FTIR-spectroscopie

Fourier-transform infraroodspectroscopie (FTIR) is een analytische techniek die infraroodlicht gebruikt om de moleculaire samenstelling en structuur van stoffen te bepalen. Chemische bindingen absorberen infraroodstraling op karakteristieke frequenties die overeenkomen met hun vibratiefrequentie. Het resulterende absorptiespectrum is een moleculaire vingerafdruk waarmee verbindingen kunnen worden geïdentificeerd, mengsels worden gekarakteriseerd en chemische veranderingen worden gevolgd. FTIR wordt toegepast in de farmaceutische industrie, polymeeranalyse, voedingsmiddelenonderzoek, forensisch onderzoek en oppervlakteanalyse. Voor ruimtelijk opgeloste chemische karakterisering op sub-micrometer­schaal is AFM-IR (gebaseerd op atomaire krachts­microscopie) een aanvullende methode.

Wat betekent FTIR, en wat is het verschil met IR-spectroscopie?

FTIR staat voor Fourier-Transform InfraRoodspectroscopie: infraroodspectroscopie waarbij het spectrum wordt berekend met behulp van een wiskundige Fourier-transformatie. "IR-spectroscopie" is de bredere overkoepelende term voor elke techniek die infraroodabsorptie meet, inclusief de klassieke dispersieve instrumenten met een rooster of prisma. FTIR is in de praktijk de huidige standaarduitvoering van IR-spectroscopie: vrijwel alle moderne IR-instrumenten zijn FTIR-instrumenten, omdat de Fourier-transform-aanpak sneller en gevoeliger is dan de oudere dispersieve methode. De termen worden daardoor in de praktijk vaak door elkaar gebruikt, maar strikt genomen is FTIR een specifieke meettechniek binnen de bredere familie van IR-spectroscopie. Zie de vergelijking met dispersieve IR verderop in dit artikel voor de technische achtergrond.

Principe

FTIR maakt gebruik van een Michelson-interferometer in plaats van een klassiek dispersief element (rooster of prisma). Een infraroodbron zendt polychromatisch IR-licht uit dat door een stralensplitser (beam splitter) in twee bundels wordt verdeeld: één naar een vaste spiegel en één naar een bewegende spiegel. Door de bewegende spiegel te verplaatsen ontstaat een padlengteverschil tussen de twee bundels, waardoor zij bij hereniging interfereren. Het resulterende signaal — het interferogram — bevat informatie over alle golflengten tegelijk. Een Fourier-transformatie zet het interferogram om in het vertrouwde IR-spectrum (transmissie of absorptie als functie van golfgetal in cm⁻¹).

IR-straling: gebieden, bronnen en het verschil tussen IR en FTIR

De drie IR-gebieden

Infraroodstraling beslaat een breder golfgetalbereik dan alleen het mid-IR dat in standaard FTIR wordt gemeten:

De meeste laboratoriuminstrumenten meten uitsluitend het mid-IR bereik. NIR-instrumenten zijn sneller en geschikt voor at-line en online procescontrole, zoals toegelicht in het kennisbankartikel over nabij-infraroodspectroscopie (NIRS). Far-IR vereist speciale apparatuur en is hoofdzakelijk een onderzoekstechniek.

Wat betekent NIR en waar staat het voor?

NIR staat voor Near-InfraRood (Engels: Near-InfraRed), het golflengtegebied van infraroodstraling dat grenst aan het zichtbare licht. Het NIR-gebied beslaat golfgetallen van circa 4000–12500 cm⁻¹ (golflengten 0,8–2,5 µm). De term "nabij" verwijst op het feit dat dit het infraroedgebied is dat het dichtst bij zichtbaar licht ligt — in tegenstelling tot het mid-IR (400–4000 cm⁻¹, het hoofdgebied van standaard FTIR) en het far-IR (10–400 cm⁻¹, ver van het zichtbare spectrum). NIR-absorptie is afkomstig van overtooncombinaties van C–H, O–H en N–H bindingen — zwakkere en minder specifieke absorpties dan de fundamentele vibratiefrequenties in het mid-IR. In de analytische praktijk wordt NIR-spectroscopie (ook aangeduid als NIRS) breed toegepast voor snelle, niet-destructieve kwantitatieve analyse van voedingsmiddelen, graan, farmaceutische tabletten en polymeren, waarbij chemometrische modellen (PLS) de correlatie leggen tussen het NIR-spectrum en de gewenste eigenschap. Zie het kennisbankartikel over nabij-infraroodspectroscopie (NIRS) voor een uitgebreide behandeling van dit deelgebied.

Wat is het verschil tussen FT-NIR en NIR-spectroscopie?

NIR-spectroscopie (NIRS) is de overkoepelende term voor alle meetmethoden die het nabij-infraroodgebied (4000–12500 cm⁻¹) benutten voor analyse. Instrumenteel zijn er twee hoofduitvoeringen:

• Dispersieve NIR-instrumenten: klassieke instrumenten die golflengten selecteren via een rooster of een reeks interferentiefilters. Moderne varianten gebruiken een array-detector (diode-array of CCD) die het volledige NIR-spectrum gelijktijdig vastlegt zonder bewegende delen. Deze instrumenten zijn compact, robuust en geschikt voor at-line en inline procescontrole.
• FT-NIR (Fourier-Transform NIR): een FTIR-instrument waarbij de detector en eventueel de stralensplitser zijn aangepast voor het NIR-bereik. FT-NIR profiteert van dezelfde Fellgett-, Jacquinot- en Connes-voordelen als mid-IR FTIR: hogere signaal-ruisverhouding, betere golfgetalnauwkeurigheid en snellere acquisitie dan klassieke dispersieve NIR. FT-NIR is de voorkeursmethode voor nauwkeurige kwantitatieve analyses en voor toepassingen waarbij de golfgetalreproduceerbaarheid tussen metingen cruciaal is voor chemometrische modellen.

In de praktijk is het onderscheid voor de eindgebruiker vooral relevant bij de opbouw van chemometrische kalibratiemodellen: modellen ontwikkeld op een FT-NIR-instrument zijn niet direct overdraagbaar naar een dispersief NIR-instrument zonder hervalidatie, vanwege de verschillen in spectrale resolutie en golfgetalnauwkeurigheid. Voor een uitgebreide bespreking van NIR-spectroscopie en chemometrie, zie het kennisbankartikel over nabij-infraroodspectroscopie (NIRS).

Kunnen mensen infraroodstraling zien?

Nee, het menselijke oog is niet gevoelig voor infraroodstraling. Zichtbaar licht beslaat ongeveer 400–700 nm (0,4–0,7 µm), terwijl infrarood begint waar het zichtbare spectrum eindigt, vanaf circa 0,7 µm tot ver in het millimetergebied. De energie van IR-fotonen is te laag om de fotoreceptoren in het netvlies te activeren. Mensen ervaren infraroodstraling wel indirect als warmte: de huid bevat thermoreceptoren die de opwarming door geabsorbeerde IR-straling als warmtegevoel registreren, vooral in het far-infraroodgebied dat ook wel "stralingswarmte" wordt genoemd. Dit verklaart waarom een sterke IR-bron, zoals de globar in een FTIR-instrument, bij aanraking van de behuizing voelbaar warm aanvoelt zonder dat er licht zichtbaar is.

Wat is het verschil tussen UV-straling en IR-straling?

UV (ultraviolet) en IR (infrarood) liggen aan weerszijden van het zichtbare lichtspectrum en hebben tegengestelde golflengte- en energiekarakteristieken. UV-straling heeft een kortere golflengte (circa 10–400 nm) en daardoor een hogere fotonenergie, voldoende om elektronische overgangen in moleculen te veroorzaken; dit is het principe achter UV/Vis-spectrofotometrie. IR-straling heeft een langere golflengte (circa 0,7 µm tot 1 mm, zoals hierboven beschreven) en een lagere fotonenergie, die niet voldoende is voor elektronische overgangen maar wel moleculaire vibraties — het rekken en buigen van chemische bindingen — in werking kan zetten. Dit verschil in onderliggend mechanisme bepaalt ook welke informatie elke techniek oplevert: UV/Vis is vooral geschikt voor kwantificering van bekende verbindingen met een chromofoor, terwijl FTIR functionele-groepsinformatie en structuurbevestiging geeft, ook van verbindingen zonder UV-chromofoor.

Welke IR-bron wordt gebruikt in FTIR?

De lichtbron in een FTIR-instrument hangt af van het meetgebied:

• Globar (siliciumcarbide, SiC) — de standaardbron voor mid-IR; een keramische staaf die verhit wordt tot ca. 1100 °C en breedbandig IR-licht uitzendt. Robuust en lang levensduur.
• Nernst-staaf (zirkoniumoxide) — historische bron; hogere stralingsintensiteit dan globar bij hogere golfgetallen maar fragiel en beperkte levensduur.
• Wolfraam-halogeenlamp — voor near-IR metingen; hogere intensiteit in het NIR-gebied dan een globar.
• IR-LED en quantumcascadelaser (QCL) — moderne alternatieve bronnen voor specifieke golfgetalbereiken in draagbare en inline FTIR-systemen.

Wat is het verschil tussen dispersieve IR en FTIR?

Voordelen van FTIR ten opzichte van dispersieve IR

Wat zijn de vier voordelen van FTIR ten opzichte van dispersieve IR-spectroscopie?

In de klassieke FTIR-literatuur worden vier instrumentele voordelen van de Fourier-transform-aanpak ten opzichte van dispersieve IR-instrumenten onderscheiden:

1. Fellgett-voordeel (multiplex-voordeel): alle golflengten worden gelijktijdig gemeten in plaats van sequentieel. Voor een spectrum van N golfgetalpunten geeft dit een signaal-ruisverhouding die een factor √N beter is dan bij dispersieve meting bij gelijke meettijd. In de praktijk leidt dit tot spectrumaquisitie in seconden in plaats van minuten.
2. Jacquinot-voordeel (doorvoervoordeel of étendue-voordeel): de interferometer heeft geen smalle ingangsspleet zoals een rooster-monochromator. Dit geeft een veel grotere lichtdoorvoer (flux) door het instrument, wat de signaalsterkte verhoogt. Het voordeel is bijzonder groot voor zwakke bronnen of sterk absorberende monsters.
3. Connes-voordeel (golfgetal-nauwkeurigheidsvoordeel): de spiegelverplaatsing in de Michelson-interferometer wordt continu bewaakt door een interne He-Ne-laser (633 nm), waarvan de golflengte uitzonderlijk stabiel en nauwkeurig bekend is. Dit geeft een absolute golfgetalnauwkeurigheid van ± 0,01 cm⁻¹ of beter — twee ordes van grootte nauwkeuriger dan klassieke dispersieve instrumenten (± 2–4 cm⁻¹). Hierdoor zijn FTIR-spectra van verschillende instrumenten en laboratoria direct vergelijkbaar.
4. Stray-light-voordeel (laag strooilicht): bij dispersieve instrumenten bereikt een fractie van niet-gewenste golflengten de detector via reflecties en verstrooiing in het monochromator-systeem (strooilicht), wat de basislijn verstoort en de dynamische range beperkt. In een FTIR-interferometer is het strooilicht-probleem intrinsiek kleiner omdat er geen dispersief element met meerdere reflecterende oppervlakken aanwezig is. Dit verbetert de betrouwbaarheid van kwantitatieve metingen, met name bij lage absorptiewaarden.

Het Fellgett-voordeel (multiplex-voordeel) houdt in dat alle golflengten gelijktijdig worden gemeten, waardoor de signaal-ruisverhouding aanzienlijk beter is dan bij sequentiële meting. Het Jacquinot-voordeel (doorvoervoordeel) levert meer lichtdoorvoer op dan een spleetgebaseerd systeem. Hierdoor zijn FTIR-spectra snel te meten (seconden), nauwkeurig in golfgetal (Connes-voordeel via interne He-Ne-laserkalibratie) en geschikt voor zwakke signalen.

Waarom gebruiken mensen FTIR?

FTIR is uitgegroeid tot de standaard voor moleculaire structuuranalyse in het laboratorium omdat het een unieke combinatie van eigenschappen biedt die geen andere routinetechniek evenvaart:

• Universele moleculaire informatie: vrijwel elke organische en anorganische verbinding met moleculaire bindingen geeft een karakteristiek IR-spectrum. FTIR kan polymeren, farmaceutische grondstoffen, voedingsmiddelen, kleurstoffen, smeermiddelen en polymorphe kristalvormen identificeren — zonder voorafgaande scheiding of voorbereiding.
• Snelheid: een volledig mid-IR spectrum is in seconden verkregen bij ATR-meting. Voor incoming goods inspection in de farmaceutische industrie, recycling-identificatie van plastics of procesbewaking in de voedingsindustrie is geen snellere structuurtechniek beschikbaar.
• Minimale monstervoorbereiding: met een ATR-accessoire wordt het monster direct opgemeten — geen oplossen, derivatiseren of labeling nodig. Dit maakt FTIR ook toegankelijk als niet-destructieve methode: na meting is het monster onveranderd.
• Kwantitatief én kwalitatief: FTIR wordt ingezet voor identiteitsbevestiging (bibliotheekvergelijking), polymorfiebepaling, degradatieanalyse (carbonylindex) en kwantitatieve gehaltebepalingen via piekoppervlakteverhoudingen of chemometrie.
• Breed toepassingsgebied: van farmaceutische kwaliteitscontrole en polymeerkunde tot forensisch onderzoek, voedseladulteratie en microplasticidentificatie — FTIR is toepasbaar in vrijwel elk laboratorium en ook in draagbare systemen voor veldmeting.

Wat betekent resolutie bij een FTIR-meting, en welke waarde kies je?

De resolutie van een FTIR-meting, uitgedrukt in cm⁻¹, bepaalt hoe dicht twee afzonderlijke absorptiebanden bij elkaar mogen liggen om nog als gescheiden pieken te worden waargenomen. Een lager getal betekent een hogere resolutie: bij 4 cm⁻¹ resolutie kunnen banden die 4 cm⁻¹ uit elkaar liggen nog onderscheiden worden, bij 1 cm⁻¹ resolutie geldt dat voor banden die slechts 1 cm⁻¹ uit elkaar liggen. In FTIR wordt de resolutie bepaald door de maximale verplaatsing van de bewegende interferometerspiegel: een grotere spiegelverplaatsing geeft een hogere resolutie, maar vereist ook een langere meettijd. Voor de meeste routinetoepassingen — polymeeridentificatie, farmaceutische identiteitscontrole, bibliotheekvergelijking — volstaat een standaardresolutie van 4 cm⁻¹, omdat de meeste vaste-stof- en vloeistofbanden in het mid-IR aanzienlijk breder zijn dan dit verschil. Een hogere resolutie (1 cm⁻¹ of beter) is alleen nodig bij gasfasemetingen, waar rotatie-vibratiebanden veel smaller zijn en fijnstructuur zichtbaar kan worden, of bij onderzoekstoepassingen waarbij overlappende banden van naburige verbindingen moeten worden onderscheiden. Een onnodig hoge resolutie kiezen verlengt de meettijd zonder analytisch voordeel en verhoogt bovendien de ruis per datapunt, omdat het signaal over meer golfgetalpunten wordt verdeeld.

Monstervoorbereiding en meetmethoden

Wat is de standaardmethode voor FTIR-analyse?

De ATR-methode (Attenuated Total Reflectance) is in het moderne laboratorium de standaard voor routinematige FTIR-analyse. ATR heeft de KBr-tabletmethode in de meeste toepassingen verdrongen vanwege drie praktische voordelen: geen monstervoorbereiding (monster direct op het kristal aanbrengen), niet-destructieve meting (het monster blijft onveranderd) en snelheid (gehele meting inclusief achtergrond in minder dan twee minuten). Een diamant-ATR-accessoire is universeel inzetbaar voor vaste stoffen, vloeistoffen, pasta’s, films en rubbers, en chemisch resistent tegen vrijwel alle laboratoriumchemicaliën. ZnSe-kristallen zijn goedkoper maar niet resistent tegen sterk zure monsters; Ge-kristallen geven een hogere penetratiediepte bij hoge-index materialen. De KBr-tabletmethode blijft de voorkeursmethode voor referentiemetingen, archivering van spectra voor farmacopee-doeleinden en bij monsters die moeilijk goed contact maken met een ATR-kristal. DRIFTS is de standaard voor ruwe poeders en oppervlakken. Gasfasemeting in een lange-pad-cel (White cell of Herriot cell) is de methode voor vluchtige verbindingen en gasmengsels.

KBr-tablet (transmissie)

De klassieke methode voor vaste stoffen: het monster (1–2 mg) wordt gemalen en gemengd met droog kaliumbromide (KBr, 100–200 mg), en daarna geperst tot een transparante tablet. KBr is transparant in het volledige mid-IR gebied (400–4000 cm⁻¹). Nadelen zijn de gevoeligheid voor vocht en de tijdrovende voorbereiding.

ATR (Attenuated Total Reflectance)

ATR is de meest gebruikte moderne meetmethode. Het monster wordt direct op een kristal (diamant, ZnSe of Ge) gedrukt; het IR-licht penetreert slechts een paar micrometer in het monster via een evanescent wave. ATR vereist minimale monstervoorbereiding, is geschikt voor vloeistoffen, pasta’s, films en vaste stoffen, en is niet-destructief. Een diamant-ATR-accessoire is universeel inzetbaar en chemisch resistent.

Transmissie (vloeistoffen)

Vloeistoffen worden gemeten in gesloten cellen met ramen van NaCl, KBr of CaF₂. De padlengte (typisch 0,01–1 mm) wordt bepaald door de dikte van de spacer. Water absorbeert sterk in het IR en is moeilijk te meten; gebruik CaF₂-ramen en korte padlengten of ATR.

Diffuse reflectie (DRIFTS)

Diffuse reflectiespectroscopie (DRIFTS) is geschikt voor ruw poeder of oppervlakken. Het licht penetreert in het monster en wordt diffuus gereflecteerd. Geschikt voor katalysatoren, grond, medicijntabletten en coatings.

Microscopie (FTIR-micro)

Koppeling van FTIR aan een IR-microscoop maakt ruimtelijk opgeloste analyse mogelijk met een spatiale resolutie tot ca. 10 µm. Toepassingen zijn microplasticidentificatie, forensisch vezelonderzoek, inclusieanalyse in gesteente en degradatieonderzoek van polymeerfilms. Zie voor de instrumentele opbouw, monstervoorbereiding en chemische imaging het kennisbankartikel over microspectroscopie.

Het IR-spectrum: interpretatie

Het mid-IR spectrum (4000–400 cm⁻¹) wordt verdeeld in functionele-groepsgebied en vingerafdrukgebied:

• 3600–2500 cm⁻¹ — O–H rek (breed, 3200–3550), N–H rek (3300–3500), C–H rek (2850–3000), C⁻H terminaal alkyn (3300).
• 2500–2000 cm⁻¹ — C≡N, C≡C, C=C=O cumulatieve dubbele bindingen; CO₂ bij 2349 (atmosferische stoorband).
• 1800–1500 cm⁻¹ — C=O rek: ester (1735–1750), keton (1705–1725), amide (1630–1680, amide I), carbonzuur (1700–1725 breed); C=C aromaat (1500, 1600).
• 1500–400 cm⁻¹ — vingerafdrukgebied; karakteristiek per verbinding, moeilijk direct te interpreteren maar essentieel voor identificatie via bibliotheekvergelijking.

Hoe interpreteer je een FTIR-spectrum stap voor stap?

Een systematische aanpak voor het interpreteren van een onbekend FTIR-spectrum:

1. Controleer de spectrumkwaliteit — de basislijn moet vlak liggen bij 100 % transmissie (of 0 absorptie-eenheden) in gebieden zonder absorptie. Stoorbanden van CO₂ (2349 cm⁻¹) en waterdamp (1300–2000 en 3500–3900 cm⁻¹) moeten afwezig zijn bij goede purging. Verzadigde pieken (transmissie = 0) zijn niet kwantitatief bruikbaar.
2. Begin in het hoge-golfgetalgebied (3600–2500 cm⁻¹) — bepaal welke X–H-bindingen aanwezig zijn. Breed O–H rond 3300 cm⁻¹ wijst op alcohol of carbonzuur; scherp N–H op amine of amide; C–H (2850–3000) is aanwezig in vrijwel alle organische verbindingen.
3. Controleer het carbonylgebied (1800–1600 cm⁻¹) — aanwezigheid en positie van een C=O-band is de meest diagnostische informatie in het spectrum. Ester (1735), keton (1715), aldehyde (1725 + twee C–H-banden bij 2720 en 2820), amide (1650), carbonzuur (1710, breed O–H).
4. Bekijk het functionele-groepsgebied (2000–1500 cm⁻¹) — drievoudige bindingen en cumulatieve dubbele bindingen (2000–2500), aromatische C=C-rekbanden (1500 en 1600).
5. Gebruik het vingerafdrukgebied (1500–400 cm⁻¹) voor bibliotheekzoekactie — dit gebied is te complex voor directe interpretatie maar uniek per verbinding. Vergelijk het volledige spectrum met een IR-bibliotheek (NIST, commerciële bibliotheken) via softwarematige matching (Hit Quality Index, HQI). Een HQI ≥ 90 % geldt als goede overeenkomst.
6. Bevestig de identiteit — alle significante pieken in het referentiespectrum moeten aanwezig zijn in het monsterspectrum en vice versa. Ontbrekende pieken of extra pieken duiden op een mengsel, polymorf of verontreinigd monster.

Wat kan FTIR niet detecteren?

FTIR heeft fundamentele beperkingen die bepalen wanneer een andere techniek noodzakelijk is:

Toepassingen

Polymeeridentificatie en -karakterisering

FTIR is de standaardmethode voor de identificatie van polymeertypen (PE, PP, PVC, PS, PET, nylon) in kwaliteitscontrole en recycling. Degradatiegraad (oxidatie-index, carbonylindex) en additiefconcentraties (antioxidanten, vlamvertragers) worden kwantitatief bepaald via piekoppervlakteverhoudingen.

Farmaceutische analyse

Identiteitsbevestiging van API’s en hulpstoffen conform Ph.Eur. en USP via bibliotheekvergelijking. FTIR is de snelste niet-destructieve methode voor incoming goods inspection. Polymorfiebepaling (kristalvormen van hetzelfde geneesmiddel met verschillende biologische beschikbaarheid) is een kritische toepassing in formulatieontwikkeling.

Voedingsmiddelen

Vetsamenstelling (vetzuurprofiel, cis/trans-verhouding), vochtgehalte, eiwitgehalte en adultaratie (bijv. melamine in melkpoeder, palmolie in olijfolie) worden bepaald via FTIR in combinatie met chemometrie (PLS-regressie, PCA).

Milieu en forensisch

Microplasticidentificatie in water en sediment via FTIR-micro, brandstofidentificatie bij brandonderzoek, identificatie van onbekende chemicaliën bij incidentrespons en verificatie van gevaarlijke stoffen.

Gerelateerde technieken

Voor kwantificering van verbindingen in oplossing is UV/Vis-spectrofotometrie eenvoudiger en goedkoper. Voor volledige structuuropheldering van onbekende organische verbindingen is NMR-spectroscopie de gouden standaard. Elementanalyse wordt uitgevoerd via AAS of ICP-MS/ICP-OES. Voor moleculaire identificatie via inelastische lichtverstrooiing — complementair aan FTIR — zie het artikel over Raman-spectroscopie. Voor de toepassing van FTIR in koppeling met thermogravimetrie (TGA-FTIR) voor de identificatie van vrijkomende gassen tijdens thermische ontleding, zie evolved gas analysis (EGA).

Wanneer gebruik je röntgendiffractie (XRD) in plaats van FTIR?

FTIR en röntgendiffractie (XRD) zijn beide technieken voor de karakterisering van vaste stoffen, maar zij meten fundamenteel verschillende eigenschappen en zijn complementair — niet concurrerend:

Kies FTIR wanneer de moleculaire samenstelling, functionele groepen of chemische identiteit de primaire analytische vraag is. Kies XRD wanneer de kristalstructuur, de ruimtelijke rangschikking van moleculen in het rooster, de exacte polymorfvorm of de kristalliniteitsgraad moet worden vastgesteld. In de farmaceutische ontwikkeling worden beide technieken standaard gecombineerd: FTIR voor snelle identiteitsbevestiging van de grondstof, XRD voor definitieve polymorfiekarakterisering van de werkzame stof.

Veelgestelde vragen

Kan FTIR bacteriën detecteren?

Ja, FTIR kan bacteriën detecteren en karakteriseren, maar met een belangrijke kanttekening over het detailniveau. Een FTIR-meting van een bacteriecultuur of -monster levert een biochemisch profiel op van de celwand, het membraan en de macromoleculaire samenstelling (eiwitten, lipiden, polysachariden, nucleïnezuren), waarmee aanwezigheid van bacterieel materiaal en globale verschillen tussen groepen micro-organismen kunnen worden vastgesteld. In combinatie met chemometrische analyse (PCA, LDA) wordt FTIR ook gebruikt voor classificatie op genus- of stamniveau, bijvoorbeeld in de microbiologische kwaliteitscontrole. Voor identificatie tot op exact soortniveau is FTIR echter minder geschikt, omdat de spectra van nauw verwante bacteriesoorten sterk overlappen; daarvoor is PCR de aangewezen aanvullende techniek. Zie ook de tabel hierboven onder "Wat kan FTIR niet detecteren?" voor deze beperking in context.

Waarom zie ik een grote CO₂-piek in mijn spectrum?

CO₂ in de atmosfeer absorbeert bij ca. 2349 cm⁻¹ en waterdamp bij 3500–3900 en 1300–2000 cm⁻¹. Deze stoorbanden zijn afwezig wanneer het instrument correct gespoeld wordt met droge stikstof of droge lucht, of wanneer de achtergrondmeting onmiddellijk voor de meting is opgenomen onder dezelfde atmosferische omstandigheden. Controleer ook of de ATR-eenheid volledig gesloten is.

Wat is het verschil tussen ATR en transmissie FTIR?

Bij transmissie gaat het IR-licht door het monster heen; de padlengte bepaalt de absorptie. Bij ATR penetreert het licht slechts enkele micrometers in het monster via totale interne reflectie; de effectieve padlengte is golflengte-afhankelijk en neemt toe naar lage golfgetallen. ATR-spectra tonen daardoor relatief sterkere banden bij lage golfgetallen dan transmissiespectra van hetzelfde monster. Voor bibliotheekvergelijking is het noodzakelijk om ATR-spectra te vergelijken met ATR-bibliotheken, of een ATR-correctie toe te passen.

Hoe lang duurt een FTIR-analyse?

De meettijd van een FTIR-analyse is afhankelijk van de meetmethode, het aantal scans en de vereiste signaal-ruisverhouding. Als richtlijn:

• ATR-meting van een vloeistof of pasta: monster aanbrengen duurt 10–30 seconden; spectrumaquisitie met 16–32 scans bij 4 cm⁻¹ resolutie duurt 15–60 seconden. Reinigen en volgende meting: 1–2 minuten. Een volledige ATR-analyse inclusief voorbereiding en reinigen is doorgaans binnen 3–5 minuten afgerond.
• ATR-meting van een vaste stof: vergelijkbaar met vloeistof, mits goede contactdruk mogelijk is. Harde of ruwe vaste stoffen kunnen extra voorbereiding (malen, polijsten) vereisen.
• KBr-tabletmethode: malen, mengen en persen van de tablet kost 10–20 minuten; de spectrumaquisitie zelf duurt minder dan een minuut. Totale analysetijd: 15–25 minuten per monster.
• Gasfasemeting: vullen van de gasmeetcel en equilibratie: 5–10 minuten; spectrumaquisitie: 1–5 minuten afhankelijk van de vereiste resolutie (hogere resolutie = meer spiegelverplaatsing = langere meettijd).
• FTIR-microscopie (mapping): chemische imaging over een oppervlak vereist honderden tot duizenden spectra op afzonderlijke punten; afhankelijk van het rastervlak en de stap kan een mapping-sessie 30 minuten tot meerdere uren in beslag nemen.

De spectrumaquisitie zelf is voor standaard mid-IR ATR-metingen altijd een kwestie van seconden tot maximaal enkele minuten. De totale analysetijd wordt overwegend bepaald door monstervoorbereiding, instrumentinsteltijd en interpretatie.

Wat zijn de kosten van een FTIR-spectrometer?

De aanschafprijs van een FTIR-spectrometer varieert sterk afhankelijk van het type instrument, de accessoires en de beoogde toepassing. In brede termen zijn drie categorieën te onderscheiden:

• Compacte benchtop-FTIR met diamant-ATR: de meest voorkomende configuratie voor routinematige laboratoriumanalyse. Dit type instrument is beschikbaar van verschillende fabrikanten en is in omvang en prijs vergelijkbaar met een UV/Vis-spectrofotometer. Geschikt voor identiteitscontrole, polymeeranalyse en routinematige toepassingen.
• Onderzoeks-FTIR met uitgebreide accessoires: instrumenten voor onderzoekstoepassingen met hogere resolutie, breder golfgetalbereik (far-IR, NIR), meerdere detectoren en koppeling aan GC of TGA vallen in een hogere prijsklasse. Aanschaf is doorgaans alleen rendabel bij structureel breed gebruik.
• FTIR-microscopen en imaging-systemen: gecombineerde FTIR-microscopen voor ruimtelijk opgeloste chemische analyse zijn de duurste categorie en worden voornamelijk aangetroffen in academische kerninstrumentatiefaciliteiten en gespecialiseerde industriële laboratoria.

Draagbare en handheld FTIR-systemen — voor veldinspectie, incoming goods inspection of procescontrole — zijn beschikbaar als compacte eenheden met een lagere aanschafprijs dan laboratoriumsystemen, maar met beperktere resolutie en detectorkwaliteit. De totale eigendomskosten omvatten naast aanschaf ook de kosten van detectorkalibraties, eventuele vloeigasstikstof voor gekoelde detectoren, en servicecontracten. Neem contact op met Labvakhandel voor advies over de juiste instrumentconfiguratie voor uw toepassing.

Wat is het verschil tussen FTIR en HPLC, en wanneer gebruik je welke techniek?

FTIR en HPLC zijn complementaire technieken die elk een fundamenteel ander analytisch doel dienen:

In de farmaceutische kwaliteitscontrole worden beide technieken gecombineerd: FTIR voor snelle identiteitsbevestiging van de grondstof (niet-destructief, resultaat in seconden) en HPLC voor kwantitatieve bepaling van gehalte en onzuiverheden conform farmacopee-monografieën. De twee technieken zijn complementair, niet concurrerend.

Hoe voer je een FTIR-analyse stap voor stap uit?

1. Instrument opstarten en purgen — schakel het instrument minimaal 15–30 minuten voor gebruik in zodat de IR-bron stabiliseert. Purge het systeem met droge stikstof of droge lucht om CO₂- en waterdampabsorptie te minimaliseren.
2. Achtergrondspectrum opnemen — meet een achtergrond (background) zonder monster: bij ATR het schone ATR-kristal, bij transmissie een lege cel of KBr-tablet zonder monster. Dit spectrum wordt automatisch afgetrokken van het monsterspectrum.
3. Monster aanbrengen:
   • ATR: breng een kleine hoeveelheid monster (druppel vloeistof, klein stuk vaste stof of pasta) direct op het ATR-kristal en druk stevig aan met de drukarm. Goed contact is essentieel voor een sterk signaal.
   • KBr-tablet: maal 1–2 mg monster fijn, meng met 100–200 mg droog KBr en pers tot transparante tablet in een hydraulische pers (8–10 ton druk).
4. Spectrum opnemen — standaard parameters: 16–32 scans coadditie, resolutie 4 cm⁻¹, bereik 4000–400 cm⁻¹. Meer scans verhogen de signaal-ruisverhouding (SNR verbetert met √n).
5. Verwerken en interpreteren — voer basislijn-correctie uit, normaliseer indien nodig, en voer bibliotheekzoekactie uit conform de stappen in de interpretatiesectie hierboven.
6. Reinig het ATR-kristal — verwijder monster volledig met een passend oplosmiddel (aceton, isopropanol, water). Verifieer door een controle-achtergrond te meten: geen restpiek mag zichtbaar zijn.

Voor eiwitstructuuranalyse in waterige oplossing is circulair dichroïsme (CD)-spectroscopie een complementaire methode naast FTIR: CD maakt gebruik van het verschil in absorptie van circulair gepolariseerd UV-licht en is bijzonder gevoelig voor alfa-helixinhoud via de kenmerkende banden bij 208 en 222 nm.

Bij Labvakhandel vindt u naast spectrometers ook mortieren en stampers voor de KBr-techniek en desiccatoren voor de opslag.

Onderdeel van: Voedingslaboratorium · Milieulab · Farmaceutisch lab

Disclaimer: De informatie in dit artikel is bedoeld als algemene technische toelichting. Canidae Seal B.V. / Labvakhandel.nl aanvaardt geen aansprakelijkheid voor de toepassing van deze informatie in specifieke analytische, klinische of industriële situaties. Raadpleeg voor uw eigen toepassing altijd de geldende normen, vakliteratuur en de documentatie van fabrikant en apparatuur.