Tehnici spectroscopice pentru monitorizarea compoziției alimentelor

1. Introducere

Cele mai critice puncte ale procesului de fabricație a alimentelor trebuie monitorizate pentru a obține un produs final care se conformează standardelor de calitate. Senzori care ar putea fi implementat on-line sau utilizați off-line chiar pe linia de producție au o importanță deosebită, deoarece oferă, în timp real, compoziția și calitatea producției.

Baza spectroscopiei moleculare este absorbția unei radiații electromagnetice de către molecule. Această absorbție este posibilă atunci când energia radiației se potrivește cu decalajul de energie dintre două niveluri cuantice moleculare. Fiecare frecvență corespunde unei diferențe specifice de energie între niveluri. Pentru fiecare frecvență, este posibilă cuantificarea absorbției de energie prin legea Beer Lambert.

În infraroșu mediu (MIR), energia absorbită corespunde modificărilor nivelului energetic vibrațional asociat cu dipolii grupurilor funcționale majore. Prezentarea eșantionului este un punct crucial în spectroscopia MIR. Reflectanța totală atenuată (ATR) este o metodă de prezentare care permite analizarea eșantioanelor lichide în linie.

Fizica ATR se bazează pe radiațiile infraroșii care intră într-o prismă realizată dintr-un material de transmisie cu infraroșu cu un indice de refracție ridicat în care lumina poate fi reflectată în totalitate internă. Această reflecție internă creează un efect numit undă evanescentă care se extinde dincolo de suprafața cristalului în eșantionul care este în contact cu cristalul. În regiunile spectrului infraroșu în care eșantionul absoarbe energie, unda evanescentă va interacționa cu eșantionul și se poate obține un spectru. ATR produce o lungime de traseu foarte scurtă pentru lumina infraroșu din eșantion, de la câțiva microni la câteva zeci de microni. Aceasta face ca această tehnică să fie ideală pentru materiale cu absorbție înaltă, cum ar fi soluții apoase.

Spectroscopia optotermală (OT) este o tehnică potențială de prezentare a eșantionului pentru utilizarea în infraroșu aproape (NIR). În comparație cu ATR din regiunea MIR, oferă aceleași avantaje de ușurință în utilizare. De asemenea, este demonstrat potențialul de utilizare a fluxului oprit în linie. OT este un mijloc posibil de introducere a NIR în industria produselor lactate și conexe.

Spectroscopia Raman este legată de spectroscopia în infraroșu, dar se bazează pe împrăștierea inelastică. Scatteringul este un proces foton-electron în care un foton incident excită un electron în eșantion care eliberează la scurt timp după aceea un foton diferit. Când fotonul eliberat are o frecvență diferită de fotonul capturat, aceasta este împrăștierea inelastică numită și împrăștiere Raman. Aceasta este legată de cât de strâns sunt legați electronii de nuclee. Ea implică aspecte vibraționale și polarizabile.