จากแสงสู่ความลึกซึ้ง: เข้าใจหลักการของสเปกโตรสโคปี NIR

บทนำ

ในบล็อกก่อนหน้าของเราเกี่ยวกับ สเปกโตรสโคปี NIRเราจัดการกับคำจำกัดความของสเปกโตรสโคปี NIRเราขอแนะนำให้คุณอ่านบทความนี้หากคุณไม่คุ้นเคยกับ NIR Spectroscopyแต่นี่คือสรุปประเด็นสำคัญอย่างรวดเร็วNIR เป็นวิธีการวิเคราะห์แบบไม่ทำลายล้างที่ทำงานในบริเวณใกล้อินฟราเรดของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าบริเวณนี้ครอบคลุมความยาวคลื่นตั้งแต่ประมาณ 900 นาโนเมตรถึง 2500 นาโนเมตร (นาโนเมตร) โดยการโต้ตอบกับวัสดุ แสงจะเก็บข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับองค์ประกอบโมเลกุลและคุณสมบัติของวัสดุซึ่งแตกต่างจากเทคนิคสเปกโตรสโกปีอื่น ๆ NIR ไม่ต้องการการเตรียมตัวอย่างอย่างกว้างขวาง ทำให้เหมาะสำหรับการวิเคราะห์อย่างรวดเร็วและเป็นประจำหลักการพื้นฐานของมันมีรากฐานมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงกับสสาร ทำให้เราสามารถเข้าใจองค์ประกอบของวัสดุที่ซับซ้อนได้แบบเรียลไทม์

ในบล็อกนี้ เราจะสำรวจพื้นฐานสำคัญบางประการของสเปกโตรสโคปี NIR เพิ่มเติมอ่านต่อเพื่อดูรายละเอียด 👇🏼

หลักการทำงานของสเปกโตรสโคปี NIR คืออะไร?

“หลักการระบุ NIR ขึ้นอยู่กับเหตุผลที่วัสดุจะดูดซับพลังงาน NIR และส่ง แปลงสะท้อน หรือสะท้อนในรูปแบบที่ไม่ซ้ำกันตามลักษณะทางกายภาพและทางเคมีของตัวอย่างดังนั้นเราจึงสามารถใช้ NIR สำหรับการวิเคราะห์ทั้งเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ภูมิภาค NIR ตั้งอยู่ที่ช่วงความยาวคลื่นระหว่าง 780 ถึง 2565 นาโนเมตรและช่วงจำนวนคลื่น 12820-3959 cm1 ดังนั้นจึงครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นที่อยู่ติดกับอินฟราเรดกลางซึ่งอาจขยายไปยังบริเวณที่มองเห็นได้” (ต้นกำเนิด)

หลักการทำงานของสเปกโตรสโคปี NIR หมุนรอบปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงใกล้อินฟราเรดและการสั่นสะเทือนของโมเลกุลภายในตัวอย่างปฏิสัมพันธ์นี้นำไปสู่การก่อตัวของแถบการดูดซับลักษณะเฉพาะ ทำให้สามารถวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณในแอปพลิเคชันต่างๆ

เนื่องจากแสงอินฟราเรดใกล้โต้ตอบกับสาร มันจะกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงการสั่นสะเทือนในพันธะโมเลกุล โดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับโอเวอร์โทนและการรวมกันของการสั่นสะเทือนพื้นฐานการสั่นสะเทือนพื้นฐานเกิดขึ้นที่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ในบริเวณอินฟราเรดกลางอย่างไรก็ตาม สเปกโตรสโคปี NIR ใช้ประโยชน์จากโอเวอร์โทนและการรวมกันของการสั่นสะเทือนพื้นฐานเหล่านี้ที่ตกอยู่ในช่วงใกล้อินฟราเรด

โอเวอร์โทนและการผสมผสานเหล่านี้ให้ลายนิ้วมือที่เป็นเอกลักษณ์สำหรับโครงสร้างโมเลกุลที่แตกต่างกันการดูดซับแสงใกล้อินฟราเรดโดยตัวอย่างนำไปสู่การก่อตัวของแถบการดูดซึมแถบเหล่านี้เป็นลักษณะขององค์ประกอบโมเลกุลที่มีอยู่ในตัวอย่างปริมาณแสงที่ดูดซับที่ความยาวคลื่นเฉพาะสอดคล้องกับความเข้มข้นของสปีชีส์โมเลกุลที่เกี่ยวข้อง

สเปกโตรสโคปี NIR มีความโดดเด่นในการวิเคราะห์เชิงปริมาณเนื่องจากความสามารถในการเชื่อมโยงความเข้มของแถบการดูดซึมกับความเข้มข้นของส่วนประกอบเฉพาะภายในตัวอย่างแบบจำลองการสอบเทียบได้รับการพัฒนาโดยใช้ตัวอย่างอ้างอิงที่รู้จัก ทำให้สามารถคาดการณ์องค์ประกอบของตัวอย่างที่ไม่รู้จักได้อย่างแม่นยำ

ต้องการทราบว่า NIR เป็นโซลูชันที่เหมาะสมสำหรับความต้องการด้านการวิเคราะห์ของคุณหรือไม่?

ตัวอย่างสามารถโต้ตอบกับแสงเพื่อการวิเคราะห์ NIR ที่ประสบความสำเร็จมีอะไรบ้าง

ในการจับสเปกตรัมการดูดซับของตัวอย่าง สเปกโตรมิเตอร์มักใช้หนึ่งในสามวิธีการสุ่มตัวอย่างเหล่านี้:

1.การส่งสัญญาณ:

การสุ่มตัวอย่างการส่งสัญญาณประกอบด้วยการนำแสงผ่านตัวยึดตัวอย่างโปร่งใส NIRโดยทั่วไปจะใช้ในวัสดุโปร่งใสและโปร่งแสง NIR เช่นของเหลวน้ำมันเชื้อเพลิงพอลิเมอร์/พลาสติก ฯลฯ โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับแหล่งกำเนิดแสงที่ด้านหนึ่งของตัวอย่างและเครื่องตรวจจับที่ด้านตรงข้ามตัวอย่างมักจะถูกวางไว้ในภาชนะใสหรือคิวเวตต์ NIR

ตามกฎของ Beer-Lambert ปริมาณแสงที่ดูดซับโดยตัวอย่างสัมพันธ์กับระดับความเข้มข้นขององค์ประกอบที่แตกต่างกันและความหนาของตัวอย่างดังนั้นการออกแบบของตัวยึดตัวอย่างจำเป็นต้องรับประกันว่าความหนาของตัวอย่างที่มีปฏิกิริยากับแสงที่เข้าสู่สเปกโตรมิเตอร์ NIR จะเหมือนกันเสมอสำหรับการวัดทุกครั้ง

2.การสะท้อนแสงแบบกระจายตัว:

ในการสุ่มตัวอย่างการสะท้อนแบบกระจายแสงที่ตกจะกระจัดกระจายไปในทิศทางต่างๆเมื่อโต้ตอบกับพื้นผิวของตัวอย่าง

เทคนิคนี้มีประโยชน์สำหรับตัวอย่างที่แตกต่างกันและทึบแสง และมักใช้ในการวิเคราะห์ดินและการประเมินคุณภาพอาหารนอกจากนี้ยังใช้สำหรับการวิเคราะห์พื้นผิวของโพลีเมอร์และการเคลือบ

ความแตกต่างของตัวอย่างหมายถึงการกระจายที่ไม่สม่ำเสมอของส่วนประกอบหรือคุณสมบัติภายในตัวอย่างการจัดการกับตัวอย่างที่แตกต่างกันในเคมีวิเคราะห์และสเปกโตรสโคปีก่อให้เกิดความท้าทายเนื่องจากองค์ประกอบ โครงสร้าง หรือลักษณะอาจแตกต่างกันไปในแต่ละภูมิภาคการวิเคราะห์ตัวอย่างดังกล่าวต้องใช้เทคนิคที่สามารถให้การวัดที่เป็นตัวแทนโดยพิจารณาจากรูปแบบเหล่านี้

ใน NIR Spectroscopy ควรใช้เครื่องมือที่สามารถจับพื้นที่ตัวอย่างขนาดใหญ่เพื่อลดผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ของความแตกต่างของตัวอย่างและมั่นใจได้ถึงความเป็นตัวแทนของตัวอย่างที่วัดได้ในบางกรณีที่ความแตกต่างของตัวอย่างสูง (เช่นอาหารสัตว์) เทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของตัวอย่างหรือเครื่องมือในระหว่างการวัดสามารถใช้เพื่อปรับปรุงความเป็นตัวแทนได้หรือตัวอย่างอาจต้องบดอย่างไรก็ตามมักจะเป็นตัวเลือกที่พึงปรารถนาน้อยที่สุดเนื่องจากเกี่ยวข้องกับการทำลายตัวอย่าง

3. การเปลี่ยนแปลง:

ทรานส์เฟล็กซ์คือการรวมกันของ “การส่งสัญญาณ” และ “การสะท้อนแสง”ในการวัดการเปลี่ยนแสง แสงที่ตกจะแทรกซึมเข้าไปในตัวอย่าง และทั้งแสงที่ส่งและแสงสะท้อนจะถูกรวบรวมและวิเคราะห์พร้อมกัน

เทคนิคนี้มีค่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจัดการกับตัวอย่างกึ่งโปร่งใสหรือสะท้อนแสงบางส่วน ซึ่งให้ข้อดีในสถานการณ์ที่วิธีการส่งหรือการสะท้อนแบบดั้งเดิมเพียงอย่างเดียวอาจไม่ให้ข้อมูลเพียงพอสเปกโตรสโกปีแบบทรานส์เฟล็กแทนซ์พบการใช้งานในสาขาต่างๆ รวมถึงเภสัชกรรม ชีววิทยา และวัสดุศาสตร์ โดยให้วิธีการที่หลากหลายในการรวบรวมข้อมูลที่ครอบคลุมจากตัวอย่างที่แสดงให้เห็นถึงความโปร่งใสและการสะท้อนแสงคล้ายกับการวัดการส่งผ่านความหนาของตัวอย่างมีผลต่อการอ่านของสเปกโตรมิเตอร์ NIRเพื่อทำการวัดการแปลงสัญญาณที่ถูกต้อง ควรให้ความสนใจกับการออกแบบส่วนประกอบออปติคอลและรูปทรงเรขาคณิตของการตั้งค่าเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสม่ำเสมอและความสามารถในการทำซ้ำของวิธีการนำตัวอย่างต่อแสง

จะเลือกเทคนิคการสุ่มตัวอย่างที่เหมาะสมสำหรับการวิเคราะห์ NIR ของฉันได้อย่างไร

การเลือกเทคนิคการสุ่มตัวอย่างที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญในการรับรองความสำเร็จและความแม่นยำของการวัดเชิงวิเคราะห์ทางเลือกของเทคนิคขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ รวมถึง:

• ลักษณะของตัวอย่าง สถานะทางกายภาพ และข้อมูลเฉพาะที่ต้องการการทำความเข้าใจลักษณะของตัวอย่าง เช่น ความโปร่งใส การสะท้อนแสง และความเป็นเนื้อเดียวกันเป็นสิ่งสำคัญตัวอย่างเช่น เทคนิคการส่งผ่านเหมาะสำหรับตัวอย่างโปร่งใส ในขณะที่การสะท้อนแบบกระจายเป็นประโยชน์สำหรับวัสดุที่แตกต่างกันและทึบแสง
• ความสามารถของเครื่องมือ พร้อมปัจจัยต่างๆ เช่น ความไว ความละเอียด และความเร็ว มีอิทธิพลต่อการตัดสินใจ
• การใช้งานจริงของวิธีการสุ่มตัวอย่างในแง่ของความสะดวกในการใช้งานประสิทธิภาพต้นทุนและข้อกำหนดในการเตรียมตัวอย่าง

ท้ายที่สุดการพิจารณาปัจจัยเหล่านี้อย่างรอบคอบช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะมีการเลือกเทคนิคการสุ่มตัวอย่างที่สอดคล้องกับเป้าหมายและลักษณะการวิเคราะห์เฉพาะของตัวอย่างที่อยู่ระหว่างการสอบสวน

ต้องพิจารณาปัจจัยอื่น ๆ เมื่อเลือกโซลูชันการตรวจจับสเปกตรัมที่เหมาะกับความต้องการของคุณมากที่สุดบทความของเราเกี่ยวกับ ข้อควรพิจารณาเมื่อเลือกโซลูชันการตรวจจับสเปกตรัมที่เหมาะสม สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกแก่คุณ

ไม่แน่ใจว่าเทคนิคการสุ่มตัวอย่างใดที่เหมาะกับคุณมากที่สุด

จะตีความสเปกตรัม NIR ได้อย่างไร

การตีความสเปกตรัม NIR ต้องใช้การประยุกต์ใช้เคมีเมตริกซ์แบบผสมผสานเพื่อพัฒนาแบบจำลองการสอบเทียบที่ดึงข้อมูลที่มีคุณค่าและอำนวยความสะดวกในการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ

แบบจำลองการสอบเทียบคืออะไร

แบบจำลองการสอบเทียบเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ได้รับการฝึกฝนสำหรับการทำนายพวกเขาเรียนรู้จากข้อมูลในอดีต ช่วยให้เครื่องมือหรือระบบจดจำรูปแบบและการเชื่อมต่อระหว่างปัจจัยต่างๆเมื่อได้รับการฝึกฝนแล้วโมเดลเหล่านี้สามารถทำนายได้อย่างมีข้อมูลในสถานการณ์ใหม่ในบริบทของ NIR Spectroscopy แบบจำลองการสอบเทียบเป็นเครื่องมือที่ช่วยให้เราทำการคาดการณ์เกี่ยวกับคุณสมบัติของตัวอย่างตามสเปกตรัม NIRมันเหมือนกับการสอนระบบอัจฉริยะเพื่อให้เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างสเปกตรัมของพารามิเตอร์ที่จะวิเคราะห์