Espectroscopía de reflectancia NIR

Reseña

La espectroscopía de reflectancia es un método de análisis altamente flexible, que se puede aplicar a una amplia gama de investigaciones y procesos industriales. Con larga data como tecnología principal en la detección remota, la espectroscopía de reflectancia se ha vuelto popular en los mercados industriales como herramienta costo efectiva para medir materiales a fin de optimizar los procesos y administrar los costos.

¿Qué es un espectrómetro?

Un espectrómetro es un instrumento que mide la intensidad de la luz como función de la longitud de onda.

¿Cómo funciona?

Se utiliza una red de difracción para separar la luz blanca en sus diferentes longitudes de onda.
Podemos utilizar un detector para contar la cantidad de fotones que lo impactan.
Los fotones se convierten en electrones y se almacenan hasta que pase un tiempo determinado.
Los electrones se convierten en tensión y se les asigna un número digital.

Formatos espectrales

DN – Recuento de fotones en cada longitud de onda por un tiempo determinado

Reflectancia – relación de la luz reflejada de la muestra dividida la luz total disponible, en general, esto se define a partir de un material sólido.
Transmitancia – relación de la energía que atraviesa una muestra, comparada con la luz total disponible, en general, un líquido

Absorbencia – medición indirecta de la absorción, que utiliza Log [1/T] o Log [1/R], donde T representa las mediciones de transmitancia y R representa las mediciones de reflectancia.

¿A qué se denomina alcance de longitud de onda?

La espectroscopía de reflectancia NIR es un método que utiliza la región del infrarrojo cercano del espectro electromagnético (de alrededor de 700 a 2500 nanómetros). Al medir la luz dispersa a través de una muestra, los espectros de reflectancia NIR permiten determinar rápidamente las propiedades de un material sin alterar la muestra.

ASD ha llevado la tecnología NIR un paso más allá con el espectrómetro Goetz, un sistema híbrido que utiliza una combinación de regiones visibles y NIR (Vis/NIR) para incluir longitudes de onda desde 350 nm hasta 2500 nm. Los instrumentos poseen tres espectrógrafos separados optimizados para regiones específicas de longitud de onda. Este diseño posee un excelente rendimiento de luz espuria, alta sensibilidad fotométrica y un rápido tiempo de escaneo que no se obtienen con los instrumentos NIR más tradicionales.

Ventajas de la espectroscopía de reflectancia

La espectroscopía de reflectancia es una tecnología altamente flexible, ideal para una gran cantidad de aplicaciones.

Tecnología altamente flexible ideal para una gran cantidad de aplicaciones
No-destructiva, capaz de examinar superficies irregulares con la misma muestra cuidadosamente preparada.
Mayor potencia al combinarla con un modelo de calibración
Análisis de múltiples componentes en un solo escaneo
Análisis de múltiples componentes en un solo escaneo
Portátiles para campo, los espectrómetros NIR son lo suficientemente pequeños como para llevarlos a lugares remotos.
Seguro, no requiere procedimientos de seguridad adicionales durante su operación.

El espectrómetro y los sistemas de espectroradiometría de ASD convierten los datos medidos en información accionable para contribuir a optimizar los procesos o mejorar la investigación.

Resultados

Los espectros NIR generalmente contienen características que se superponen y no son el resultado de un solo componente. Afortunadamente, el software calcula automáticamente los resultados de los análisis cualitativos o cuantitativos, lo que resulta en una espectrometría NIR muy fácil de usar y de implementar.

Análisis cualitativo

Para el análisis cualitativo, una rutina automatizada de búsqueda/concordancia de pico identifica el material presente, comparando el espectro con una biblioteca de materiales conocidos. Esta aplicación puede ser valiosa para la identificación de materia prima y para estudiar la composición de los minerales o de otras muestras naturales complejas.

Análisis cuantitativo

El análisis cuantitativo con NIR ofrece resultados muy reproducibles y que, con frecuencia, contribuyen a reemplazar los ensayos de laboratorio que insumen mucho tiempo. El cliente o los servicios del equipo de soluciones SummitCAL de ASD pueden desarrollar calibraciones multivariantes.

Detectores

Los tres detectores empleados para cubrir la longitud de 350 – 2500 nm de los espectrómetros de alcance completo de ASD son:

VNIR (350-1000 nm) – 512 elementos matriz de fotodiodos de Si cubiertos con un filtro en orden
SWIR 1 (1001-1830 nm) – Red (grating) holográfica cóncava y un fotodiodo InGaAs con enfriador Two Stage TE
SWIR 2 (1831-2500 nm) – Red (grating) holográfica cóncava y un fotodiodo InGaAs con enfriador Two Stage TE

Los detectores de escaneo de un solo elemento en SWIR garantizan mediciones transparentes en el rango espectral 1001 nm – 2500 nm. Los detectores de un solo elemento eliminan la incertidumbre de “píxeles muertos” faltantes y la necesidad de cubrir los espacios con interpolación y atenuación de datos con instrumentos, empleando los detectores SWIR del arreglo de “estado sólido”.

Bandas de absorción

Las características espectrales en la materia orgánica son principalmente el resultado de las uniones con C, H, N y O. Estas características pueden superponerse y, a menudo, no son el resultado de un solo componente. El gráfico a continuación describe las regiones en donde pueden aparecer las características resultantes de estas uniones

Análisis espectral

Con el fin de analizar espectros adecuadamente, debe realizarse una medición inicial. La medición inicial detecta la cantidad de luz total disponible para iluminar la muestra. Esta medición inicial se emplea para normalizar la medición de muestra. Luego, se determina la relación de la medición inicial con la luz reflejada de la muestra, que elimina las características espectrales comunes a ambas, lo que resulta en un espectro de las características espectrales únicamente inherentes al material de la muestra.

Realizamos una relación del material descendente (downwelling) y la energía reflejada de la muestra utilizando los números digitales (DN) para calcular los valores de reflectancia/transmisión.