Espectroscopía de infrarrojo cercano con calibración multivariada y quimiometría

Fundamento

En la región del infrarrojo cercano, entre 780 y 2.500 nanómetros, las bandas que se observan son sobretonos y combinaciones de las vibraciones fundamentales de los enlaces con hidrógeno: carbono-hidrógeno, oxígeno-hidrógeno y nitrógeno-hidrógeno. Son bandas anchas y superpuestas, de las que no se puede leer una concentración de manera directa como en el ultravioleta, y ahí entra la quimiometría: se mide el espectro de un conjunto grande de muestras que abarque toda la variabilidad esperada (concentraciones, orígenes, campañas, molienda) y se determina en cada una el parámetro por el método de referencia; después se construye un modelo de regresión por mínimos cuadrados parciales o por componentes principales que vincula la matriz de espectros preprocesados con el vector de valores de referencia. El preprocesamiento (derivadas, corrección de dispersión multiplicativa, variable normal estándar) elimina los efectos físicos del tamaño de partícula y de la presentación de la muestra. El modelo se valida con un conjunto de muestras independiente y se caracteriza por el error estándar de predicción y por el coeficiente de determinación; se define además el espacio de validez, y toda muestra cuyo espectro quede fuera, medido por la distancia de Mahalanobis o el residuo espectral, se marca como fuera de rango y se manda al método de referencia. El modelo se mantiene en el tiempo con muestras nuevas y se transfiere entre equipos con algoritmos de estandarización.

Analito (qué se mide)

Humedad, proteína, grasa, materia seca, contenido de principio activo y otros parámetros predichos a partir de un espectro

Matriz (en qué muestra)

Granos y forrajes; harinas y alimentos; leche; carne; comprimidos y polvos farmacéuticos; combustibles; suelos; biomasa; textiles

Equipamiento necesario¿Dónde lo compro?

Espectrómetro de infrarrojo cercano de transmitancia, reflectancia difusa o transflectancia, de barrido o de arreglo de diodos, de laboratorio, portátil o en línea con sonda de fibra óptica; software de quimiometría; equipos de referencia para los métodos primarios (Kjeldahl, estufa, Soxhlet, cromatografía).

Reactivos¿Dónde lo compro?

Los del método de referencia con el que se calibra; patrones de verificación de longitud de onda y de fotometría (óxido de holmio, patrones de reflectancia).

Material de laboratorio¿Dónde lo compro?

Celdas y cubetas de cuarzo; copas de muestra rotatorias; molinos para la preparación cuando el modelo lo exige.

Consumibles¿Dónde lo compro?

Patrones de verificación; celdas.

Unidad

1 · unidades del parámetro predicho (% de humedad, % de proteína, mg de principio activo) · error estándar de predicción · coeficiente de determinación

Rango de referencia

Errores de predicción típicos: 0,2 a 0,4 % en humedad de granos, 0,3 a 0,5 % en proteína, 1 a 3 % relativo en contenido de principio activo; los modelos necesitan de 100 a 300 muestras de calibración bien distribuidas

Norma que lo exige

Las normas de comercialización de granos y de forrajes que aceptan el infrarrojo cercano para humedad y proteína con calibración verificada; el Código Alimentario Argentino y las normas de rotulado, que aceptan métodos alternativos validados contra los oficiales; la Disposición ANMAT 3827/2018 y las guías ICH Q2 y de tecnología analítica de procesos para el uso de espectroscopía en línea en la industria farmacéutica; ISO/IEC 17025argentina e internacional

Norma que describe la técnica

ASTM E1655 para la práctica de análisis cuantitativo multivariado por infrarrojo; USP <1039> sobre quimiometría, <1119> sobre espectroscopía de infrarrojo cercano y <856>; Farmacopea Europea 2.2.40; ISO 12099 para el uso de infrarrojo cercano en alimentos y forrajes; la guía ICH Q2(R2) para la validación de procedimientos analíticos, que incluye los multivariadosargentina e internacional

Edición y vigencia de la norma

ASTM E1655-17; USP <1119>, USP-NF 2024; ISO 12099:2017

Volumen de muestra

No destructivo. La muestra se mide tal cual, en copa rotatoria o con sonda; se requieren cientos de muestras con su análisis de referencia para construir el modelo

Conservación y transporte

El modelo vale para lo que vio: una calibración construida con trigo de una región y una campaña falla con el trigo de otra, y por eso hay que ampliarla con muestras nuevas cada temporada y vigilar los indicadores de muestra fuera de rango. La temperatura de la muestra y su granulometría cambian el espectro, así que se estandarizan la presentación y el acondicionamiento. El método de referencia con el que se calibró marca el techo de exactitud: un modelo no puede ser mejor que los datos con los que se lo entrenó. La verificación diaria del instrumento con patrones de longitud de onda y de fotometría y el control con muestras de chequeo son parte del uso.

Límite de detección típico

No aplica de la manera clásica; el modelo tiene un rango de validez definido por las muestras de calibración

Incertidumbre típica

El error estándar de predicción, que incluye el error del método de referencia; típicamente 1,5 a 3 veces el error del método primario

Área

Química analítica; Alimentos y bebidas; Instrumentación y control

Fecha de última actualización: 9/9/2026