Grundlagen der NIR-Spektroskopie
NIR-Grundlagen
Prinzip
Mit Hilfe von Infrarot-Strahlung werden kovalente Molekülbindungen in (zumeist) organischen Verbindungen angeregt. Die Detektion findet im nahen Infrarot (760 - 2.500 nm) statt. Dort kommt es zu Oberton- bzw. Kombinationsschwingungen der Grundschwingung im mittleren Infrarot. Es gilt das Lambert-Beersche Gesetz.
Die Oberton- und Kombinationsbanden werden bei der Analyse von Proben nicht direkt interpretiert, sondern mit Hilfe von statistischen Verfahren ausgewertet. Für quantitative Bestimmungen werden vorher Datensätze mit bekanntem Gehalt des interessierenden Stoffes erstellt.
Vorteile gegenüber der IR-Spektroskopie
Auf Grund der höheren Energie des nahinfraroten Lichts im Vergleich zum mittleren Infrarot und der geringeren Absorptionskoeffizienten gibt es eine größere Eindringtiefe und damit eine einfachere Handhabung (größere Schichtdicken: Millimeter statt Mikrometer).
Vereinfachte Probenvorbereitung (Messung an nativen Proben, keine vorgeschaltete Extraktion)
Wiederverwendbarkeit des eingesetzten Materials
Einfachere Geräte durch die Verwendung von Quarzgläsern
Messungen im Reaktor. Einfach Messung in diffuser Reflexion ist möglich
Nachteile gegenüber der IR-Spektroskopie
die Absorptionsbanden in nahen Infrarot sind viel breiter als im mittleren IR und
überlappen sich dadurch
Wasser ist ein sehr starker Absorber im nahen Infrarot. Verwendung chemometrischer Verfahren notwendig (Chemometrie)
Anwendung
Nahezu ideales Verfahren zur Bestimmung des Wassergehaltes in allerlei Produkten.
Klassische Anwendung bei Qualitätsanalysen landwirtschaftlicher Produkte (Getreide, Milch, Ölfrüchte) und Futtermittel zur Bestimmung von Feuchte (OH-Bindung), Protein- (Eiweiß, NH-Bindung), Rohfaser- (Faser, CH-Bindung und andere), Carboxylendgruppen in Kunststoffen (COOH) und Fettgehalt (CH-Bindung).
Heute verbreitet in der Prozesskontrolle in der Ernährungsindustrie, chemischen, pharmazeutischen und Petrochemie.
Seit kurzem wird die Nahinfrarotspektroskopie in der Neurophysiologie und Neuropsychologie als bildgebendes Verfahren zur Messung der Aktivität des Gehirns angewandt. Dabei werden dynamische Änderungen des Sauerstoffgehaltes des Bluts durch die Schädeldecke hindurch gemessen. Hieraus können aufgrund des Prinzips der neurovaskulären Kopplung Rückschlüsse auf umschriebene Aktivierungen in der Großhirnrinde abgeleitet werden.
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