Ihwg-μnir: A Miniaturised Near-infrared Gas Sensor Based On Substrate-integrated Hollow Waveguides Coupled To A Micro-nir-spectrophotometer.

A miniaturised gas analyser is described and evaluated based on the use of a substrate-integrated hollow waveguide (iHWG) coupled to a microsized near-infrared spectrophotometer comprising a linear variable filter and an array of InGaAs detectors. This gas sensing system was applied to analyse surrogate samples of natural fuel gas containing methane, ethane, propane and butane, quantified by using multivariate regression models based on partial least square (PLS) algorithms and Savitzky-Golay 1(st) derivative data preprocessing. The external validation of the obtained models reveals root mean square errors of prediction of 0.37, 0.36, 0.67 and 0.37% (v/v), for methane, ethane, propane and butane, respectively. The developed sensing system provides particularly rapid response times upon composition changes of the gaseous sample (approximately 2 s) due the minute volume of the iHWG-based measurement cell. The sensing system developed in this study is fully portable with a hand-held sized analyser footprint, and thus ideally suited for field analysis. Last but not least, the obtained results corroborate the potential of NIR-iHWG analysers for monitoring the quality of natural gas and petrochemical gaseous products.

In-Line Monitoring of Particle Size during Emulsion Polymerization under Different Operational Conditions using NIR Spectroscopy

In the present work, the sensitivity of NIR spectroscopy toward the evolution of particle size was studied during emulsion homopolymerization of styrene (Sty) and emulsion copolymerization of vinyl acetate-butyl acrylate conducted in a semibatch stirred tank and a tubular pulsed sieve plate reactor, respectively. All NIR spectra were collected online with a transflectance probe immersed into the reaction medium. The spectral range used for the NIR monitoring was from 9 500 to 13 000 cm(-1), where the absorbance of the chemical components present is minimal and the changes in the NIR spectrum can be ascribed to the effects of light scattering by the polymer particles. Off-line measurements of the average diameter of the polymer particles by DLS were used as reference values for the development of the multi-variate NIR calibration models based on partial least squares. Results indicated that, in the spectral range studied, it is possible to monitor the evolution of the average size of the polymer particles during emulsion polymerization reactions. The inclusion of an additional spectral range, from 5 701 to 6 447 cm(-1), containing information on absorbances (""chemical information"") in the calibration models was also evaluated.

Simultaneous FT-NIR and ESR analyses to yield propagation rate coefficients for polymerization of methyl methacrylate based monomers

A hyphenated instrumental approach has been used to obtain reliable values for the propagation rate coefficients as a function of conversion for polymerizations of methyl methacrylate (MMA) and a mixture of MMA and ethyleneglycol dimethacrylate (EGDMA) with a 1:1 concentration of double bonds, from near the onset of the Trommsdorf region into the glass region. ESR spectroscopy was used to measure the radical concentration while FT-NIR fibre-optic spectroscopy was employed to measure instantaneously the double-bond concentration within the temperature-controlled cavity of the ESR instrument during polymerization. The advantage of this approach to the measurement of the rate coefficient is that it is equally applicable to branching and linear polymerizations. For the polymerization of methyl methacrylate, the values of the rate coefficient at the lowest conversions at which reliable values could be obtained were in agreement with recently reported values obtained by the PLP-SEC method. For the lowest conversions, the values obtained were 403 1 mol(-1) s(-1) at 306 K for MMA and 5201 mol(-1) s(-1) at 310 K for a 1:1 mixture of MMA and EGDMA. (C) 2003 Society of Chemical Industry.

A 3-phase model for VIS/NIR mu C-Si : H p-i-n detectors

The spectral response and the photocurrent delivered by entirely microcrystalline p-i-n-Si:H detectors an analysed under different applied bias and light illumination conditions. The spectral response and the internal collection depend not only on the energy range but also on the illumination side. Under [p]- and [n]-side irradiation, the internal collection characteristics have an atypical shape. It is high for applied bias and lower than the open circuit voltage, shows a steep decrease near the open circuit voltage (higher under [n]-side illumination) and levels off for higher voltages. Additionally, the numerical modeling of the VIS/NIR detector, based on the band discontinuities near the grain boundaries and interfaces, complements the study and gives insight into the internal physical process.

Caracterização de forragens da ilha Terceira através de espectroscopia NIR

Dissertação de Mestrado, Engenharia Zootécnica, 10 de Setembro de 2015, Universidade dos Açores.

In Situ Near-Infrared (NIR) Versus High-Throughput Mid- Infrared (MIR) Spectroscopy to Monitor Biopharmaceutical Production

The development of biopharmaceutical manufacturing processes presents critical constraints, with the major constraint being that living cells synthesize these molecules, presenting inherent behavior variability due to their high sensitivity to small fluctuations in the cultivation environment. To speed up the development process and to control this critical manufacturing step, it is relevant to develop high-throughput and in situ monitoring techniques, respectively. Here, high-throughput mid-infrared (MIR) spectral analysis of dehydrated cell pellets and in situ near-infrared (NIR) spectral analysis of the whole culture broth were compared to monitor plasmid production in recombinant Escherichia coil cultures. Good partial least squares (PLS) regression models were built, either based on MIR or NIR spectral data, yielding high coefficients of determination (R-2) and low predictive errors (root mean square error, or RMSE) to estimate host cell growth, plasmid production, carbon source consumption (glucose and glycerol), and by-product acetate production and consumption. The predictive errors for biomass, plasmid, glucose, glycerol, and acetate based on MIR data were 0.7 g/L, 9 mg/L, 0.3 g/L, 0.4 g/L, and 0.4 g/L, respectively, whereas for NIR data the predictive errors obtained were 0.4 g/L, 8 mg/L, 0.3 g/L, 0.2 g/L, and 0.4 g/L, respectively. The models obtained are robust as they are valid for cultivations conducted with different media compositions and with different cultivation strategies (batch and fed-batch). Besides being conducted in situ with a sterilized fiber optic probe, NIR spectroscopy allows building PLS models for estimating plasmid, glucose, and acetate that are as accurate as those obtained from the high-throughput MIR setup, and better models for estimating biomass and glycerol, yielding a decrease in 57 and 50% of the RMSE, respectively, compared to the MIR setup. However, MIR spectroscopy could be a valid alternative in the case of optimization protocols, due to possible space constraints or high costs associated with the use of multi-fiber optic probes for multi-bioreactors. In this case, MIR could be conducted in a high-throughput manner, analyzing hundreds of culture samples in a rapid and automatic mode.

In situ NIR spectroscopy monitoring of plasmid production processes effect of producing strain, medium composition and the cultivation strategy

BACKGROUNDWhile the pharmaceutical industry keeps an eye on plasmid DNA production for new generation gene therapies, real-time monitoring techniques for plasmid bioproduction are as yet unavailable. This work shows the possibility of in situ monitoring of plasmid production in Escherichia coli cultures using a near infrared (NIR) fiber optic probe. RESULTSPartial least squares (PLS) regression models based on the NIR spectra were developed for predicting bioprocess critical variables such as the concentrations of biomass, plasmid, carbon sources (glucose and glycerol) and acetate. In order to achieve robust models able to predict the performance of plasmid production processes, independently of the composition of the cultivation medium, cultivation strategy (batch versus fed-batch) and E. coli strain used, three strategies were adopted, using: (i) E. coliDH5 cultures conducted under different media compositions and culture strategies (batch and fed-batch); (ii) engineered E. coli strains, MG1655endArecApgi and MG1655endArecA, grown on the same medium and culture strategy; (iii) diverse E. coli strains, over batch and fed-batch cultivations and using different media compositions. PLS models showed high accuracy for predicting all variables in the three groups of cultures. CONCLUSIONNIR spectroscopy combined with PLS modeling provides a fast, inexpensive and contamination-free technique to accurately monitoring plasmid bioprocesses in real time, independently of the medium composition, cultivation strategy and the E. coli strain used.

Controlo de reacções de polimerização em miniemulsão através de técnicas de espectroscopia NIR e Raman

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Geospatial assessment of pest-induced forest damage through the use of UAV-bases NIR imaging and Gi-technology

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Desenvolvimento de métodos de espetroscopia NIR. Quantificação de grupos hidróxilo em polímeros

O objetivo deste estudo é o desenvolvimento e validação de métodos espectroscópicos (espectroscopia NIR) que possam vir a substituir os métodos químicos convencionais, para quantificação de grupos hidróxilo em resinas alquídicas. As resinas alquídicas estudadas neste trabalho são normalmente utilizadas em sistemas de revestimento de dois componentes, em que os seus grupos hidróxilo reagem com pré-polímeros de isocianato para formar revestimentos de alta dureza. Por este motivo e por questões processuais ligadas à estequiometria da reação existente na aplicação referida, é extremamente importante a quantificação destes grupos. O método mais comum de quantificação de grupos hidróxilo é conhecido como método de titulação. Este é um método demorado, pois cada medição implica um procedimento experimental de cerca de duas horas, para além de ser muito dispendioso, a nível económico. Foram estudadas as influências da temperatura, heterogeneidade e nível de enchimento da célula na recolha do espectro. As conclusões dos estudos mencionados levaram à fixação de um tempo ideal de permanência da célula dentro da câmara do espectrofotómetro antes da medição do espectro. Para além disto, conclui-se que para lotes standard, a heterogeneidade não é uma variável significativa. O nível da célula deve ser mantido constante. Os métodos desenvolvidos, baseados na norma de qualidade ISO 15063:2011, foram construídos a partir de algoritmos de Partial Least Squares Regression (PLS), utilizando um equipamento NIRVIS, Büchi©. Foram obtidos bons coeficientes de regressão linear para a Resina A (R2>0,9). Quanto aos restantes resultados, estes indicam a possibilidade de aplicação em resinas do mesmo tipo. Este método proporciona resultados 8 vezes mais rápidos e com custos em material que representam 1% do método standard.

Desenvolvimento de métodos de espetroscopia NIR. Quantificação de grupos hidróxilo em polímeros

O objetivo deste estudo é o desenvolvimento e validação de métodos espectroscópicos (espectroscopia NIR) que possam vir a substituir os métodos químicos convencionais, para quantificação de grupos hidróxilo em resinas alquídicas. As resinas alquídicas estudadas neste trabalho são normalmente utilizadas em sistemas de revestimento de dois componentes, em que os seus grupos hidróxilo reagem com pré-polímeros de isocianato para formar revestimentos de alta dureza. Por este motivo e por questões processuais ligadas à estequiometria da reação existente na aplicação referida, é extremamente importante a quantificação destes grupos. O método mais comum de quantificação de grupos hidróxilo é conhecido como método de titulação. Este é um método demorado, pois cada medição implica um procedimento experimental de cerca de duas horas, para além de ser muito dispendioso, a nível económico. Foram estudadas as influências da temperatura, heterogeneidade e nível de enchimento da célula na recolha do espectro. As conclusões dos estudos mencionados levaram à fixação de um tempo ideal de permanência da célula dentro da câmara do espectrofotómetro antes da medição do espectro. Para além disto, conclui-se que para lotes standard, a heterogeneidade não é uma variável significativa. O nível da célula deve ser mantido constante. Os métodos desenvolvidos, baseados na norma de qualidade ISO 15063:2011, foram construídos a partir de algoritmos de Partial Least Squares Regression (PLS), utilizando um equipamento NIRVIS, Büchi©. Foram obtidos bons coeficientes de regressão linear para a Resina A (R2>0,9). Quanto aos restantes resultados, estes indicam a possibilidade de aplicação em resinas do mesmo tipo. Este método proporciona resultados 8 vezes mais rápidos e com custos em material que representam 1% do método standard.

Cuantificación de hormonas en comprimidos farmacéuticos por espectroscopía NIR: comparación de procedimientos de calibración

Los principales objetivos del presente trabajo son la puesta a punto de un método NIR por reflectancia para la determinación del contenido de los principios activos (API) de un preparado farmacéutico comercial y la comparación del efecto que tiene la forma física sobre la que se registra el espectro de las muestras de calibración sobre la sensibilidad y el camino óptico; polvo o comprimidos. El preparado comercial analizado es el Perifem® y los principios activos determinados son el valerato de estradiol y el acetato de medroxiprogesterona. El método utilizado para la preparación de las muestras de calibración ha sido la sobredosificación con API o con una mezcla de excipientes comprimidos comerciales molturados y como procedimiento de calibración se ha utilizado la Regresión Parcial por Mínimos Cuadrados (PLS). Además, se ha desarrollado un método HPLC para ser utilizado como método de referencia. A partir de los resultados obtenidos se puede concluir que la compactación de las muestras aumenta el camino óptico efectivo y, por tanto, la sensibilidad del método analítico.

Estudi de la distribució de components i recobriment en comprimits farmacèutics mitjançant NIR-CI

La qualitat d’un producte elaborat és un factor important, tant pels consumidors, com pels òrgans reguladors que en defineixen normatives cada cop més estrictes. Iniciatives com la del PAT (Process Analytical Technology) en el sector farmacèutic, responen a aquestes necessitats. El PAT afavoreix la implantació de noves tècniques analítiques que facilitin el monitoratge i el control de paràmetres clau in-/on-line durant els processos de producció. En aquest sentit, el NIR-CI (Near Infrarred-Chemical Imaging) podria ser una eina molt útil en la millora de la qualitat de la indústria farmacèutica, ja que aprofita les avantatges del NIR com a tècnica analítica (ràpid, no invasiu, no destructiu) i les aplica a tota la superfície espacial de la mostra. És una tècnica capaç de proporcionar una gran quantitat d’informació, tant espectral com espacial, en una sola imatge. L’objectiu d’aquest treball és avaluar la capacitat de la tècnica NIR-CI, com a eina pel control de paràmetres de qualitat de comprimits farmacèutics. Concretament, s’han analitzat quantitativament la concentració i la distribució dels components (principi actiu i excipients) d’un comprimit farmacèutic amb i sense recobriment. A més, també s’ha determinat el gruix de la pel·lícula de laca de recobriment i la seva distribució a la superfície del comprimit. Per obtenir aquesta informació, es parteix d’imatges NIR-CI hiperespectrals dels comprimits. Per a l’extracció de les dades d’interès s’ha usat l’algoritme PLS en les diferents versions dels softwares Isys 5.0 i Unscrambler 9.8. La versió de l’Isys permet determinar la contribució de cada component pur a cada punt de la imatge, emprant únicament l’espectre del component en estudi. Amb la de l’Unscrambler, en canvi, es construeix un model de calibratge que, a partir d’unes mostres de referència, prediu la distribució del gruix de recobriment sobre la superfície del comprimit.