UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora

Espectroscopia no Infravermelho Próximo

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Por: Michelle Daiane de Almeida Loures 
Mirton José de Frota Morenz

Espectroscopia no Infravermelho Próximo – ferramenta para o desenvolvimento da indústria e da pesquisa

William Herschel, um músico e astrônomo de sucesso, escreveu em 1800 dois artigos descrevendo o comportamento do espectro da radiação solar em relação aos efeitos de temperatura.

Herschel utilizou um prisma de vidro para dispersar a luz solar e mediu a temperatura em cada uma das cores, observando que a temperatura aumentava à medida que se aproximava do vermelho e, fazendo medidas de temperatura após o vermelho, onde não havia luz visível, encontrou valores ainda maiores, demonstrando a existência de componentes da luz que não eram visíveis aos olhos humanos. Esta radiação foi então denominada de infravermelha.

Mais tarde, por volta de 1905, o físico William Weber Coblentz, observou que dois compostos químicos diferentes não apresentavam espectros iguais e identificou certos padrões no espectro, o que possibilitou o uso da radiação infravermelha na obtenção de informações estruturais dos compostos, surgindo assim a espectroscopia como uma nova ferramenta química.

A espectroscopia se baseia na interação das ondas eletromagnéticas em um determinado comprimento de onda com os constituintes da amostra, gerando um espectro como resultado gráfico (resposta do equipamento vs. comprimento de onda).

Apesar de sua descoberta ter sido feita há mais de um século, a espectroscopia no infravermelho próximo (Near Infrared Spectroscopy-NIRS) é bastante recente, com cerca de 50 artigos escritos sobre o assunto até 1970. Isto se deve à difícil compreensão dos espectros gerados nesta região (de 700 a 2500 nm), que apresentam muitos picos fracos e sobrepostos de sobretons e bandas de combinação. No final dos anos 70, o surgimento da quimiometria, ciência que aplica métodos estatísticos em dados químicos, permitiu que a complexidade espectral na região do infravermelho próximo (Near Infrared-NIR) fosse mais bem compreendida e utilizada. A partir de então, a técnica começou a ganhar aceitação e passou a ser uma alternativa como método de medição.

Dentre as vantagens do método destacam-se: rapidez nas determinações (uma amostra é analisada a cada minuto), preservação e preparação mínima da amostra, dispensa o uso de reagentes químicos na fase de previsão e aplicação em vasta gama de materiais (pode analisar qualquer molécula que contenha ligações CH, NH, SH ou OH). Estas características fazem do método uma alternativa ágil, barata e limpa, uma vez que não gera resíduos. No entanto, ressalta-se que a qualidade dos resultados obtidos por essa técnica é dependente de bons e aceitáveis métodos de referência, por meio dos quais o equipamento NIR é calibrado.

Com tantos atrativos, a técnica passou a ser aplicada em diversos campos da indústria e da pesquisa como, por exemplo, na indústria alimentícia, petrolífera e de combustíveis, farmacêutica, cosmética e de polímeros, bem como em análises ambientais e clínicas. Contudo, foi na área agrícola que a técnica encontrou maior aplicação, e seu intensivo uso principalmente na área de agricultura de precisão possibilitou o lançamento da tecnologia no mercado e seu maior desenvolvimento. A crescente demanda por produtos e insumos de alta qualidade obtidos nos diversos setores industriais e produtivos, evidencia a necessidade do controle de qualidade nos processos de produção.

O Brasil tem mostrado experiência no tratamento adequado dos dados gerados por NIRS com muitos grupos em atividade em todo o país, empregando ou desenvolvendo metodologias quimiométricas e calibrações aptas para uso em pesquisas e análises de rotina. Um exemplo disto tem sido observado na Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Embrapa, que conta até o momento com 26 equipamentos NIR espalhados por todo o Brasil, em seus vários Centros de Pesquisa, os quais estão ligados em uma rede denominada “Rede NIR”, somando esforços para aprimorar seus conhecimentos nas áreas de espectroscopia e quimiometria a fim de criar modelos de calibração multivariados robustos e confiáveis para diferentes parâmetros químicos e diferentes matrizes, como por exemplo forrageiras, grãos e solos.

A Embrapa Gado de Leite (Juiz de Fora, MG) possui um equipamento NIRS, no qual cerca de 80 modelos de calibração foram desenvolvidos e são utilizados na rotina do Laboratório de Análises de Alimentos da Unidade. Estas calibrações permitem a rápida obtenção de resultados para os teores de umidade, proteína bruta, extrato etéreo, fibra insolúvel em detergente neutro, fibra insolúvel em detergente ácido, celulose, lignina, digestibilidade “in vitro” da matéria seca e matéria mineral, em amostras de forrageiras, silagens e milho.

Sem dúvida, com tantas aplicações e diversas outras ainda não exploradas, a tecnologia NIRS se mostra uma boa ferramenta para contribuir significativamente com o desenvolvimento da indústria e da pesquisa.

 

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