Mesure de la région proche infrarouge et considérations connexes Partie 2
Dans l'article "Mesure de la Région Proche Infrarouge et Considérations Associées Partie 1" qui est apparu dans la LETTRE FTIR TALK, Vol. 9, nous avons principalement décrit les caractéristiques de la mesure de transmittance dans la région proche infrarouge ainsi que certains points qui doivent être pris en compte pour effectuer cette mesure. Avec des méthodes de mesure autres que la mesure de transmittance, il y a certaines caractéristiques et considérations qui diffèrent de celles concernant la mesure dans la région infrarouge moyen. Ici, dans "Mesure de la Région Proche Infrarouge et Considérations Associées Partie 2", nous les introduisons avec l'aide d'exemples réels de mesure d'échantillons.
Caractéristiques de l'Absorbance de la Lumière Proche Infrarouge
Tout d'abord, nous aimerions revoir certaines des caractéristiques de l'absorbance de la lumière proche infrarouge.
La lumière proche infrarouge se réfère généralement à la lumière dans la gamme de nombres d'ondes de 12 500 à 4 000 cm-1 (longueurs d'onde de 800 à 2 500 nm). L'absorption de la lumière proche infrarouge, comme celle de la lumière infrarouge moyen, est basée sur la vibration du matériau. Cependant, l'absorption de la lumière proche infrarouge est beaucoup plus faible en intensité par rapport à l'absorption de la lumière infrarouge moyen, car l'absorption de la lumière proche infrarouge est basée sur des harmoniques et des tons combinés dans la région de la lumière infrarouge moyen. Par conséquent, la mesure des échantillons montrant une faible absorption est difficile, mais le fait que les échantillons puissent être mesurés sans être dilués est un avantage.
De plus, comme les solvants eux-mêmes montrent une faible absorption, les solutions aqueuses sont également relativement faciles à mesurer.
Mesure de la Réflectance Diffuse
Fig. 1 Spectre de Réflectance Diffuse Proche Infrarouge de la L-arginine
En plus de la mesure de transmittance, il existe plusieurs autres méthodes qui peuvent être utilisées pour mesurer l'absorption de la lumière proche infrarouge. La mesure de la réflectance diffuse est une méthode souvent utilisée pour la région proche infrarouge.
Comme pour la mesure de transmittance, il y a une absorption relativement faible de l'échantillon lorsque la mesure de la réflectance diffuse est utilisée dans la région proche infrarouge, donc la dilution avec de la poudre de KBr ou toute autre forme de prétraitement n'est pas nécessaire, et une mesure directe est possible. Les accessoires utilisés pour la mesure de la réflectance diffuse incluent des accessoires de réflectance diffuse et des sphères d'intégration.
Dans la mesure de la réflectance diffuse, un réflecteur de référence appelé référence est utilisé pour la mesure de fond (mesure de référence). Contrairement à la mesure de transmittance, il n'existe pas d'accessoires simples et efficaces permettant d'obtenir des valeurs absolues disponibles dans le commerce ; par conséquent, la mesure est de la réflectance relative à celle mesurée avec le réflecteur utilisé pour la correction de fond.
Un miroir en or (déposé en vapeur) agit souvent comme le réflecteur utilisé pour la correction de fond. Bien que les miroirs en or aient une absorbance dans la région de la lumière visible, ils présentent une réflectance extrêmement élevée dans la région proche infrarouge. Dans certains cas, un miroir en aluminium ou du sulfate de baryum est utilisé comme réflecteur.
Un point à noter concernant la mesure de la réflectance diffuse est que la quantité d'absorption de la lumière proche infrarouge varie avec la taille des particules et la densité de l'échantillon analysé. Pour des particules plus petites, le trajet optique est plus long, et pour des échantillons plus denses, il y a plus d'opportunités d'absorption par les particules et, par conséquent, l'intensité de l'absorption est plus grande.
Un des accessoires utilisés dans la mesure de la réflectance diffuse est la sphère d'intégration NIR. Cela permet d'analyser divers types d'échantillons, y compris les poudres, les comprimés et les pâtes.
Un miroir de réflectance diffuse en or avec une surface rugueuse (une surface de diffusion), plutôt qu'une surface finie en miroir, est utilisé comme réflecteur de référence. Après la mesure de référence, l'échantillon est placé sur la fenêtre en haut de l'accessoire, et la mesure est effectuée.
La Fig. 1 montre les résultats obtenus en analysant la L-arginine en utilisant un miroir de réflectance diffuse en or comme référence.
Fig. 2 Spectre de Réflectance Diffuse Proche Infrarouge de la L-arginine Obtenu avec et sans Conteneur en Verre
La mesure peut être effectuée simplement en plaçant l'échantillon sur le dessus de la sphère d'intégration. L'échantillon n'a pas besoin d'être dilué.
Dans la région proche infrarouge, comme dans la région de la lumière visible, presque aucune absorption n'est observée avec le verre ou le quartz. Pour cette raison, la mesure de la réflectance diffuse est possible pour un échantillon placé à l'intérieur d'un conteneur en verre.
La Fig. 2 montre les résultats obtenus en effectuant une mesure de réflectance diffuse sur la L-arginine placée dans un conteneur en verre.
Fig. 3 Spectre de Réflectance Diffuse Proche Infrarouge de la L-arginine Obtenu avec et sans Sac Plastique
Pour faciliter la comparaison, les données obtenues par mesure sans conteneur en verre (mêmes que celles de la Fig. 1) sont également montrées. On peut voir qu'il n'y a pas de différence entre les deux ensembles de données.
En utilisant le fait que l'absorption est moindre dans la région proche infrarouge que dans la région infrarouge moyen, les échantillons contenus dans des sacs en plastique sont parfois testés en effectuant une mesure directe à travers le plastique.
L'absorption d'un sac en plastique mince est extrêmement faible et une quantité d'absorption significativement plus grande est obtenue pour le contenu.
La Fig. 3 montre les résultats obtenus en effectuant une mesure de réflectance diffuse sur la L-arginine dans un sac en plastique.
Pour faciliter la comparaison, les données obtenues par mesure sans sac plastique (mêmes que celles de la Fig. 1) sont également montrées. On peut voir qu'il n'y a pas de différence significative entre les deux ensembles de données. Bien sûr, une petite quantité d'absorption par le sac plastique est observée dans le voisinage de 5 780 cm-1 et 4 250 cm-1. Globalement, cependant, aucune absorption significative par le sac plastique n'est observée, ce qui permet d'obtenir un spectre pour le contenu.
Avec la mesure de la réflectance diffuse proche infrarouge, alors, la dilution n'est pas requise comme prétraitement, comme c'est le cas avec la région infrarouge moyen, et la mesure est donc relativement facile.
Mesure avec Fibre
Fig. 4 Spectre de Réflectance Proche Infrarouge de la L-arginine Obtenu avec une Fibre
Un accessoire utile lorsque l'échantillon est trop grand pour être placé dans le compartiment d'échantillon de l'instrument est la sonde à fibre. La mesure par fibre est utilisée pour la région infrarouge moyen, mais les fibres offrant une efficacité de transmission élevée sur toute la région infrarouge moyen sont encore en cours de développement. Lors de l'utilisation de la fibre dans cette région, il y a des régions de nombres d'ondes dans lesquelles la mesure n'est pas possible en raison de l'absorption du matériau de la fibre lui-même, et cette méthode ne peut être utilisée que pour un échantillon limité.
En revanche, il existe des fibres offrant une efficacité de transmission élevée sur toute la région proche infrarouge, donc la mesure par fibre est relativement simple dans cette région.
La Fig. 4 montre les résultats obtenus en effectuant une mesure de réflectance en utilisant une sonde à fibre de type réflexion proche infrarouge. Parce que la lumière s'atténue au fur et à mesure qu'elle passe le long de la fibre, il y a plus de bruit qu'avec une sphère d'intégration.
Les données obtenues, cependant, sont similaires à celles obtenues avec une sphère d'intégration.
Comme avec une sphère d'intégration, la fibre peut être utilisée dans des applications telles que l'analyse du contenu des sacs en plastique.
Mesure de la Réflectance Spéculaire Proche Infrarouge
Fig. 5 Spectre de Réflectance Spéculaire Proche Infrarouge du Polystyrène
En plus de la mesure de la réflectance diffuse et de la mesure par fibre, que nous avons décrites ci-dessus, la mesure de la réflectance spéculaire (absorption par réflexion) est également possible.
La mesure de la réflectance spéculaire est effectuée à l'aide d'un accessoire de réflectance spéculaire. De plus, avec la mesure de la réflectance spéculaire dans la région proche infrarouge, un miroir en or ou en aluminium est utilisé pour la mesure de référence. Comme l'intensité de l'absorption est faible, par rapport à la mesure dans la région infrarouge moyen, la mesure de couches épaisses formées sur le dessus des métaux est relativement facile.
La Fig. 5 montre les résultats obtenus en effectuant une mesure de réflectance spéculaire proche infrarouge en utilisant un accessoire de réflectance spéculaire. L'échantillon était une couche de polystyrène de 0,5 mm d'épaisseur sur du métal.
Fig. 6 Spectre de Réflectance Spéculaire Proche Infrarouge de Film Mince
De plus, le calcul de l'épaisseur du film est plus facile dans la région proche infrarouge que dans la région infrarouge moyen. La Fig. 6 montre les résultats obtenus dans la mesure d'un film mince sur du métal.
Dans la région proche infrarouge, parce qu'il y a peu d'absorption par l'échantillon, des franges d'interférence peuvent être observées avec peu d'influence de l'absorption de l'échantillon. Pour cette raison, les spectres proche infrarouge sont efficaces pour la mesure de l'épaisseur des films.
Fig. 7 Fenêtre de Calcul de l'Épaisseur du Film
Pour l'échantillon dont les résultats sont montrés dans la Fig. 6, effectuer le calcul de l'épaisseur du film pour la gamme de nombres d'ondes de 7 000 à 6 000 cm-1 en entrant un indice de réfraction de 1,5 a donné un résultat de 39,5 μm. La Fig. 7 montre la fenêtre de calcul de l'épaisseur du film.
Résumé
Ici, nous avons décrit les caractéristiques de la mesure de la réflectance diffuse, de la mesure par fibre et de la mesure de la réflectance spéculaire dans la région proche infrarouge, et avons détaillé certains points à considérer pour garantir l'exécution.
Comparée à la mesure dans la région infrarouge moyen, il y a de nombreux avantages, tels que la possibilité d'effectuer des mesures sans prétraitement. Il y a cependant des inconvénients, tels que le fait que la base de données des spectres n'est pas aussi complète que celle de la région infrarouge moyen et le fait qu'il existe des absorptions difficiles à associer à des groupes fonctionnels (par exemple, des tons combinés), ce qui rend difficile l'obtention d'informations qualitatives.
En comprenant les diverses caractéristiques des méthodes de mesure utilisées pour la région proche infrarouge, ainsi que les points à considérer pour une exécution correcte, vous pouvez étendre la gamme des techniques de mesure et d'analyse à votre disposition et effectuer des mesures avec une plus grande efficacité.
En plus des méthodes que nous avons décrites jusqu'à présent, diverses autres types de mesures sont utilisées pour la région proche infrarouge, telles que la quantification multicomposants simultanée basée sur la chimiométrie.
À une autre occasion, nous aimerions faire une présentation sur la chimiométrie.
