga leyendo para obtener más información sobre la espectroscopia NIR, sus diversas aplicaciones y cómo elegir la mejor solución de espectroscopía NIR.
¿Qué es la espectroscopia NIR?
NIR es el acrónimo de espectroscopía de infrarrojo cercano y se refiere a la técnica analítica que utiliza luz infrarroja cercana para escanear y analizar material en busca de rasgos compositivos o característicos. Cada material tiene una interacción única con la luz infrarroja, es decir, en la espectroscopía NIR, aprovechamos este fenómeno físico utilizando la luz del espectro del infrarrojo cercano para examinar y analizar los materiales. Al proyectar luz NIR sobre una muestra y recolectar la luz reflejada o transmitida a través de ella, se obtiene una gran cantidad de información sobre la composición, la estructura y las propiedades de la muestra sin alterarla (no es invasivo). Gracias a décadas de investigación, esta técnica analítica se ha utilizado en varios sectores debido a su versatilidad y fiabilidad a la hora de proporcionar información valiosa.
Sigue leyendo para saber cómo funciona.
¿Cómo funciona la espectroscopia NIR?
Mediante el uso de dispositivos/espectrómetros NIR, capturamos y analizamos la interacción entre la luz y la materia en el rango del infrarrojo cercano, la luz se compone de ondas electromagnéticas con diferentes longitudes de onda; cuando la luz NIR interactúa con un material, se absorben longitudes de onda únicas y específicas en función de la composición molecular del material. (más información sobre las diferentes respuestas a la luz y lo que significan en este artículo)
Al analizar la respuesta, los espectrómetros NIR proporcionan información sobre la composición y las propiedades del material, como la humedad, el almidón, las proteínas, las grasas y los aceites, y la calidad se codifica dentro de la respuesta espectral. Por ejemplo, la siguiente figura muestra la respuesta espectral única de una muestra de grano seco de destilería (DDG). El eje x del diagrama representa las longitudes de onda de la luz que interactuó con la muestra. Este eje y representa la cantidad de luz que absorbe la muestra. La información sobre la composición de agua, proteínas, grasas y almidón de esta muestra se puede obtener en diferentes longitudes de onda, como se muestra en el diagrama.
Para decodificar la respuesta espectral, se utilizan diferentes técnicas de modelado matemático, como la quimiometría, para crear modelos de calibración.
¿Qué es la quimiometría?
En términos simples, la quimiometría es un medio para decodificar las respuestas espectrales a información útil que los humanos pueden entender. Según la definición de la Sociedad Internacional de Quimiometría, «la disciplina que utiliza métodos matemáticos y estadísticos para diseñar procedimientos de medición y experimentos óptimos y proporcionar la máxima información química mediante el análisis de datos químicos».
¿Qué son los modelos de calibración?
Los modelos de calibración son modelos matemáticos que se entrenan con valores conocidos para predecir la composición de nuevas muestras con valores desconocidos.
Según lo definido por ResearchGate, »encontrar un conjunto único de parámetros del modelo que proporcionen una buena descripción del comportamiento del sistema y que puedan lograrse comparando las predicciones del modelo con las mediciones reales realizadas en el sistema».
Leer Cómo funciona NIR para profundizar en la espectroscopia NIR y sus ventajas sobre otras técnicas analíticas.
Las aplicaciones de la espectroscopia NIR en todas las industrias
La versatilidad de la tecnología NIR es evidente en la amplia gama de aplicaciones que admite. Es fundamental para optimizar la salud y el rendimiento de los cultivos en la agricultura, garantizar la calidad de los productos farmacéuticos y mantener los estándares más altos en varios procesos industriales. La siguiente es una descripción general de los casos de uso en los que la NIR se utiliza en varios campos.
1. Nutrición animal
La espectroscopia NIR desempeña un papel importante en la optimización de las formulaciones de piensos para animales. Ayudar a los ganaderos a obtener datos rápidos y precisos para lograr mezclas de piensos óptimas garantiza que el ganado reciba los nutrientes adecuados, como las aves de corral y la acuicultura. Esto contribuye a la producción eficiente de carne, leche y huevos. Laboratorios de piensos como Nutricontrol, Laboratorios Dairyland, Laboratorios Rocker River, y otros también aprovechan la NIR para analizar la calidad y la composición de los piensos con precisión, garantizando la seguridad y el cumplimiento de las normas.
Los dispositivos de espectroscopía portátiles como NeoSpectra pueden aportar la potencia de la NIR para satisfacer estas necesidades y más. Para ello, los dispositivos deben ser prácticos, fáciles de usar y proporcionar una precisión de laboratorio. Estos dispositivos pueden desempeñar un papel fundamental a la hora de ofrecer a los usuarios sobre el terreno un análisis instantáneo de la calidad de los piensos para que puedan tomar decisiones informadas que repercutan directamente en la salud y el crecimiento del ganado.
2. Cannabis medicinal
Para la industria del cannabis, la espectroscopia NIR ofrece un análisis instantáneo y no destructivo de las plantas de cannabis. Varias partes interesadas, como criadores, productores, reguladores y laboratorios, utilizan la NIR en diferentes etapas del ciclo de vida de la planta para lograr diversos objetivos, como la reproducción y el desarrollo selectivos de diferentes variedades de cannabis o mejorar características específicas como la potencia, el sabor, el aroma y las características de crecimiento. Además de cultivar variedades con diferentes niveles de cannabinoides y terpenos para satisfacer necesidades médicas específicas y muchas otras prácticas.
Para obtener más información, lea este estudio sobre el uso de NIR para la clasificación del cannabis medicinal.
3. Comida
En la industria alimentaria, mantener estándares de calidad impecables no es negociable. La espectroscopia NIR garantiza la calidad de varios productos alimenticios, como cereales, semillas, productos lácteos, carnes y aves, aceites y grasas. La NIR permite a las empresas mantener estrictos estándares de calidad en toda la cadena de valor, garantizando que los consumidores reciban alimentos que no solo sean seguros, sino también nutritivos y deliciosos.
La industria de producción de alimentos utiliza la NIR para monitorear los procesos de producción y garantizar la consistencia de una amplia gama de productos alimenticios, como se mencionó anteriormente, como los productores de leche que utilizan NIR para analizar la composición de la leche para el control de calidad antes de la distribución o el procesamiento posterior, además de las operaciones de harina y molienda que determinan la calidad de los granos y el contenido nutricional de la harina, garantizando los más altos estándares para los productos de consumo como el pan y la pasta.
4. Suelo
La NIR se utiliza con éxito en el análisis del suelo para evaluar la composición y la salud del suelo, lo que permite determinar rápidamente los atributos clave del suelo, como el contenido de carbono del suelo, el contenido de materia orgánica, los niveles de humedad y la disponibilidad de nutrientes, que son fundamentales para optimizar las prácticas de manejo de los cultivos y mejorar la productividad agrícola. Con la espectroscopia NIR, los agricultores obtienen información valiosa sobre las condiciones del suelo, lo que les permite tomar decisiones informadas que respaldan la agricultura sostenible y la gestión ambiental.
Lea más en esta revisión crítica de los indicadores quimiométricos que se utilizan comúnmente para evaluar la calidad de la tLa predicción de los atributos del suelo mediante espectroscopía NIR
La NIR demostró ser muy eficaz en el desarrollo de modelos de calibración para propiedades del suelo como el carbono total, el nitrógeno y la materia orgánica. Consulte este estudio, que evalúa la eficacia de la espectroscopía visible e infrarroja cercana (Vis-NIR) para el análisis del suelo en diferentes granjas europeas. El estudio también destaca la importancia del rango de variación de la muestra para lograr una calibración precisa.
5. Farma
Las empresas multinacionales adoptaron los dispositivos NIR a finales de la década de 1990 para la identificación de materias primas a fin de reducir el costo de las pruebas de laboratorio y garantizar que todos los materiales entregados estén correctamente etiquetados. La tecnología NIR también ofrece una inspección del 100% sin necesidad de diluir la muestra.
Algunas de las aplicaciones de la NIR en la industria farmacéutica:
- Pruebas en línea
- Operaciones de combinación
- Parámetros físicos como el tamaño de las partículas, la dureza, la fuerza de compactación y la velocidad de disolución
- Determinación de la humedad Determinación del contenido
La tecnología NIR desempeña un papel importante en el desarrollo de fármacos y el control de calidad en el sector farmacéutico, ya que funciona como un detective vigilante para las compañías farmacéuticas, ya que utilizan espectrómetros NIR para evaluar la calidad y la composición de los compuestos farmacológicos, mejorando sus procesos de desarrollo farmacológico.
7. Polímeros
El NIR ha avanzado enormemente en la identificación, caracterización y cuantificación de polímeros. Por ejemplo, se usa para clasificar polímeros, controlar la calidad de las materias primas, realizar análisis competitivos y evaluar la degradación térmica o fotoinducida en polímeros y cauchos. Esta técnica ofrece una combinación de practicidad y precisión en la medición y el análisis de polímeros.
Nuestro blog dedicado a las aplicaciones de la detección espectral NIR explora ejemplos del mundo real que muestran su poderoso impacto en diferentes industrias y cómo las soluciones de NeoSpectra impulsan el progreso y la innovación en estos sectores.
Tenga en cuenta que varias aplicaciones NIR vienen con varios dispositivos con diferentes especificaciones. Siga leyendo para obtener más información sobre cómo elegir el más adecuado para usted
Cómo elegir la solución de espectroscopía NIR adecuada
Consideraciones importantes al seleccionar la solución de espectroscopía NIR
- Coste total de propiedad
- Parámetros que deben analizarse
- Precisión de los resultados
- Facilidad de uso
- Preparación y mantenimiento del modelo
- Accesibilidad de los instrumentos y los resultados
La elección de la herramienta adecuada requiere una evaluación cuidadosa de las especificaciones técnicas del espectrómetro (como el rango espectral, la resolución y la relación señal/ruido (SNR)), la facilidad de uso y la compatibilidad con los equipos existentes. Además, es esencial tener en cuenta sus limitaciones presupuestarias y el apoyo del proveedor de instrumentos NIR para tomar una decisión bien informada.
Discutimos y explicamos más a fondo esas consideraciones en nuestro blog: cómo elegir la solución de detección espectral adecuada; léalo para obtener una explicación completa sobre la toma de decisiones.
NeoSpectra: espectroscopía NIR portátil pionera
NeoSpectra puede hacer todo lo mencionado anteriormente. Además de eso, tiene beneficios adicionales, como un análisis rápido e in situ, que reduce drásticamente los tiempos de respuesta, permite realizar evaluaciones más frecuentes y permite la toma de decisiones instantáneas e informadas en varios sectores. Todo ello se puede encontrar en nuestra solución portátil de espectroscopía NIR.
Aprenda cómo La solución de espectroscopía NIR portátil de NeoSpectra ayuda a las industrias, desde la nutrición animal, el suelo, la alimentación y la industria farmacéutica hasta el cannabis medicinal y los polímeros, y su compromiso con la accesibilidad, la precisión y la versatilidad.
Palabras finales
La tecnología NIR nos permite ver la composición de los materiales, comprender sus propiedades ocultas y probar los parámetros que necesitamos para tomar decisiones informadas de forma rápida y rentable. Su capacidad para revelar las propiedades críticas de los materiales sin alterarlos ha abierto las puertas a conocimientos e innovaciones sin precedentes.
Desde optimizar la nutrición animal y garantizar la calidad de los alimentos y el suelo hasta permitir el cultivo preciso de cannabis medicinal y proteger el medio ambiente, el futuro de la detección espectral ofrece una mayor precisión y aplicaciones más completas. La plataforma de espectroscopía NIR de NeoSpectra proporciona una solución de análisis espectral accesible, precisa y versátil, que pone al alcance de la mano los análisis de laboratorio e impulsa la innovación en la detección espectral.
