Quang phổ hồng ngoại là một kỹ thuật quang phổ để phân tích cấu trúc của các hợp chất hóa học. Nó cũng được sử dụng để phát hiện các chất trong các mẫu hóa học và sinh học. Trong y học, ví dụ, nó được sử dụng để theo dõi ôxy cấp độ trong máu của bệnh nhân chăm sóc đặc biệt.
Quang phổ hồng ngoại là gì?
Quang phổ hồng ngoại là một kỹ thuật quang phổ để phân tích cấu trúc của các hợp chất hóa học. Trong y học, ví dụ, nó được sử dụng để theo dõi ôxy cấp độ trong máu của bệnh nhân chăm sóc đặc biệt. Quang phổ hồng ngoại (phổ hồng ngoại) dựa trên sự kích thích của các trạng thái năng lượng trong phân tử by bức xạ hồng ngoại trong dải bước sóng từ 800 nm đến 1 mm. Nguyên tắc của phép đo là hấp thụ của bức xạ trong một dải bước sóng cụ thể để kích thích các trạng thái dao động và quay rời rạc của các nhóm chức. Vùng hấp thụ được hiển thị dưới dạng đỉnh trong phổ IR. Vì trạng thái dao động là đặc trưng của các nguyên tử và nhóm nguyên tử cụ thể, vị trí của các đỉnh cung cấp thông tin về cấu trúc của phân tử. Một số kỹ thuật có thể được sử dụng để đo lường. Ví dụ, trong kỹ thuật truyền tải, bức xạ hồng ngoại đi qua mẫu trước khi hấp thụ quang phổ được ghi lại. Sau kỹ thuật phản xạ, bức xạ phản xạ được kiểm tra bằng phương pháp quang phổ. Ngoài ra, còn có các phương pháp ghi phổ phát xạ. Quang phổ hồng ngoại được chia thành ba dải bước sóng: hồng ngoại gần (NIRS) từ 0.8 đến 2.5 micromet, hồng ngoại trung bình hoặc cổ điển từ 2.5 đến 25 micromet, và hồng ngoại xa từ 25 đến 1000 micromet.
Chức năng, tác dụng và mục tiêu
Ngày nay, quang phổ hồng ngoại được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, nghiên cứu hay y học. Đặc biệt phương pháp quang phổ cận hồng ngoại có một số ưu điểm hơn so với hai hình thức còn lại. Do năng lượng cao hơn, ánh sáng hồng ngoại gần có thể đi qua các mẫu tốt hơn hoặc ít nhất là có độ xuyên sâu lớn hơn. Chỉ vì ưu điểm này mà NIRS thường được sử dụng trong y tế. NIRS là lý tưởng để xác định nước nội dung trong nhiều mẫu. Nhờ đó, có thể xác định tốt độ ẩm cũng như hàm lượng protein và chất béo của nhiều loại thực phẩm. Do đó, nó được sử dụng trong việc kiểm soát quá trình trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Trong hơn 30 năm, quang phổ cận hồng ngoại đã được tích hợp vững chắc như một kỹ thuật hình ảnh trong y học và khoa học thần kinh. Nó được sử dụng để giám sát ôxy nội dung trong máu, dòng máu hoặc máu khối lượng của các cơ quan và mô khác nhau. Đặc biệt não, cơ bắp hoặc ngực được kiểm tra bằng phương pháp này. Sự thành công của phương pháp này để xác định hàm lượng oxy dựa trên các hấp thụ hành vi oxy hóa và khử oxy huyết cầu tố. Phổ hồng ngoại được ghi lại như một phần của giám sát xử lý, ghi lại sự thay đổi hàm lượng oxy theo thời gian. Đồng thời, các giá trị này có thể được hiển thị bằng kỹ thuật hình ảnh. Nguyên tắc này cũng được sử dụng để theo dõi lưu lượng máu và máu khối lượng ở những bệnh nhân cấp cứu. Do đó, NIRS hiện đang được sử dụng ngày càng nhiều trong y tế cấp cứu và chăm sóc đặc biệt để đảm bảo cung cấp oxy liên tục cho bệnh nhân. Phương pháp này cũng đã chứng minh giá trị của nó để đo lường não Hoạt động. Khi xác định nó, động lực thay đổi trong oxy tập trung của máu trong não được đo qua nắp sọ. Điều này có thể thực hiện được vì ánh sáng hồng ngoại gần có độ xuyên sâu lớn. Dựa vào tập trung sự thay đổi của oxy, sức mạnh của hoạt động não có thể được suy ra. Giả định là hàm lượng oxy cao trong một vùng não cụ thể cho thấy hoạt động ở đó tăng lên. Bằng cách này, các bệnh thần kinh sẽ được phát hiện. Hơn nữa, các nghiên cứu khoa học đang được tiến hành để điều tra sâu hơn mối quan hệ giữa nhu cầu oxy và hoạt động của não. Vì cấu trúc và sự tương tác của protein, carbohydrates, chất béo và axit nucleic có thể cung cấp manh mối cho các bệnh như Alzheimer dịch bệnh, đa xơ cứng, viêm khớp hoặc một số loại ung thư, các nghiên cứu khoa học cũng đã được thực hiện trong một thời gian để làm sáng tỏ cấu trúc của các chất này trong mô bằng quang phổ IR. Đặc biệt nhấn mạnh vào việc phân loại các loại mô mà không cần đến kỹ thuật nhuộm. Chất lỏng cơ thể như là nước bọt, huyết tương, nước tiểu hoặc dịch bao hoạt dịch cũng có thể được phân tích cho glucose, chất béo, cholesterol, Urê, protein hoặc phốt phát sử dụng quang phổ IR. Các nghiên cứu khoa học vẫn đang được thực hiện để mở rộng glucose xác định bằng quang phổ hồng ngoại. Mục đích là để xác định nhanh chóng máu glucose tập trung của bệnh nhân đái tháo đường.
Rủi ro, tác dụng phụ và nguy cơ
Không có nguy cơ nào xảy ra khi sử dụng quang phổ IR trong chẩn đoán y tế. Đây là một phương pháp không đau không xâm lấn mà không cần thêm bất kỳ sự phơi nhiễm bức xạ nào. Do năng lượng thấp, sự tiếp xúc của vật liệu di truyền bị loại trừ. Về nguyên tắc, con người thường xuyên tiếp xúc với bức xạ hồng ngoại (bức xạ nhiệt). Khả năng chịu đựng tốt của phương pháp là điều kiện tiên quyết lý tưởng để nó được ứng dụng rộng rãi trong y học. Tuy nhiên, ứng dụng toàn diện của nó vẫn có giới hạn cho đến ngày nay. Tuy nhiên, kết hợp với các kỹ thuật hình ảnh khác, đã đạt được thành công đáng kể trong chẩn đoán. Như đã đề cập ở trên, các nỗ lực hiện đang được thực hiện để tối ưu hóa việc xác định glucose ở bệnh nhân tiểu đường. Đặc biệt, các phương pháp không xâm lấn như quang phổ IR nên đảm bảo phân tích nhanh chóng. Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa đạt được bước đột phá nào trong lĩnh vực này. Rất nhiều công việc nghiên cứu vẫn còn phải được thực hiện trong các lĩnh vực khác. Ví dụ, phép đo hoạt động của não làm nổi bật tính không đơn nhất của bài toán nghịch đảo. Rốt cuộc, hoạt động của não không được ghi nhận trực tiếp, mà chỉ là sự thay đổi nồng độ oxy trong máu. Do đó, chỉ có thể kết luận một hoạt động gia tăng. Để xác minh mối tương quan, các nghiên cứu sâu hơn và so sánh với các phương pháp khác phải được thực hiện. Nói chung, chỉ có quang phổ cận hồng ngoại (NIRS) là thích hợp để sử dụng trong y học. Bức xạ ánh sáng hồng ngoại tầm trung và xa không có khả năng xuyên sâu vào mô.
