Spectroscopie du proche infrarouge (NIRS)

  • Introduction

    La spectroscopie NIR est utilisée pour l'analyse compositionnelle, fonctionnelle et sensorielle des ingrédients, produits intermédiaires et produits finis. Elle est déployée dans les secteurs de l'alimentation humaine et animale, de l'agriculture ainsi que des produits laitiers, pharmaceutiques et chimiques, lesquels subissent une pression constante pour fabriquer des produits qui répondent aux spécifications du client tout en augmentant la productivité et la rentabilité de l'usine.

    La NIR peut être utilisée pour l'analyse quantitative (détermination des concentrations de substances), l'analyse qualitative (identification des matières premières, produits intermédiaires et finis) et le contrôle de procédé. Elle peut fournir des informations sur la teneur en humidité, en protéines, en graisse et en amidon. Les applications NIR varient dans chaque secteur d'activités et sont personnalisées afin de répondre aux besoins spécifiques de différentes entreprises et de leurs produits.

  • La science

    Un spectromètre NIR mesure les harmoniques et les tonalités combinées des vibrations moléculaires dans la gamme des infrarouges, et notamment les vibrations asymétriques qui sont très intenses dans le proche infrarouge, c'est-à-dire les vibrations allongées des liaisons d'hydrogène (par exemple C-H, O-H et N-H).

    Mode de fonctionnement d'un spectromètre

    Le faisceau de lumière frappe le réseau de diffraction, lequel fonctionne comme un prisme et sépare la lumière en les longueurs d'onde de ses composants. Des barrettes de photodiodes en InGaAs permettent de détecter simultanément la totalité de la gamme de longueurs d'onde. La spectroscopie du proche infrarouge (NIR) s'appuie sur l'absorption du rayonnement électromagnétique (EM) aux longueurs d'onde dans la gamme de 780 à 2 500 nm. La lumière interagit avec l'échantillon et le détecteur mesure son facteur de transmission et son absorbance. Le facteur de transmission désigne la quantité de lumière qui passe complètement à travers l'échantillon et frappe le détecteur. L'absorbance est une mesure de la lumière qui est absorbée par l'échantillon. Le détecteur détecte la lumière transmise à travers l'échantillon et convertit ces informations dans un affichage numérique.
    Le rayonnement EM est décrit par sa fréquence (f, généralement en Hz), sa longueur d'onde (λ) ou l'énergie des photons (E). La longueur d'onde est inversement proportionnelle à la fréquence. L'énergie des photons est directement proportionnelle à la fréquence. Lorsque le rayonnement EM interagit avec les atomes et les molécules, son comportement dépend de la quantité d'énergie qu'il transporte. L'énergie du rayonnement NIR, par exemple, a le pouvoir de provoquer des harmoniques dans les vibrations moléculaires. Les harmoniques des différentes liaisons moléculaires absorbent à des fréquences spécifiques qui sont caractéristiques de leur structure.

  • Analyse quantitative

    Analyse quantitative

    Comme plusieurs harmoniques se chevauchent à l'intérieur d'un spectre, la spectroscopie NIR est principalement utilisée pour l'analyse quantitative des composants connus plutôt que pour l'identification. Une corrélation entre les spectres de référence et les résultats d'analyse de référence est déterminée à l'aide d'outils chimiométriques. Le modèle d'étalonnage qui en résulte est utilisé pour la prévision des échantillons inconnus.

    Avantages
    • Utile pour analyser toutes sortes de systèmes biologiques
    • Préparation de l'échantillon très sommaire, voire inutile
    • Méthode de mesure non destructive
    • Les résultats sont obtenus très rapidement, en quelques secondes
    • Application universelle avec toute molécule contenant des liaisons C-H, N-H, S-H ou O-H
    • Plusieurs résultats analytiques peuvent être prévus à partir des mêmes données NIR
    • Analyse simultanée de plusieurs composants sans le coût des produits chimiques ou des consommables
  • Exemples d'utilisation
    • Solution pour le secteur agricole pour l'analyse des cultures, des paramètres nutritionnels des aliments pour animaux et des matières premières pour la production de biocarburants. Le NIR produits des résultats de qualité déterminants pour la matière sèche, les protéines, l'humidité, l'huile, la granulométrie, les cendres, la dissolution de l'amidon, l'absorption d'eau et les liaisons chimiques spéciales.
    • Analyse des ingrédients de la nourriture (viande et produits carnés, produits laitiers, boissons, huiles, produits de cuisson, etc.) au cours du procédé ou au travers des échantillons du produit final. Les paramètres mesurables sont l'humidité, les protéines, les graisses, les acides gras libres, l'éthanol, la densité, les matières solides, les acides organiques, le profil glucidique et d'autres constituants importants.
    • Convient pour les chimistes qui développent de nouveaux composés et comme outil d'assurance qualité sur la ligne pour la production. Mesure de l'efficacité de mélange ou la structure interne d'un échantillon solide, tels que les pilules
    • Analyse des matériaux utilisés dans le secteur non alimentaire, comme la bioénergie, la papèterie, l'exploitation forestière, la construction, les textiles
    • La méthode fonctionne également en présence de substances parasites, comme les récipients en verre ou en plastique