AVANTAGES DE LA SPECTROSCOPIE PROCHE

AVANTAGES DE LA SPECTROSCOPIE PROCHE INFRAROUGE AVEC LA
GAMME BUCHI NIRSolutions : NIRFlex® et NIRLab®
Eric LALOUM
Bio ingénieur, Docteur en Spectrochimie
La spectroscopie proche infrarouge (NIR - Near InfraRed Spectroscopy) est une méthode physicochimique d'analyse basée sur l'interaction entre un rayonnement lumineux dans le domaine proche
infrarouge (10.000-4000 cm-1 ou 1000-2500 nm) et les molécules de l'échantillon. Comme l'infrarouge
"classique" ou moyen, le proche infrarouge fait partie des spectroscopies vibrationnelles : selon sa
longueur d'onde, la lumière amplifie les mouvements de vibrations des molécules (élongation des
liaisons, torsions, pendule…). Cette absorption sélective de l'énergie lumineuse fournit donc un
spectre caractéristique de la nature et des quantités de molécules en interaction. Avec un
modèle adéquat (calibration), une analyse qualitative et/ou quantitative est donc possible.
METHODE RAPIDE
Un résultat est obtenu en une dizaine de secondes, ce qui permet d'augmenter le nombre d'analyses, de
diminuer la période de quarantaine pour la libération d'un produit, de contrôler à quai l'arrivage des matières
premières ou encore de suivre une cinétique pour la détermination d'une fin de réaction ou la régulation d'un
procédé.
ANALYSE MULTIPARAMETRIQUE
Le système peut être étalonné pour la détermination simultanée de plusieurs critères. La composition en
corps purs d'un mélange complexe peut ainsi être élucidée. Dans le cas de produits agro-alimentaires, eau,
matières grasses, protéines, glucides, sel… peuvent être dosés en une seule analyse. Un rapport d'analyse
complet peut donc être édité en une dizaine de secondes.
ANALYSE GLOBALE : CRITERES CHIMIQUES ET PHYSIQUES
L'absorption de la lumière par l'échantillon est sous la dépendance non seulement de sa composition chimique
mais aussi de critères physiques, qui peuvent donc être estimés à partir du spectre : granulométrie dans le cas
de poudres, température pour les liquides, viscosité, pH… De plus le spectre NIR donnant une image globale et
unique de l'échantillon, d'autres critères plus ou moins directement lié à sa chimie peuvent être déterminés :
rendement en pâte pour la pulpe de bois, taux de sucre extractible pour des râpures de betteraves, digestibilité
d'un fourrage, critères boulangers d'une pâte issue d'une farine (corrélation à l'activité enzymatique de l'alpha
amylase)…
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METHODE REPRODUCTIBLE
L'analyse étant essentiellement physique et ne comportant qu'une seule étape, les sources d'erreur sont
réduites (le principal facteur de variance étant l'hétérogénéité de l'échantillon et sa présentation). De plus, les
avantages relatifs à la transformée de Fourier permettent d'avoir un spectre moyenné avec un très bon rapport
signal / bruit (de l'ordre de 100.000). L'estimation du modèle (calibration) a elle-même une faible erreur associée
car un grand nombre de données sont utilisées (autour d'une centaine d'échantillons). De ce fait, le résultat (issu
de la multiplication matricielle du spectre par le modèle) a une bonne reproductibilité.
METHODE JUSTE
La prédiction se fait à partir d'un modèle d'étalonnage (droite de calibration). Or cette droite est estimée à partir
d'un grand nombre de points pour s'ajuster en moyenne au résultat de référence.
Valeur théorique "vraie"
SPECTRE NIR
ABSORBANCE
Valeur labo mesurée
Spectre
mesuré
Droite de
calibration
Distribution de la valeur labo
VALEUR LABO
REFERENCE
Valeur prédite
La prédiction donnée par le NIR est donc une estimation de la valeur théorique vraie de la référence et non
de la valeur labo mesurée qui peut parfois dévier de cette moyenne quand la reproductibilité de la méthode de
référence est mauvaise. En ce sens, la prédiction NIR est juste, car donne en moyenne la valeur "vraie" du
critère d'intérêt.
METHODE SIMPLE
Une fois la calibration préparée, l'analyse est "presse-bouton", il n'y a pas besoin d'être un utilisateur
expérimenté pour avoir de bons résultats. Il est aussi possible d'automatiser les acquisitions, le système
s'intégrant alors comme un capteur continu dans un procédé industriel. De plus le logiciel de pilotage et de
développement chimiométrique BUCHI NIRCal® a un assistant automatique d'optimisation de modèle
permettant de trouver la meilleure calibration pour une application donnée.
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MODULARITE ET FLEXIBILITE, ANALYSE EN LIGNE
Les systèmes proche infrarouge de la gamme BUCHI NIRSolutions® supportent de nombreux modules
d'extension avec des connectiques standard (SMA) pour analyser divers types d'échantillons : poudres,
solides, liquides, pâteux, émulsions… Les fibres optiques laissent passer le rayonnement proche infrarouge, il
est donc possible d'aller plonger une sonde d'analyse à très grande distance du spectromètre dans des
environnements hostiles ou sécurisés (cuves de réaction, conduites…). Un même système peut aussi recevoir
plusieurs sondes à l'aide d'un boîtier de multiplexage pour avoir des mesures en des points distants.
INTEGRATION, CENTRALISATION
Les systèmes BUCHI NIRSolutions® s'intègrent parfaitement à l'environnement de laboratoire ou sur des sites
de production dans des zones classées. Le système informatique de pilotage, conforme aux différentes normes
de sécurité (type CFR 21) permet une connexion directe à des systèmes centralisés (LIMS ou SNCC) pour
une traçabilité complète.
FAIBLE COÛT DE FONCTIONNEMENT
Aucun produit consommable (réactif, solvant, cuve spécifique…) n'est nécessaire pour l'analyse, de ce fait les
coûts de fonctionnement sont réduits et l'investissement est rapidement amorti.
ROBUSTESSE
Les systèmes BUCHI NIRSolutions® ont une conception originale qui leur confère une grande robustesse visà-vis des conditions expérimentales.
BUCHI NIRLab® N-200
BUCHI NIRFlex® N-400
Sonde d'immersion pour intégration en ligne
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