VIỆN KIỂM NGHIỆM AN TOÀN VỆ SINH THỰC PHẨM QUỐC GIA

Hệ thống quang phổ hồng ngoại Thermo Scientific Nicolet iS50 FT-IR tại khoa Dinh dưỡng và phụ gia thực phẩm

Hệ thống quang phổ cận hồng ngoại Thermo Scientific Antaris II FT-NIR tại khoa Dinh dưỡng và phụ gia thực phẩm

I. Nguyên tắc của phương pháp đo phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại là phổ của các phân tử và nhóm phân tử xuất hiện dưới tácdụng của chùm sáng kích thích có năng lượng phù hợp (tương tác không đàn hồi)nằm trong vùng hồng ngoại (IR) làm cho các phân tử , các nhóm phân tử, nguyên tửquay và dao động. Các quá trình đó sinh ra phổ hấp thụ hồng ngoại của chất dướitác dụng của chùm sáng kích thích. Như vậy, thành phần tạo ra phổ IR bao gồm sựquay của phân tử chất và các dao động của các nguyên tử và nhóm nguyên tử trongphân tử.

Năng lượng tạo ra 3 quá trình này là do chùm sáng kích thích cung cấp và nóxác định bởi công thức sau:

E tot = E q + E d

Trong 2 thành phần này, E q là năng lượng quay và năng lượng dao động là E d.Khi bị kích thích, bên cạnh sự dao động, các phân tử còn quay trong không gian vàquay trong mặt phẳng. Nghĩa là phân tử vừa quay, vừa dao động bởi nguồn sángthích hợp IR.

Mặt khác, vì năng lượng quay và dao động của phân tử là nhỏ, nên tần số củaphổ hồng ngoại thường nằm trong vùng từ 12000 đến 10 cm^-1 . Trong toàn vùng phổhồng ngoại này, người ta chia làm 3 miền nhỏ hồng ngoại gần (NIR): 12000- 4000 cm^-1, (800-3000nm), hồng ngoại trung bình (MIR): 4000 - 200 cm^-1 (3000- 28000 nm), hồngngoại xa (FIR): 200- 10 cm^-1 ( 28000- 40000 nm).

Phổ hồng ngoại là phổ quay và dao động của các phân tử, nhóm phân tử, hay nhóm nguyên tử khi chúng bị kích thích bằng chùm tia sáng có năng lượng thích hợp trong vùng IR. Vì trong phân tử của các chất, các nguyên tử có thể có các liênkết đơn (σ), liên kết đôi (п), liên kết ba khác nhau nên phổ IR của chúng cũng khácnhau. Các liên kết bội đôi (-C=C-) và bội ba bao giờ cũng dễ hấp thụ năng lượngthấp, để tạo ra các dao động IR và dao động theo những kiểu khác nhau, tùy thuộc vào các loại liên kết có trong phân tử chất, tức là cấu tạo phân tử của các chất baogồm các dao động hóa trị (co kéo trên trục liên kết), các dao động biến dạng (lắc,đu đưa, xoắn và uốn trong không gian). Như vậy, mỗi loại liên kết sẽ hấp thụnăng lượng khác nhau và ứng với những vùng phổ nhất định. Tần số dao động v mcủa các nguyên tử trong phân tử phụ thuộc vào hằng số lực kiên kết k và khối lươngm của chúng theo công thức:

V m =(1/2π). (k(m 1 +m 2 ))/(m 1 m 2 )

Do đó, các nhóm chức khác nhau sẽ có tần số hấp thụ IR khác nhau. Vì vậy,dựa vào các tần số phổ IR đặc trưng của các nhóm chức trong phân tử của chất, tacó thể chuẩn đoán trong phân tử của chất nghiên cứu có những nhóm chức nào, loạiliên kết nào,từ đó xác định được cấu trúc của phân tử. Phổ hồng ngoại được sử dụng như một dấu vân tay trong nhận dạng bằng cách so sánh phổ '' chưa biết '' với các phổ tham chiếu đã được ghi lại trong thư viện phổ hoặc có thể thực hiện giải phổ từ các lý thuyết cơ bản, dẫn đến mô tả đặc tính, và thậm chí có thể xác định một mẫu chưa biết. Lý thuyết cơ bản này dựa trên các đặc điểm cấu trúc của phân tử, cho dù là mạch chính hay các nhóm chức của phân tử đều tạo ra sự hấp thụ đặc trưng và tạo nên phổ hấp thụ. Phổ hồng ngoại có thể cho biết liệu có mạch chính trong cấu trúc hay không và nếu có, liệu mạch chính đó bao gồm các chuỗi mạch thẳng hay phân nhánh; hay cũng có thể xác định xem có sự các liên kết bão hòa hay không bão hoà hoặc vòng thơm trong cấu trúc hay không. Đặc biệt, có thể suy ra liệu có các nhóm chức cụ thể cần xác định hay không.

II. Ứng dụng của phổ hồng ngoại tại khoa Dinh dưỡng và phụ gia thực phẩm

Tại khoa Dinh dưỡng và phụ gia thực phẩm hiện nay có 2 thiết bị phổ hồng ngoại:  

-Thermo Scientific Nicolet iS50 FT-IR spectrometer dải số sóng đo 4000-400 cm^-1 với 2 chế độ đo truyền qua và phản xạ toàn phần suy biến (ATR)

- Thermo Scientific Antaris II FT-NIR spectrometer dải số sóng đo 12000- 4000 cm^-1 với 2 chế độ đo truyền qua và phương pháp phản xạ khuếch tán (DRS)

Ưu điểm của phương pháp phổ hồng ngoại không cần xử lý mẫu, phân tích mẫu nhanh với các nền mẫu đa dạng từ rắn, lỏng khí nên được ứng dụng nhiều để:

+ Xác định phổ hồng ngoại của các phụ gia thực phẩm như sucralose, vanillin…

+ Phân biệt các loại tinh bột biến tính

+ Định danh các loại nhựa

+ Định lượng một số chất trong nhóm polysaccharides bằng phổ hồng ngoại kết hợp thuật toán hồi quy đa biến