NIR-technologie

Licht bestaat uit een zichtbaar en een niet-zichtbaar gedeelte. Het zichtbare gedeelte heeft golflengten van 400 nm (paars-violet) tot 700 nm (rood). Er is een niet-zichtbaar gedeelte met golflengtes kleiner dan 400 nm, dat varieert van ultraviolet (UV) licht tot Röntgenstraling (X-ray). En er is een niet-zichtbaar gedeelte met golflengtes groter dan 700 nm, beginnend bij nabij infrarood (NIR) naar infrarood (IR) naar magnetronstraling en radiogolven. Als we over nabij infrarood licht spreken, dan gaat het over de golflengten van 700 tot 2500 nm.

Als je VISNIR spectroscopie toepast, wordt het product waarvan je de kwaliteit wilt weten beschenen met licht in het golflengtegebied van 400 - 2500 nm. Voor visueel licht (VIS) volstaat standaard wit licht, terwijl voor NIR een halogeenlamp nodig is. Het licht interacteert met, dringt door in, verstrooit in, absorbeert in, en reflecteert aan het product. De fysiologisch-chemische status van het product bepaalt hoe dit gebeurt.

Chemisch gezien interacteert NIR licht met moleculen in het product, met name met de C-H (koolstof/waterstof), O-H (zuurstof/waterstof) en N-H (stikstof/waterstof) verbindingen in de moleculen. Door naar het terugkerende licht te kijken, kan er informatie worden afgeleid over water, eiwit, suikers, zetmeel en celwanden in het product. Verschillen in het gereflecteerde licht van de NIR aanstraling kan daardoor informatie geven over de fysieke eigenschappen van het product, zoals schiltextuur, stevigheid van het product of deeltjesgrootte. Deze eigenschappen zijn sterk gecorreleerd met de kwaliteit van het product.

Alle NIR spectrometers hebben drie hoofdcomponenten: (i) een lichtbron, vaak een wolfraam halogeenlamp, (ii) een golflengteselector, (iii) een sensor. De positie van de lichtbron ten opzichte van het gemeten product en de sensor bepaalt de meetmodus. Drie manieren van meten worden gebruikt:

• Reflectiemetingen: de lichtbron en sensor staan onder een hoek, vaak 45° ten opzichte van het product.
• Transmissiemetingen: de lichtbron en sensor bevinden zich aan weerszijden van het product, het licht dat door het product heen gaat, wordt gemeten.
• Interactiemetingen: de lichtbron en sensor zijn naast elkaar geplaatst.

De selectie van welke meetmodus het beste zal werken, hangt af van het product. Als vuirstregel geldt dat licht typisch gezien niet dieper een vrucht indringt dan 2 tot 7 mm vanwege het dichte vruchtvlees of de dikke schil. De meeste vruchten worden dan ook met reflectie of interactie gemeten.

Het gebruik van VIS en NIR spectroscopie alleen is niet nuttig. Na een succesvolle toepassing van NIR sensoren moet de NIR sensor gekalibreerd worden. Daardoor kunnen kwaliteitseigenschappen daadwerkelijk vastgesteld worden. Om dit te doen, moet een model worden gemaakt. We moeten een voormeting uitvoeren waarin verschillende vruchten doorgemeten worden met zowel de VISNIR-sensor als met traditionele destructieve referentietechnieken. Dit helpt in begrijpen hoe het VISNIR signaal matcht met de kwaliteitsaspecten van het verse product. De gemeten data kunnen gebruikt worden voor het maken van een lineair of niet-lineair regressiemodel dat een indicatie geeft van de kwaliteit van het product behorend bij het gemeten NIR signaal.

Om zo'n model te maken, is het nodig om statistische of machine learning methoden te gebruiken. Wanneer een sensor gekalibreerd is met het gemaakte model, kan hij gemakkelijk gebruikt worden om de kwaliteitseigenschappen van nieuwe vruchten vast te stellen. NIR-sensoren die te koop zijn, zijn vaak al gekalibreerd om de gewenste kwaliteitseigenschap te meten.