Messprinzip der Nahinfrarotspektroskopie
NIR misst, wie stark eine Probe Strahlung im nahen Infrarot absorbiert oder reflektiert. Die Spektren entstehen durch Oberschwingungen und Kombinationsschwingungen chemischer Bindungen, insbesondere von Wasser, Fetten, Proteinen und Kohlenhydraten. Aus dem gemessenen Spektrum werden mit statistischen Kalibrationsmodellen quantitative oder qualitative Aussagen abgeleitet. Das Verfahren liefert deshalb in der Regel keine direkte Stoffidentifikation wie eine klassische Einzelsubstanzanalyse, sondern modellbasierte Bestimmungen für definierte Produkte und Parameter.
Typische Anwendungen in der Lebensmittelbranche
NIR wird in Laboren und in der Qualitätskontrolle für Rohwaren, Zwischenprodukte und Endprodukte eingesetzt. Häufige Anwendungen sind die Bestimmung von Feuchtigkeit, Fett, Protein, Trockenmasse, Zuckerprofilen oder anderen zusammensetzungsnahen Kenngrössen, sofern geeignete Kalibrationen vorliegen. Das Verfahren eignet sich für feste, pulverförmige, pastöse und flüssige Proben, etwa bei Getreide, Mehl, Milchprodukten, Futtermitteln, Ölsaaten oder verarbeiteten Lebensmitteln. Neben quantitativen Bestimmungen wird NIR auch zur Materialidentifikation, Wareneingangskontrolle und Chargenvergleich eingesetzt.
Probenformen, Kalibration und Grenzen des Verfahrens
Die Aussagekraft einer NIR-Messung hängt stark von der Probenbeschaffenheit und von der Kalibration ab. Partikelgrösse, Homogenität, Temperatur, Oberfläche und Wassergehalt können das Spektrum beeinflussen und müssen bei der Methodenentwicklung berücksichtigt werden. Je nach Anwendung wird in Transmission, Reflexion oder transflektiver Anordnung gemessen. Grenzen zeigt NIR bei sehr niedrigen Konzentrationen, bei Spurenelementen oder bei Parametern ohne ausreichend stabilen Bezug zum Spektrum; dafür sind andere Verfahren meist besser geeignet.
Abgrenzung zu IR, Online-Spektroskopie und anderen Analyseverfahren
Innerhalb der Analyseverfahren und Bestimmungsverfahren ist NIR ein spektroskopisches Schnellverfahren für routinefähige Zusammensetzungsanalysen. Gegenüber der Infrarotspektroskopie | IR arbeitet NIR mit weniger strukturspezifischen, aber oft robuster nutzbaren Spektren und erlaubt in vielen Fällen Messungen mit geringer Probenvorbereitung. Von Spektroskopie, online unterscheidet sich NIR dadurch, dass NIR das Messprinzip beschreibt, während Online-Spektroskopie die Einbindung direkt in den Prozess meint; NIR kann sowohl im Labor als auch prozessnah eingesetzt werden. Im Unterschied zu Atomabsorptionsspektroskopie | AAS ist NIR nicht für die gezielte Bestimmung von Metallen ausgelegt, und gegenüber Schnelltests liefert es keine einfache Ja-Nein-Reaktion, sondern spektral basierte Modellwerte.
