Infrarød spektroskopi er en spektroskopisk teknikk for strukturanalyse av kjemiske forbindelser. Det brukes også til å oppdage stoffer i kjemiske og biologiske prøver. I medisin brukes den for eksempel til å overvåke oksygen nivåer i blod av intensivpasienter.
Hva er infrarød spektroskopi?
Infrarød spektroskopi er en spektroskopisk teknikk for strukturanalyse av kjemiske forbindelser. I medisin brukes den for eksempel til å overvåke oksygen nivåer i blod av intensivpasienter. Infrarød spektroskopi (IR spektroskopi) er basert på eksitasjon av energitilstander i molekyler by infrarød stråling i bølgelengdeområdet fra 800 nm til 1 mm. Prinsippet for målingen er absorpsjon av stråling i et bestemt bølgelengdeområde for å stimulere diskrete vibrasjons- og rotasjonstilstander til funksjonelle grupper. Det absorberte området vises som en topp i IR-spekteret. Siden vibrasjonstilstandene er karakteristiske for spesifikke atomer og grupper av atomer, gir plasseringen av toppene informasjon om strukturen til molekyler. Flere teknikker kan brukes til måling. For eksempel, i overføringsteknikken, er infrarød stråling går gjennom prøven før absorpsjon spektrum blir registrert. Etter refleksjonsteknikken blir den reflekterte strålingen undersøkt spektroskopisk. Videre er det også metoder for opptak av utslippsspektre. Infrarød spektroskopi er delt inn i tre bølgelengdeområder: nær infrarød (NIRS) fra 0.8 til 2.5 mikrometer, midt eller klassisk infrarød fra 2.5 til 25 mikrometer, og langt infrarød fra 25 til 1000 mikrometer.
Funksjon, effekt og mål
I dag brukes infrarød spektroskopi innen mange felt innen industri, forskning eller medisin. Spesielt nærinfrarød spektroskopi har noen fordeler i forhold til de to andre formene. På grunn av sin høyere energi kan det nærinfrarøde lyset bedre krysse prøvene eller i det minste ha større penetrasjonsdybde. På grunn av denne fordelen alene brukes NIRS ofte i medisin. NIRS er ideell for å bestemme Vann innhold i mange eksempler. Dermed kan fuktigheten så vel som protein- og fettinnholdet i mange matvarer bestemmes godt. Det brukes derfor i prosesskontroll i næringsmiddelindustrien. I mer enn 30 år har nær-infrarød spektroskopi blitt integrert godt som en avbildningsteknikk innen medisin og nevrovitenskap. Den brukes til å overvåke oksygen innhold i blod, blodstrømmen eller blodet volum av forskjellige organer og vev. Spesielt hjerne, muskler eller brystet blir undersøkt med denne metoden. Suksessen med denne metoden for å bestemme oksygeninnholdet er basert på forskjellen absorpsjon oppførsel av oksygenerte og deoksygenerte hemoglobin. IR-spektra er registrert som en del av a overvåking prosess, dokumentere endringene i oksygeninnhold over tid. Samtidig kan disse verdiene vises ved hjelp av bildebehandlingsteknikker. Dette prinsippet brukes også til å overvåke blodstrømmen og blodet volum hos akuttpasienter. Som et resultat blir NIRS nå i økende grad brukt i akutt- og intensivmedisin for å sikre kontinuerlig tilførsel av oksygen til pasienten. Metoden har også bevist sin verdi for måling hjerne aktivitet. Ved å bestemme det, endres de dynamiske oksygenene konsentrasjon av blodet i hjerne blir målt gjennom hodeskallen. Dette er mulig fordi det nærmeste infrarøde lyset har stor gjennomtrengningsdybde. Basert på konsentrasjon endringer av oksygen, den styrke av hjerneaktivitet kan utledes. Antagelsen er at et høyt oksygeninnhold i et bestemt hjerneområde indikerer økt aktivitet der. På denne måten skal nevrologiske sykdommer påvises. Videre utføres vitenskapelige studier for å undersøke forholdet mellom oksygenbehov og hjerneaktivitet. Siden strukturen og samspillet mellom proteiner, karbohydrater, lipider og nukleinsyrer kan gi ledetråder til sykdommer som Alzheimers sykdom, multippel sklerose, gikt eller visse typer kreft, har det også i noen tid blitt utført vitenskapelige studier for å belyse strukturen til disse stoffene i vev ved hjelp av IR-spektroskopi. Spesiell vekt legges på klassifiseringen av vevstyper uten behov for fargingsteknikker. Kroppsvæsker slik som spytt, blodplasma, urin eller leddvæsken kan også analyseres for glukose, lipider, kolesterol, urea, protein eller fosfat ved hjelp av IR-spektroskopi. Vitenskapelige studier blir fortsatt utført for å utvide glukose bestemmelse ved hjelp av infrarød spektroskopi. Målet er å raskt bestemme blodet glukose konsentrasjon av diabetespasienter.
Risiko, bivirkninger og farer
Det forventes ingen farer ved bruk av IR-spektroskopi i medisinsk diagnostikk. Det er en ikke-invasiv smertefri metode uten ytterligere strålingseksponering. På grunn av lav energi er eksponering av genetisk materiale ekskludert. I prinsippet blir mennesker hele tiden utsatt for infrarød stråling (varmestråling). Metodens gode toleranse er den ideelle forutsetningen for dens brede anvendelse innen medisin. Imidlertid har den altomfattende applikasjonen fortsatt sine grenser i dag. I kombinasjon med andre bildebehandlingsteknikker er det imidlertid oppnådd betydelig suksess innen diagnostikk. Som nevnt ovenfor, arbeides det for tiden med å optimalisere glukosebestemmelse hos diabetikere. Spesielt bør ikke-invasive metoder som IR-spektroskopi sikre rask analyse. Til dags dato er det imidlertid ikke oppnådd noe gjennombrudd på dette området. Mye forskningsarbeid gjenstår også å gjøre på andre områder. For eksempel fremhever målingen av hjerneaktivitet det ikke-unike ved det omvendte problemet. Hjerneaktivitet registreres tross alt ikke direkte, men bare endringen i oksygenkonsentrasjon i blodet. Derfor kan bare en økt aktivitet avsluttes. For å verifisere sammenhengen, må det utføres videre studier og sammenligninger med andre metoder. Generelt er bare nærinfrarød spektroskopi (NIRS) egnet for bruk i medisin. Mid- og langt-infrarødt lysstråling har ikke evnen til å trenge dypt inn i vevet.
