La Spettroscopia nel vicino infrarosso: applicazioni

Questa tesi ha il fine di illustrare le applicazioni di una tecnica analitica recente che sta trovando numerose applicazioni in molti settori. La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR), è una tecnica di analisi secondaria che utilizza la regione infrarossa dello spettro elettromagnetico (da circa 800 nm a 2500 nm) per indagare in modo non distruttivo sulle proprietà chimico-fisiche dei campioni. La spettroscopia NIR nasce nel 1800 con gli esperimenti di Herschel, ma per due secoli circa questa scoperta resta solo come un approfondimento di conoscenza dello spettro elettromagnetico. E’ solo nel 1973 che la spettroscopia NIR viene utilizzata per l’analisi dei prodotti biologici, soprattutto per misurare umidità e proteine nei cereali. Solo negli anni ‘90, la spettroscopia NIR si è ampiamente diffusa e ha trovato applicazioni in quasi tutte le attività produttive ed in campo biomedico. Oggigiorno questa tecnica si è affermata come una delle tecniche analitiche maggiormente utilizzate per determinare le proprietà chimiche degli alimenti e nell’agricoltura. La spettroscopia nel vicino infrarosso ha numerosi vantaggi rispetto alle metodiche chimiche tradizionali e agli strumenti convenzionali sebbene analisi di conferma devono spesso essere associate ad essa. Spettroscopi NIR venivano inizialmente utilizzati per le analisi degli alimenti e dei mangimi perché le basse assorbanze delle bande di assorbimento erano compatibili con campioni moderatamente concentrati: gli spettri potevano essere misurati mediante trasmissione della luce su campioni intatti. Tutto ciò permette analisi rapide e non distruttive che non richiedono alcuna preparazione dei campioni. I migliori risultati si ottengono quando la spettroscopia NIR è accoppiata a metodi chemiometrici e analisi statistica multivariata dei dati. Queste tecniche, infatti, permettono di mettere in relazione vari spettri NIR per un unico campione e confrontandole con gli archivi in linea si è in grado di generare un modello predittivo. Inoltre sempre grazie ai database on line è possibile riconoscere soltanto mediante lo spettro anche numerose sostanze incognite. La tecnica NIR risulta relativamente poca costosa, in quanto dopo l’iniziale investimento (nell’ordine 2 di poche decine di migliaia di euro) è necessaria poca manutenzione e non esige, dopo adeguate calibrature, di personale esperto; inoltre è in grado di misurare contemporaneamente e rapidamente un gran numero di parametri di un unico campione. Un’altra caratteristica molto apprezzata è quella del rispetto dell’ambiente in quanto non prevede l’uso di solventi chimici o reagenti. Essa si va sempre più affermando anche come tecnica di screening per individuare le adulterazioni e falsificazioni oltre a svariati fini scientifici anche grazie allo sviluppo degli strumenti e all’applicazione di specifiche tecniche chemiometriche. Lo sviluppo di metodi rapidi e non distruttivi ha consentito di aumentare il numero dei campioni da analizzare riducendo il problema del campionamento. Il settore agroalimentare è sicuramente quello dove la tecnica è maggiormente diffusa, circa il 70% delle applicazioni derivano da questo ambito. Le filiere più significative dove la tecnica NIR è applicata sono: cerealicola, lattiero casearia, ortofrutticola, zootecnica, mangimistica, vitivinicola, olearia. Inoltre queste ultime grazie a strumenti NIR online possono essere monitorate durante le varie fasi di processo della materia prima con misure in tempo reale di parametri di interesse. Numerose sono anche le applicazioni nell’ industria farmaceutica. La prima parte di questa tesi include le nozioni base della spettroscopia NIR, mentre la seconda parte contiene una panoramica delle applicazioni.