Infračervená spektroskopie je spektroskopická technika pro strukturní analýzu chemických sloučenin. Používá se také k detekci látek v chemických a biologických vzorcích. Například v medicíně se používá k monitorování kyslík úrovně v EU krev pacientů na jednotce intenzivní péče.
Co je infračervená spektroskopie?
Infračervená spektroskopie je spektroskopická technika pro strukturní analýzu chemických sloučenin. Například v medicíně se používá k monitorování kyslík úrovně v EU krev pacientů na jednotce intenzivní péče. Infračervená spektroskopie (IR spektroskopie) je založena na excitaci energetických stavů v molekuly by infračervené záření v rozsahu vlnových délek od 800 nm do 1 mm. Principem měření je vstřebávání záření ve specifickém rozsahu vlnových délek k excitaci diskrétních vibračních a rotačních stavů funkčních skupin. Absorbovaná oblast je zobrazena jako vrchol v IR spektru. Vzhledem k tomu, že vibrační stavy jsou charakteristické pro konkrétní atomy a skupiny atomů, umístění vrcholů poskytuje informace o struktuře molekuly. Pro měření lze použít několik technik. Například v přenosové technice je infračervené záření prochází vzorkem před vstřebávání je zaznamenáno spektrum. Po reflexní technice se odražené záření spektroskopicky zkoumá. Kromě toho existují také metody pro záznam emisních spekter. Infračervená spektroskopie je rozdělena do tří rozsahů vlnových délek: blízká infračervená (NIRS) od 0.8 do 2.5 mikrometru, střední nebo klasická infračervená oblast od 2.5 do 25 mikrometrů a vzdálená infračervená oblast od 25 do 1000 mikrometrů.
Funkce, účinek a cíle
Dnes se infračervená spektroskopie používá v mnoha oblastech průmyslu, výzkumu nebo medicíny. Zejména blízká infračervená spektroskopie má oproti ostatním dvěma formám některé výhody. Díky své vyšší energii může blízké infračervené světlo lépe procházet vzorky nebo má alespoň větší hloubku průniku. Díky této samotné výhodě se NIRS často používá v medicíně. NIRS je ideální pro stanovení voda obsah v mnoha ukázkách. Takto lze dobře určit vlhkost i obsah bílkovin a tuků v mnoha potravinách. Používá se proto při řízení procesů v potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Již více než 30 let je blízká infračervená spektroskopie pevně integrována jako zobrazovací technika v medicíně a neurovědě. Používá se ke sledování kyslík obsah v krev, průtok krve nebo krev objem různých orgánů a tkání. Zvláště mozek, svaly nebo truhla jsou zkoumány touto metodou. Úspěch této metody pro stanovení obsahu kyslíku je založen na různých vstřebávání chování okysličených a odkysličených hemoglobin. IR spektra se zaznamenávají jako součást a monitoring proces dokumentující změny obsahu kyslíku v průběhu času. Zároveň lze tyto hodnoty zobrazit pomocí zobrazovacích technik. Tento princip se také používá ke sledování průtoku krve a krve objem u nouzových pacientů. Výsledkem je, že NIRS se nyní stále více používá v urgentní a intenzivní medicíně k zajištění nepřetržitého přísunu kyslíku k pacientovi. Metoda se také osvědčila pro měření mozek aktivita. Při jeho určování dochází k dynamickým změnám v kyslíku koncentrace krve v mozek se měří přes čepičku. To je možné, protože blízké infračervené světlo má velkou hloubku průniku. Založeno na koncentrace změny kyslíku, pevnost lze odvodit mozkovou aktivitu. Předpokládá se, že vysoký obsah kyslíku v určité oblasti mozku naznačuje zvýšenou aktivitu tam. Tímto způsobem mají být detekována neurologická onemocnění. Kromě toho jsou prováděny vědecké studie, které dále zkoumají vztah mezi požadavkem na kyslík a mozkovou aktivitou. Vzhledem k tomu, struktura a interakce Proteinů, sacharidy, lipidy a nukleové kyseliny může poskytnout vodítka pro nemoci, jako je Alzheimerova choroba choroba, roztroušená skleróza, artritida nebo určité typy rakovinaPo určitou dobu byly rovněž provedeny vědecké studie k objasnění struktury těchto látek ve tkáních pomocí IR spektroskopie. Zvláštní důraz je kladen na klasifikaci typů tkání bez nutnosti použití barvicích technik. Tělní tekutiny jako slina, krevní plazma, moč nebo synoviální tekutina lze také analyzovat na glukóza, lipidy, cholesterolu, močovina, protein nebo fosfát pomocí IR spektroskopie. Vědecké studie se stále rozšiřují glukóza stanovení pomocí infračervené spektroskopie. Cílem je rychle určit krev glukóza koncentrace diabetických pacientů.
Rizika, vedlejší účinky a nebezpečí
Při použití infračervené spektroskopie v lékařské diagnostice se neočekávají žádná rizika. Je to neinvazivní bezbolestná metoda bez jakékoli další radiační expozice. Vzhledem k nízké energii je vyloučena expozice genetického materiálu. V zásadě jsou lidé neustále vystaveni infračervené záření (tepelné záření). Dobrá tolerance metody je ideálním předpokladem pro její široké uplatnění v medicíně. Její všezahrnující aplikace má však i dnes své limity. V kombinaci s jinými zobrazovacími technikami však bylo v diagnostice dosaženo značného úspěchu. Jak již bylo zmíněno výše, v současné době je vyvíjeno úsilí k optimalizaci stanovení glukózy u diabetiků. Rychlou analýzu by měly zajistit zejména neinvazivní metody, jako je infračervená spektroskopie. Doposud však nebylo v této oblasti dosaženo žádného průlomu. Velké množství výzkumných prací zbývá ještě udělat v jiných oblastech. Například měření mozkové aktivity zdůrazňuje nejedinečnost inverzního problému. Koneckonců, mozková aktivita není registrována přímo, ale pouze změna koncentrace kyslíku v krvi. Lze tedy uzavřít pouze zvýšenou aktivitu. K ověření korelace je třeba provést další studie a srovnání s jinými metodami. Obecně je pro použití v medicíně vhodná pouze blízká infračervená spektroskopie (NIRS). Středně a daleko infračervené záření nemá schopnost proniknout hluboko do tkáně.
