NIR은 측정하는 방식에 따라서 간단하게 투과 분석과 반사 분석법으로 구분됩니다. 투과 분석은 빛이 시료를 통과하면서 흡수된 양을 스펙트럼 확인하여 분석에 이용하는 것이며, 반사 분석법은 시료에 주사된 빛이 반응하고 반사된 스펙트럼을 확인하여 분석에 이용하는 방법입니다. 응용법으로 투과 반사법이 있는데 액상 시료인 경우에 금속 판을 이용하여 반사시켜서 투과 반사된 스펙트럼을 얻어서 분석할 수 있습니다.

지방 산화의 정도는 화학적, 물리적 크로마토그래피 분석법으로 측정이 가능하나 전문적인 인력이 필요하고 고비용 및 시간 소요가 있습니다. 지방 식품의 산화와 악취에 관련된 안정성은 몇 주, 혹은 몇 달이 걸리므로, 더 빠른 결과를 얻기 위해서 가속 산화 조건에서 조사될 수 있으며 빠른 시간 내에 완료가 가능합니다.

단백질은 각종 아미노산으로 구성되며, 분자 내에 질소를 함유하고 있는 것이 단백질의 특징입니다. 단백질 중의 질소함량은 식품에 대해서 대체로 일정하므로, kjeldahl 법을 이용하여 질소를 증류 후 적정을 통해 정량하여 단백질량으로 환산하면 식품 중의 단백질 양을 구할 수 있습니다.

질소가 대표하는 것이 단백질이지만 소량의 다른 구성 성분도 질소를 포함할 수 있으므로 조(crude)단백질이라고 합니다.

고체, 액체, 기체(특수 용기 필요)가 모두 분석 대상이 될 수 있습니다. 실제로 NIR에서 이용되는 주요 시료는 고체 시료가 약 70-80% 가량 됩니다. 공정 모니터링에 이용되는 장비는 고체 시료 및 액상을 분석하는 데 이용됩니다.

쌀(백미), 현미, 보리, 콩, 옥수수 등 다양한 곡물에 대한 수분 분석이 가능합니다. 장비 및 어플리케이션에 대해서 궁금한 점이 있으면 이메일 또는 연락처를 통해서 문의해 주시기 바랍니다.

1. 풍미 변화/악취 : 알데하이드, 케톤, 에스터, 지방산(자동 산화의 이차 생성물)과 같은 휘발 성분들이 원인임.

2. 잠재적인 건강에 대한 위협(설사, 성장 부진, 빈혈 등): 과산화수소, 다이머, 폴리머, 고분자 방향족 탄화수소, 산화된 스테롤 등 몇몇 성분들의 독성으로 인함.

3.영양분 손실: 불포화 지방산, 비타민 A, E, 메치오닌, 시스틴과 같은 황을 포함하는 아미노산

NIR에서 소프트웨어는 기기의 작동(operation)과 검량식 개발(calibration) 부분으로 나누어 집니다.

​초기에는 한 개의 소프트웨어를 이용하여 운영 및 검량식 개발을 수행했으나, 최근에는 개별적으로 공급되고 있습니다. 단일 공장의 경우에는 한 개의 소프트웨어에서 작동과 calibration을 동시에 수행하면 편리하지만, 여러 개의 공장에서 NIR을 사용하는 경우에는 calibration 소프트웨어는 1개만 구입해도 사용이 가능하지만, 불필요하게 calibration 소프트웨어를 한 개의 패키지로 묶어서 구매하게 되어, 구입하는 부담이 커질 수 있기 때문입니다. 

산화 안정도는 식품을 평가하는데 가장 중요한 특성 중의 하나입니다. 화학반응은 산소와 식품 중에 몇 가지 반응하는 성분 간에 일어나며 식품 품질의 변이에 가장 큰 원인 중 하나입니다. 특히, 식품 내 지방 자동 산화(악취)는 저장 수명에 영향을 주는 주요 원인이 됩니다.

NIR은 1960년대 말부터 산업적으로 이용되기 시작했습니다. 미국 농무성 노리스 박사가 최초라고 할 수 있습니다. 기술적으로 보면 60-70년대는 필터(FILTER), 80년대 Grating, 90년대 초반 FT, 90년대 후반에는 4세대 Stationary Grating 기술이 개발되었습니다. AOTF(음향광학필터) 기술 등도 개발되었으며, 다양한 광원의 개발 시도도 이루어 지고 있습니다.

다음의 단계로 기기에서 분석을 수행하게 됩니다.

(고전적 방법)

1. 근적외선 영역의 빛을 생성

2. 단색화장치(Monochromator)를 사용하여 빛을 분리

3. 샘플에 빛을 주사

4. 검출기로 반응을 얻어서 스펙트럼 생성

5. 통계처리 프로그램을 사용하여 스펙트럼과 Reference 분석 값과 상관관계를 검량식으로 작성

6. 새로운 시료 분석에 적용

​

(추가된 방법)

1. 근적외선 영역의 빛을 생성

2. 샘플에 빛을 주사

3. 시료와 반응하여 반사 혹은 통과된 빛을 단색화장치(Monochromator)를 사용하여 파장별로 분리

4. 검출기로 반응을 얻어서 스펙트럼 생성

5. 통계처리 프로그램을 사용하여 스펙트럼과 Reference 분석 값과 상관관계를 검량식으로 작성

6. 새로운 시료 분석에 적용

​

NIR은 텅스텐 램프 또는 텅스텐 할로겐 램프를 사용하여 근적외선 영역에 해당되는 빛을 만들어서 시료에 주사하게 됩니다. 기술 발전에 따라서 다양한 램프 소스의 이용이 가능할 수 있습니다. 검출기로는 인듐비소갈륨(InGaAs) 재질이나 실리콘 납(PbS) 등을 이용합니다. 파장의 정확도는 실리콘 납이 좋으며 파라미터의 농도 대비 상관성은 인듐갈륨비소 계열이 좋습니다.

​

시료는 기기에서 빛을 파장별로 분리 한 후 빛을 시료에 주사하여 상호작용을 분석하거나 빛을 우선적으로 시료에 주사한 후 반응이 완료된 빛을 파장별로 분리하여 스펙트럼을 얻는 방법이 있습니다.

​

시료는 기기에서 얻어진 스펙트럼과  Reference 분석(예, 조단백질 분석 --> 킬달법 혹은 듀마스법)을 서로 상관관계를 찾아서 검량식을 만들고 동일한 시료에 대해서 적용합니다.

곡물 수분 분석기는 미국의 USDA(농무성)에서 요청하여 스웨덴의 Perten Instruments 사에서 제작하여 공급하게된 곡물 수분 분석기입니다. 미국 농무성에서는 오랜 동안 건조 감량법에 의한 수분 분석법을 이용해 왔습니다. 안정적이고 정확한 데이터를 얻을 수 있지만 너무 오랜 시간이 소요되는 단점이 있어서 빠르게 분석 결과를 제공할 수 있는 새로운 대체 방법으로서 개발이 되었습니다.

Aquamatic 5200 곡물 수분 분석기는 마이크로웨이브파를 사용하며 150MHz 영역에서 측정합니다. 높은 주파수는 시료에 대한 투과성을 크게 향상시켜서 안정적이고 정확한 수분 분석 결과를 얻을 수 있습니다.

Perten Instruments 사에서는 미국 농무성(USDA)의 요청으로 프로젝트를 추진하여, 수분 분석을 위한 다양한 주파수 대역을 조사하여 안정적으로 다양한 곡물에 대한 수분 분석이 가능한 영역을 찾았으며 수 십만 개의 시료에 대한 테스트 및 검증을 통한 기술로서 특허를 획득하였습니다.

기존의 건조습식분석 방법의 오랜 시간이 걸리던 분석 시간을 10초 로 단축하였으며 정확성을 높였습니다.

​미국에서는 물론이며 중국 등 여러나라에서 곡물 수분을 분석하는 공인 장비로 인정받고 있습니다.

가속 테스트를 수행하여 식품의 자동산화 안정성을 조사할 수 있는 장비들에는 Rancimat, OSI, Oxitest가 있습니다. Rancimat 또는 OSI 장비는 순수한 오일이나 지방의 산화 안정성을 테스트하는데 유용한 솔루션이나 최종 완제품에 대해 우선적으로 지방의 추출이 필요합니다. Oxitest는 직접 최종 제품에 대한 분석 수행이 가능합니다. 가온된 산소를 시료에 공급함으로써 산화 즉, 산소와 반응하여 산소압이 감소되도록 하는 반응으로 테스트를 수행합니다.

NIR은 분광분석법으로 빛을 시료에 주사하여 반응한 것을 흡수 또는 반사된 스펙트럼을 해석하여 정성 분석 빛 정량 분석에 이용합니다.

예를 들어 어떤 사람이 새로운 경험을 하게 되었습니다.(직접 분석)

그 사람을 통해서 다른 사람이 이 내용을 듣게 되면 간접 경험이 되겠지요.(간접분석)

​

직접 분석법은 분석 결과가 바로 적용이 가능한 것을 말하며, 간접 분석법은REFERENCE(직접 분석법)에 연관하여 분석하게 되며 기기에서 얻어진 스펙트럼과 Reference 분석 값의 상관관계를 분석 적용한 검량식 개발(Calibration)이라는 작업을 수반합니다.

NIR은 Near InfraRed의 약자로 근적외선이라고 합니다. 적외선의 근적외선, 중적외선, 원적외선 중 근적외선 영역을 말하며 분광분석에 이용됩니다.

NIR은 본체와 소프트웨어로 구별되어 설명 가능합니다. 본체를 통해서 시료에 대한 스펙트럼을 얻고 소프트웨어를 통해서 데이터를 얻게 됩니다. 분석 가능한 항목은 주로 식품의 경우 단백질, 지방, 수분, 섬유, 회분, 아미노산, 당, 염도, 점도, pH, 산도, 과산화물가, 사포닌, 폴리올 등이 있습니다. 그밖에도 응용 범위가 넓어서 화확물질의 분석, 물리적인 분석 등에 응용이 가능합니다. 

해당 사항의 구분이 어려우시면 별도로 질의하여 주시기 바랍니다.

NIR은 식품, 농산물, 곡물, 화학, 제약, 석유 등 다양한 분야에서 응용이 가능합니다. 식품의 구성 성분(예, 단백질, 수분, 지방, 섬유, 회분 등)을 분석할 수 있으며 화학 분석 및 물리적 분석의 적용도 가능합니다. 상세한 설명 및 궁금한 점이 있으면 나노마커스의 연락처나 이메일로 질의하여 주시기 바랍니다.

IP 시간이 늘어나면 안정도가 증대됩니다. 즉, IP가 길어지면 길수록 안정도도 증대됩니다. 예를 들어서 나이가 들면 늙어 가듯이 IP도 증대되면 될수록 산화 안정도가 높아집니다.

산화안정도 결정 장치를 이용한 테스트를 통해서 샘플 산화 커브를 얻게 되며 IP( Induction Period)라고 하는 유도 기간에 의해 특성을 구합니다. Induction Period (IP): 악취 래벨 변화, 산화의 속도에서 갑작스런 변화 등 산화를 마치는 데 필요한 시간을 말합니다. 즉, 산소와 시료간의 반응으로 인해 전체 압력이 감소되는 의미 있는 산화의 곡선이 기록됩니다.

초기에 개발 및 적용된 NIR 분석은 필터를 이용하여 한 개 혹은 수개의 파장만 선택적으로 분석이 가능했습니다. 기술 발전으로 Grating을 움직이면서 전체 파장을 분석하는 방법을 적용할 수 있게 되었으나, 개별적인 파장을 분리하여 시료와 반응시키므로 시료와 반응하는 빛의 양이 적고 측정 면적도 좁습니다.

FT 방식은 스펙트럼을 만드는데 간섭계를 이용하는 방식입니다. 간섭계를 이용하면 시료에 전달하는 빛의 양을 증대하여 좀 더 안정적인 스펙트럼을 얻을 수 있습니다. 또한 분당 스캔 횟수도 늘어나게 됩니다. 그러나 간섭계는 moving을 통한 빛의 파장 간섭을 이용하게 되어 기기 고장의 원인을 제공할 수 있습니다.

정지상 그레이팅은 검출기(Detector)로 다이오드 어레이가 개발되어서 더이상 간섭계가 필요하지 않게 되었습니다. 즉, 파장을 동시에 분석할 수 있어서 파장 분리 작업이 없어진 것입니다. 이에 따른 장점은 빠른 스캔이 가능하여 FT NIR 보다 빠른 분석이 가능하며, 스캔 횟수도 증가하고, 시료에 전달되는 빛의 양도 증대됩니다. 또한 간섭계의 움직임이 필요없으므로 고장의 원인이 제거되어 오래동안 사용이 가능합니다.

다이오드 어레이 디텍터는 각 파장에 대응하는 셀을 갖고 있어서, 시료와 반응한 빛의 전파장을 순차적으로 분리하지 않고 동시에 분석할 수 있습니다. 따라서 시료에 전달하는 빛의 양이 증대되고 분석속도도 증대되며, 더 많은 스캔이 가능합니다.

DA7250 운영 소프트웨어는 한글을 지원합니다. 직관성이 향상되었으며, 터치 스크린의 터치 및 간단한 조작만으로도 분석을 수행하고 결과를 출력할 수 있습니다. Analysis(분석), Reporting(출력), Setup(설정)의 3가지 메뉴로 구성됩니다.

처음 사용하는 사용자도 몇 분의 교육을 받으면 쉽게 사용할 수 있습니다.

DA7250은 몇 가지 새로운 특징을 갖춘 시스템이 구성됩니다.

1. 팬리스: 장비의 냉각을 위해서 사용하던 팬이 더이상 필요 없습니다. SSD 및 낮은 Watt의 전력 사용과 방열판을 이용한 적절한 냉각으로 팬이 없어 졌으며, 이에 따른 소음도 없어졌습니다.

2. 자기 구동 방식 샘플 측정 기술을 적용하여 샘플링에 모터를 사용하는 시스템에서 발생하는 잦은 고장 증상을 해결했습니다.

3. 현장 및 진동이 심한 곳에서 사용할 때는 HDD 시스템은 오랜 시간이 경과되면 내구성이 크게 덜어져서 장비 고장의 원인이 될수 있는데, 이를 SSD 사용하여 안정성을 증대하였습니다.

4. 장비의 완전 점검을 위한 시간을 크게 단축하여 단 20초 만에 Full base line 점검 수행이 완료 됩니다. 또한 자동으로 수행되어 사용자는 점검에 대한 별도의 관리를 할 필요가 없습니다.

5. 제논 램프를 사용하여 파장의 정확성을 검증하는 시스템을 향상하였습니다. 기존 4 파장의 파장 검증에서 7 파장 검증이 수행됩니다.

6. 추가적인 향상에 대하여 궁금하시면 이메일 혹은 전화로 문의 주시기 바랍니다.

NIR은 간접분석법이므로 직접 분석을 통해서 얻어진 데이터를 필요로 합니다.

예를 들어서 식품에서 단백질을 분석한다고 하면 킬달 분석법 또는 듀마스 분석법을 통해서 Reference 값을 얻게 되며, NIR은 장비를 이용하여 시료에 대한 스펙트럼을 얻습니다.

소프트웨어를 이용해서 스펙트럼과 Reference 값의 상호 연관 관계를 분석하여 검량식을 만듭니다.

​NIR에 검량식을 적용하여 새로운 시료의 분석을 수행합니다.