Spektroskopia fourierowska (FTIR) to spektroskopowa technika badawcza realizowana w oparciu o naturalne widmo elektromagnetyczne w zakresie długości fali od 2500 do 25000 nm. Zakres ten określa się mianem „średniej podczerwieni” i nazwa ta jest też często zamiennie stosowana dla tej metody analitycznej. Przede wszystkim jest to po prostu popularna nazwa techniki wykorzystywanej do przekształcenia danych optycznych na użyteczne dane liczbowe (transformata Fouriera). Spektroskopia w podczerwieni z transformatą Fouriera to po angielsku Fourier Transform Infrared Spectroscopy i stąd właśnie wywodzi się skrót FTIR.
Zalety technologii FTIR
Zasadnicza korzyść wynikająca ze stosowania analizy FTIR polega na tym, że technologia ta umożliwia szybki dostęp do wyników pomiaru, co z kolei ułatwia podejmowanie decyzji w procesach produkcyjnych w przemyśle spożywczym i rolniczym. Jest szczególnie przydatna przy badaniu próbek płynnych, np. mleka i wina. W porównaniu z rozwiązaniami tradycyjnymi, spektroskopia FTIR najczęściej nie wymaga przygotowywania próbek (lub jest to konieczne jedynie w podstawowym zakresie). Jest to również rozwiązanie, przyjazne użytkownikowi, szybkie, niezawodne i bardzo precyzyjne.
Jak działa technologia FTIR
- Światło z szerokopasmowego źródła o pełnym zakresie długości fali kierowane jest przez interferometr.
- Interferometr modyfikuje światło w sposób umożliwiający późniejsze przetwarzanie danych.
- Pozostałe promieniowanie jest wykrywane przez urządzenie, a uzyskane dane trafiają do komputera.
- Pozostałe promieniowanie jest wykrywane przez urządzenie, a uzyskane dane trafiają do komputera.
- Komputer przetwarza dane i określa poziom absorpcji dla poszczególnych długości fali, i w ten sposób, z zastosowaniem transformaty fourierowskiej, generuje widmo odpowiadające wynikowi pomiaru .
Najchętniej stosowany wariant technologii analitycznej w podczerwieni
Spektroskopia FTIR sprawdza się tak dobrze, że projektanci urządzeń analitycznych często uznają ją za rozwiązanie pierwszego wyboru.
Ponieważ widma generowane przez analizatory FTIR opierają się na licznych punktach danych, w większości przypadków pozwala to uzyskać bardzo precyzyjne dane widmowe analizowanej próbki. W istocie dokładność i powtarzalność wyników są często co najmniej tak samo dobre jak w przypadku tradycyjnej analizy chemicznej, a często nawet lepsze.
Analizatory FTIR najnowszej generacji optymalizowane są tak, aby zapewnić najlepszy stosunek sygnału do szumu, a zasadnicze elementy mechaniczne, jak np. kuweta (w której światło przechodzi przez bardzo cienką warstwę próbki) projektowane są pod kątem odporności na zużycie, które mogłoby powodować dryft charakterystyki optycznej. Na przykład analizator FOSS MilkoScan 7 może całymi tygodniami badać nawet do 600 próbek mleka na godzinę bez konieczności regulacji. Wynika to między innymi z zastosowania przemysłowej kuwety diamentowej w sercu analizatora. W tym kontekście technologia FTIR stanowi solidną platformę dla standaryzowanych urządzeń analitycznych oraz dla opracowywania wysoce stabilnych kalibracji, które można stosować w wielu analizatorach.
Technologia FTIR łączy także wysoką czułość z obsługą pełnego zakresu widma, a więc sprawdza się szczególnie dobrze przy pomiarze parametrów o niskim stężeniu, jak np. fenole w winogronach, które decydują o barwie i smaku wina. Ponadto, ponieważ wiele interferometrów FTIR skanuje pełne widmo średniej podczerwieni jednocześnie gromadząc dane analityczne, podczas jednego pomiaru można wykonać oznaczenie licznych parametrów i w większości przypadków zajmuje to zaledwie kilka sekund.
Oto zaledwie kilka spośród parametrów, które analizator FOSS WineScan SO2 może oznaczać w próbkach gotowego produktu: etanol, glukoza/fruktoza, kwas jabłkowy, kwasy lotne, kwasowość całkowita, pH oraz dwutlenek siarki w stanie wolnym i całkowitym. Dwie pozycje wymienione na końcu tej listy reprezentują szczególnie inteligentny sposób wykorzystania analizy FTIR, która umożliwia równoczesny pomiar większości parametrów wina w postaci płynnej oraz pomiar SO2 z próbki w postaci gazowej. SO2 to najpowszechniej oznaczany parametr w branży winiarskiej, przy czym tradycyjny pomiar trwa ok. 15 minut, podczas gdy do badania analizatorem WineScan SO2 wystarczą 3 minuty.
Analizatory FTIR mogą być stosowane do badań przesiewowych pod kątem nieprawidłowości, np. wykrywania przypadkowego skażenia detergentami w próbkach mleka.
Badania przesiewowe mleka za pomocą technologii FTIR
Kolejną mocną stroną metody FTIR jest to, że analizatory pracujące w tej technologii można również zaprogramować do wykrywania nieprawidłowości, np. w próbkach mleka, w celu sprawdzenia, czy nie zostały zanieczyszczone śladowymi ilościami detergentów. Badanie to odbywa się równocześnie z oznaczaniem parametrów składu produktu i nie jest przy tym wymagany żaden dodatkowy osprzęt.
Mleko surowe w sposób naturalny charakteryzuje się określonym widmem podczerwieni, czyli posiada unikatowy rysunek widmowy. Posługując się technologią FTIR możemy zaprogramować analizator tak, aby rozpoznawał widmo (rysunek widmowy) czystego mleka surowego. W przypadku stwierdzenia nieprawidłowego wyniku badania analizator wyświetli ostrzeżenie. Dzięki temu operator wie, że trzeba przeprowadzić dodatkowe testy, które pomogą określić źródło wykrytych nieprawidłowości.
Dlaczego w takim razie stosuje się inne technologie: FTIR czy NIR
Spektroskopia FTIR opiera się na zasadzie bardzo zbliżonej do NIR, ale wykorzystuje promieniowanie o większej długości fali, co pozwala na uzyskanie bardziej szczegółowych danych na temat składu chemicznego próbki.
Chociaż większa długość fali pozwala uzyskać wyższą czułość i zakres pomiaru, jednak w kontekście badania próbek stałych pojawia się ograniczenie, które wynika z tego, że promieniowanie może przeniknąć wyłącznie przez bardzo cienką próbkę (warstwa płynu o grubości 30 - 50 um). Z kolei technologia NIR, w zależności od konkretnej długości fali, ma możliwość penetracji próbek o grubości do 20 mm, dzięki czemu doskonale sprawdza się przy badaniu próbek stałych.
