Las ventajas de la NIR
La Espectrometría Infrarroja cercana o NIR (del inglés Near Infra Red), permite medir y analizar materiales o materias primas de forma más rápida, simple, económica y sin generar residuos, entre otros beneficios.
Por Emmanuel Nicolaides A.
Geólogo División Equipos de Proceso , Soltex Chile
enicolaides@soltex.cl
Cambio climático, agricultura, industria minera, biología vegetal en terreno o laboratorio. Si bien todos estos temas o sectores nos parecen muy distintos unos de otros, tienen una cosa en común, y es que en todos ellos la espectrometría infrarroja cercana (NIR, del inglés Near Infra Red) puede ser un gran aporte.
Esta tecnología es particularmente idónea para la medición de materiales o materias primas que requieren de pruebas de rutina para el control de calidad y también para realizar análisis de materiales y datos en forma mucho más rápida.
En este contexto, ha estado ha estado presente durante años en el ámbito de la investigación científica, pero además, en el en el último tiempo ha demostrado utilidad importante para una gran variedad de aplicaciones industriales, como la minería, celulosa y papel, alimentos, farmacéutica, agricultura, química e industria manufacturera, entre otros.
Esto se explica en gran medida, por las numerosas ventajas que presenta. a tecnología NIR permite obtener resultados en tiempo real, y requiere una menor preparación de muestras en comparación con las pruebas químicas o mineralógicas habituales. Por otro lado, no produce residuos peligrosos, tóxicos o radiactivos, es más económica y menos invasiva, pues no utiliza fuentes radiactivas sino únicamente luz.
Además, ofrece la posibilidad de obtener información cuantitativa que puede derivarse de modelos predictivos en base a análisis primarios. Estos modelos entregan un análisis e indicación directa de la cantidad o concentración de uno o más constituyentes de interés en una muestra determinada y son dinámicos, pudiendo adaptarse a la variabilidad de las muestras.
¿Cómo funciona?
La Espectrometría Infrarroja Cercana basa su principio de funcionamiento en la interacción de la materia con la luz. Cada material tiene características propias que hacen que responda de una manera particular a la luz que incide sobre él. El espectrómetro NIR recoge la luz que se refleja sobre la muestra, conocida como reflectancia, lo que genera un patrón o firma espectral propia y única para cada material.
Esta tecnología es ideal para el análisis químico de compuestos sólidos, polvo, lodos incluso líquidos y ofrece una opción segura, fiable, cómoda y amigable con el medioambiente, para el análisis químico cualitativo y cuantitativo.
Aplicaciones:
Aunque lo señalado parece muy abstracto, esta tecnología se ha podido utilizar casos muy concretos como los que se describen a continuación.
—Pastizales en Nueva Zelanda
Un ejemplo de la utilización de la tecnología NIR es el estudio de pastizales en Nueva Zelanda. Este país es conocido por ser uno de los más importantes en la exportación de lácteos carne y lana y por tanto su economía depende fuertemente de dichos terrenos. Estimar la cantidad y calidad de pastizales es entonces de máxima importancia ya que permite a los agricultores determinar y proporcionar las mejores dietas a su ganado y así optimizar el rendimiento de cada animal.
La agricultura en estas zonas es un desafío debido a la complejidad de su ambiente: los pastizales tienen diferentes etapas de crecimiento, una multiplicidad de especies vegetales, animales de interferencia, patrones de pastoreo variables etc. Los métodos tradicionales utilizados para estimar la calidad del pasto implican procedimientos destructivos y laboriosos mediante los cuales las muestras de pastos deben cortarse y enviarse a un laboratorio para obtener los análisis químicos de estos. Este método de muestreo es lento y muy costo y como resultado, solo un número limitado de muestras pueden medirse.
En muchos casos, cuando la información de calidad llega al agricultor, el pasto ya ha sido pastado por el ganado y entonces las decisiones que se pueden tomar sobre la manera más eficiente de trabajar el campo son tardías.
La necesidad de tener un Sistema de análisis para recopilar información detallada cerca de la superficie llevó al investigadores de NZ, a estudiar junto con su equipo los pastizales con un analizador de tecnología NIR fabricado y desarrollado por ASD (hoy Malvern Panalytical), cuyos equipos son distribuidos en Chile por Soltex.
El equipo utilizado fue un espectroradiómetro que permite medir la calidad de pasto de los pastizales y sus tasas de fotosíntesis, proporcionando información en tiempo casi real que ayudó a los granjeros a tomar decisiones de forma más rápida, precisa y más eficiente.
— Obras de infraestructura
La tecnología NIR también permite tener un conocimiento preciso del terreno en dónde se desarrollarán los obras de infraestructura. Es por eso que ha sido utilizada por empresas de inspección técnica para hacer estudios geológicos de suelos y así planificar y decidir en forma correcta las opciones para fundaciones y fortificaciones. Los equipos NIR permiten fácil y rápidamente tener información crucial de dicha zona, como lo son por ejemplo el tipo de material que se encuentra en el suelo (mineralogía), el tamaño de grano o la humedad de este. Entender la complejidad del suelo en este caso es crucial para la ingeniería de la estructura a instalar, sea un puente, autopista, túnel o edificio.
— Vegetación
Los sistemas NIR se han utilizado también para estudiar el follaje de plantas y árboles y han permitido crear imágenes hiperespectrales (con información a lo largo de todo el espectro electromagnético) de la superficie terrestre. Además, complementan de forma detallada y local los resultados que se obtienen a través de satélites. Este tipo de trabajo se conoce como “ground-truthing” (del inglés terreno y verdad), que hace referencia a la comprobación de datos satelitales en tierra. Así, se han podido crear mapas muy detallados de bosques y terrenos extensos con información nunca antes vista.
— Estudio de Glaciares
Otro ejemplo es el de la utilización de la tecnología NIR por científicos en el estudio de glaciares en campos de hielo continentales y en los polos. En esta caso, se usó para obtener importante información sobre el albedo (relación de la radiación que se refleja sobre una superficie respecto a la radiación que incide sobre ella) y el tamaño de los copos de la nieve. El equipo fue elegido por su facilidad de transporte y la rapidez que ofrece para obtener un gran número de muestras en poco tiempo. El posterior estudio de estas muestras en laboratorio permitió determinar las impurezas de la nieve y su causa u origen, sea esta natural o humana. Los resultados han permitido por un lado confirmar las teorías basadas en imágenes satelitales con respecto a la correlación positiva entre el tamaño del copo y el albedo de la nieve y por otro lado, demostrar que tiene diez veces más influencia sobre el albedo el tamaño de dicho copo, que su contenido de impurezas.
— Minería
La espectrometría infrarroja cercana es muy útil para la minería ya que permite tener información en tiempo real de la mineralogía de las muestras tanto en la etapa de exploración como en la etapa de extracción de minerales. Esto es gracias a la facultad que tiene cada mineral para generar una huella única del espectro electromagnético. De esta forma los equipos NIR permiten saber qué minerales (especies, arcillas, etc.) se encuentran en las muestras en un tiempo extremadamente rápido y por tanto permite la toma de decisiones en forma oportuna para mejorar la eficiencia de la planta, o del proceso exploratorio, mediante el análisis de muestras de suelo captadas directamente en terreno o de testigos de perforación en el laboratorio con el software asociado.
Conclusiones
La Espectrometría Infrarroja Cercana (NIR) y los instrumentos que se basan en ella, representan una solución a distintos problemas y en variadas aplicaciones. Esta es una técnica de amplio uso en análisis componentes químicos y pureza de muchas materias primas, materiales en procesos industriales y productos finales. Esta tecnología está ampliamente probada y constituye una plataforma simple y fácil de implementar que entrega una alternativa práctica a los análisis destructivos de laboratorio que requieren mucho tiempo, que son costosos o que se basan en métodos más complejas. Además, aporta a la seguridad de los operadores y el entorno, ya que se trata de una técnica limpia que no produce radiaciones ionizantes, como ocurre con algunos métodos basados por ejemplo, en tecnología de rayos-X, puesto que no genera residuos derivados del uso de reactivos.
