La région proche infrarouge (NIR) du spectre électromagnétique s’étend d’environ 780 nm à 2500 nm (12800 à 4000 cm⁻¹). Contrairement à la spectroscopie infrarouge moyen, qui sonde les vibrations moléculaires fondamentales, la spectroscopie NIR détecte les harmoniques et les bandes de combinaison — des absorptions qui proviennent de vibrations anharmoniques de liaisons impliquant des atomes d’hydrogène. Ces harmoniques (première, deuxième et troisième) et les combinaisons de modes d’élongation et de déformation produisent des bandes larges et chevauchantes qui nécessitent une analyse de données multivariée pour leur interprétation.
Les absorptions les plus importantes en NIR proviennent des vibrations d’élongation C-H, O-H et N-H, qui dominent les spectres des matériaux organiques et biologiques. L’absorptivité molaire de ces harmoniques est généralement 10 à 1000 fois plus faible que les absorptions infrarouges fondamentales, ce qui confère au NIR un avantage pratique : les échantillons peuvent être mesurés directement avec peu ou pas de préparation, même dans des matrices épaisses ou fortement diffusantes. Les mesures sont effectuées en mode réflectance diffuse pour les échantillons solides et en poudre, ou en mode transmittance pour les liquides et les films transparents.
L’instrumentation NIR existe en plusieurs configurations. Les instruments à réseau dispersif balayent les longueurs d’onde séquentiellement à l’aide d’un monochromateur. Les spectromètres FT-NIR utilisent un interféromètre de Michelson pour acquérir des spectres complets rapidement. Les détecteurs à barrette de diodes permettent l’acquisition simultanée de plusieurs longueurs d’onde, ce qui les rend adaptés à la surveillance des procédés en temps réel. Les sondes à fibre optique permettent un échantillonnage à distance, facilitant les mesures en ligne et at-line dans les environnements industriels.
Étant donné que les spectres NIR consistent en des pics larges et chevauchants, l’attribution directe de bandes individuelles est rarement possible. L’analyse quantitative et qualitative repose plutôt sur des modèles chimiométriques construits à l’aide de techniques d’étalonnage multivarié telles que l’analyse en composantes principales (PCA) pour l’analyse exploratoire des données et la régression Partial Least Squares (PLS) pour la prédiction quantitative. L’étalonnage nécessite un ensemble représentatif d’échantillons de référence avec des valeurs connues de la propriété d’intérêt, et la performance du modèle est validée par validation croisée et des ensembles de test indépendants.
La spectroscopie NIR trouve de nombreuses applications dans l’agriculture (teneur en humidité, protéines et matières grasses dans les grains et les aliments pour animaux), l’agroalimentaire (détermination de la teneur en eau, sucre, alcool et huile), les produits pharmaceutiques (identification des matières premières, uniformité des mélanges et détermination de l’humidité dans les produits lyophilisés) et l’analyse des polymères (identification des types de résine, composition des copolymères et teneur en additifs). Sa rapidité, sa nature non destructive et son adaptabilité à la mesure en ligne en font l’un des outils de technologie analytique des procédés (PAT) les plus utilisés dans l’industrie moderne.
