¿Qué es la espectroscopia del infrarrojo cercano?
La radiación infrarroja (IR) fue detectada por primera vez en 1800 por Friedrich Wilhelm Herschel. Quería saber si existía un color específico de luz que pudiera estar relacionado con el calor de la luz solar. Herschel utilizó un prisma para separar los colores de la luz y colocó un termómetro como detector de los diferentes colores del arco iris o colores espectrales.
Más allá del extremo rojo del espectro visible, encontró la máxima cantidad de calor. Como no había luz visible, Herschel supuso que debía haber una forma invisible de luz más allá del extremo rojo del espectro visible. A esta radiación, que era invisible para él, la llamó radiación infrarroja (IR).
Hoy sabemos que la radiación infrarroja se puede dividir aún más. La radiación infrarroja se compone de varios rangos espectrales. Para poder utilizar los diferentes rangos espectrales, se incorporan diferentes fuentes de radiación y componentes ópticos en un espectrómetro.
Uno de los tipos de espectrómetros IR más versátiles y útiles es el espectrómetro de infrarrojo cercano (NIR), que cubre longitudes de onda justo más allá del visible, es decir, de 780 nm a 2500 nm.
Normalmente, los espectros NIR muestran bandas más amplias que surgen de la superposición de armónicos y vibraciones combinadas que se producen en moléculas más complejas. Los enlaces que suelen «verse» en los espectros NIR son H-C, H-O, H-S y H-N. Los materiales orgánicos suelen contener estos enlaces moleculares H. Debido a esto, los materiales biológicos y orgánicos se analizan a menudo con espectroscopia NIR.
Construcciones de espectrómetros: Czerny-Turner (CZ) y espectrógrafo de transmisión (TR)
Dos diseños de espectrómetros muy utilizados son el espectrógrafo Czerny-Turner, que suele basarse en una rejilla reflectante y espejos, y el espectrógrafo de transmisión.
Los mayores problemas de los espectrógrafos CZ son la luz parásita debida a las imperfecciones de la rejilla y el menor rendimiento (throughput) del sistema debido a la rejilla reflectante y la menor reflectividad de los espejos en comparación con la transmisión de las lentes. Además, los sistemas basados en espejos son más difíciles de compensar por errores ópticos como la aberración cromática o el astigmatismo.
Ventajas del diseño de transmisión:
La principal ventaja de un espectrómetro basado en rejillas de transmisión es su mayor rendimiento (en comparación con los espectrómetros de reflectancia). La mayor contribución a esto es la mayor eficiencia de difracción de las rejillas holográficas de fase volumétrica (VPH). Esto se debe a la mayor regularidad de las rejillas VPH y a la posibilidad de aplicar recubrimientos antirreflectantes a las cubiertas de las rejillas VPH. Las rejillas reflectantes (y los espejos utilizados en un espectrógrafo CZ) tienen un rendimiento (throughput) menor debido a las pérdidas superficiales en el proceso de reflexión. Al diseñar rejillas VPH, también hay más parámetros para optimizar la rejilla para el rango de longitudes de onda previsto. La relación entre la eficiencia y la longitud de onda es bastante homogénea para las rejillas VPH, mientras que las rejillas de reflexión están optimizadas para una longitud de onda específica y su eficiencia disminuye significativamente fuera de esta longitud de onda.
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