БИК vs. ИК: в чём разница?
8 янв. 2024 г.
Статья
Поделиться статьей
В первой статье нашей серии о спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК) мы объяснили, что такое это такое. В данной статье рассматривается разница между ближней инфракрасной и инфракрасной (ИК) спектроскопией, которую часто также называют среднеинфракрасной (средне-ИК) спектроскопией. Мы также обсудим, почему БИК спектроскопия может быть более подходящей, чем ИК, для решения ваших аналитических задач в лаборатории и в промышленных производственных процессах.
Различия в длинах волн и энергии
Мы определили БИК-спектроскопию (NIRS) как анализ взаимодействия ближнего инфракрасного света с веществом. В спектроскопическом анализе свет определяется длиной волны (а не приложенной энергией). Если это звучит для Dас ново, вы можете обратиться к первой статье этой серии в блоге:
Что такое спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне?
Длина волны света обратно пропорциональна его энергии. Следовательно, чем меньше длина волны, тем больше энергия. Электромагнитный спектр показан на Рис.1. Ближний инфракрасный диапазон находится между видимым диапазоном (более высокая энергия) и инфракрасным диапазоном (более низкая энергия) в пределах от 780 до 2500 нм.
Свет как из инфракрасного, так и из ближнего инфракрасного диапазона электромагнитного спектра вызывает колебания в определенных частях молекул (известных как функциональные группы). Таким образом, ИК- и БИК-спектроскопия относятся к группе вибрационной спектроскопии. На Рис. 2 показаны несколько функциональных групп и молекул, активных в ближнем инфракрасном диапазоне.
Разница в колебаниях, вызываемых ИК-излучением или БИК-светом, обусловлена более высокой энергией длин волн БИК-диапазона по сравнению с длинами волн ИК.
Колебания в инфракрасном диапазоне классифицируются как фундаментальные, то есть переходы из основного состояния в первое возбужденное. С другой стороны, колебания в ближнем инфракрасном диапазоне представляют собой либо комбинированные полосы (возбуждение двух колебаний в совокупности), либо обертоны. Обертоны – это колебания из основного состояния в уровень возбуждения выше первого (Рис. 3). Вероятность возникновения этих комбинационных полос и обертонов ниже, чем основных колебаний, и, следовательно, интенсивность пиков или полос поглощения в ближнем инфракрасном диапазоне ниже, чем интенсивность пиков в ИК-диапазоне.
Это лучше понять на примере подъема по лестнице. Большинство людей поднимаются по одной ступеньке за раз, но иногда можно увидеть, как спешащие люди преодолевают сразу две или три ступеньки. Это похоже на ИК- и БИК-диапазон: один шаг (ИК – основные колебания) встречается гораздо чаще, чем подъем по двум или более ступенькам одновременно (БИК – обертоны и комбинационные полосы). Вибрации в ближнем инфракрасном диапазоне имеют меньшую вероятность возникновения, чем вибрации в ИК. Следовательно, соответствующие полосы поглощения имеют меньшую интенсивность.
Преимущества БИК перед ИК
Приведенная выше теоретическая схема позволяет нам вывести следующие преимущества ближней инфракрасной спектроскопии (NIRS) по сравнению с ближней инфракрасной спектроскопией (IR).
Более низкая интенсивность полос при использовании NIRS, следовательно, меньшее насыщение детектора
Для твердых проб вы можете использовать чистые пробы в неизмененном виде в виале, подходящей для ИК-спектроскопического анализа. При ИК-анализе необходимо либо изготовить таблетку из KBr, либо аккуратно поместить твердый образец в окно метода ослабленного полного внутреннего отражения (ATR), не говоря уже о тщательной последующей очистке всего оборудования.
Для жидких проб спектры БИК-диапазона следует измерять в одноразовых флаконах диаметром 4 мм (или 8 мм), которые легко наполнять, даже вязкими образцами. Для ИК-анализа требуется очень короткая длина оптического пути (<0,5 мм). Для этого необходимы либо дорогостоящие кварцевые кюветы, либо проточные ячейки, ни одну из которых легко заполнить.
Более высокоэнергетический свет в NIRS обеспечивает более глубокое проникновение в образец
Это означает, что NIRS предоставляет информацию о большей партии образцов и не только поверхностные характеристики, как в случае с инфракрасной спектроскопией.
NIRS может использоваться для количественного анализа и идентификации
Ученые часто используют инфракрасную спектроскопию для обнаружения присутствия определенных функциональных групп в молекуле (только для идентификации). Фактически, количественная оценка – это одно из главных преимуществ использования БИК-спектроскопии (см. ниже).
NIRS – это универсальный метод
БИК-спектроскопия может использоваться для количественного определения химических веществ (например, влага, содержимое API), определение химических параметров (например, щелочное число, общее кислотное число) или физических параметров (например, плотность, вязкость, относительная вязкость, и характеристическая вязкость). Вы можете перейти по этим ссылкам, чтобы загрузить наши бесплатные инструкции по применению каждой методики.
NIRS работает с использованием волоконной оптики
Это означает, что вы можете легко перенести метод из лаборатории непосредственно в технологическую среду, используя анализатор с длинным оптоволоконным кабелем с низкой дисперсией и прочным зондом. Из-за физических ограничений использование волоконно-оптических кабелей с инфракрасным излучением невозможно.
БИК ≠ ИК-спектроскопия
Таким образом, метод ближней инфракрасной спектроскопии (NIR) отличается от метода инфракрасной спектроскопии (IR). Хотя оба метода относятся к вибрационной спектроскопии, БИК быстрее и проще в использовании, чем ИК. Метод не требует предварительной пробоподготовки и позволяет получить информацию о составе материала. Он также универсален, БИК-спектроскопия позволяет количественно определять различные химические и физические параметры, а также может применяться в технологических процессах.
Посмотрите наше видео, чтобы узнать об основных различиях между ИК- и БИК-спектроскопией.
В следующей части этой серии мы сосредоточимся на процессе внедрения ближнеинфракрасного спектрометра в рабочий процесс вашей лаборатории, используя конкретный пример.
Как внедрить БИК-спектроскопию в рабочий процесс вашей лаборатории
Your knowledge take-aways
Руководство по спектроскопическому анализу промышленных производственных процессов в ближнем инфракрасном диапазоне
Узнать больше о спектроскопических особенностях NIRS: об обертонах и комбинационных полосах, многомерном анализе данных и хемометрике.
