Als moleculaire bindingen infrarood licht absorberen, levert dit spectra op die de chemische structuur van een molecuul verraden. Met de nieuwste apparatuur gebeurt dit tot op microscopische schaal.

Door infrarood licht op een monster los te laten, gaan bindingen straling absorberen. Samen vormen die absorptielijnen een spectrum, dat je kunt zien als een vingerafdruk van een individueel molecuul. ‘Door de spectra te vergelijken met profielen in IR-databanken, kun je de aanwezige molecuulsoorten identificeren’, zegt Serge Tavernier, hoogleraar aan de Universiteit Antwerpen.

IR-databanken

Tavernier genereert spectra met zijn gloednieuwe infraroodspectrometer annex infraroodmicroscoop, die sinds april op de BioGEM-groep op de Campus Hoboken staat. Voor de identificatie gebruikt de Antwerpse hoogleraar dus IR-databanken. ‘Recentelijk abonneerden we ons nog op de Polymers+-databank van de firma ST Japan, een immense verzameling van polymeren plus additieven die tot in de verste uithoeken van de wereld in omloop zijn.’

Maar hoe weet je dat een spectrum bij precies dat ene molecuul hoort, en niet het resultaat is van bijvoorbeeld een ensemble van deeltjes? Het antwoord blijkt in de software te zitten waarop de infraroodspectrometer draait. Tavernier: ‘Ons apparaat, een Bruker Lumos, werkt met OPUS-software. Die laat toe om spectra van elkaar af te trekken. Denk bijvoorbeeld aan bedrukt papier. Je meet het spectrum van een vlakje papier dat niet bedrukt is en trekt dit af van het spectrum van het bedrukte stukje, waarna je informatie overhoudt over de drukinkt. Die informatie ­gebruiken we dan om bijvoorbeeld te onderzoeken of de inkt wel ‘groen’ is, zoals de drukker beweert.’

Is het dat ene molecuul of een ensemble?

De spectrometer gebruikt hij ook in combinatie met een gewone optische microscoop. Die laatste bakent eerst een gebiedje af dat je vervolgens met de IR-spectrometer scant. Op die microscopische opname kunnen Tavernier en zijn collega’s dan precies aanduiden welk gebied of welke puntjes ze willen onderzoeken, en welke moleculen daar precies liggen. De maximale resolutie van het microscoopgedeelte ligt op 5 μm.

De BioGEM-groep helpt vooral mkb’ers, door onderzoekswerk te verrichten. ‘Sommige komen bij ons terecht om de aanwezige materialen en stoffen in composieten te identificeren’, zegt Tavernier. ‘Andere vragen ons de echtheid van een handtekening te onderzoeken.’

Militair gevoelig

De resolutie is niet meer te verbeteren, meent Tavernier, want de golflengte van de IR-straling bepaalt die. Wat wel beter kan, is de scansnelheid. ‘Nu gebeurt dat punt per punt. Als we simultaan meerdere posities kunnen doen, zouden we veel tijd en geld besparen.’ De Antwerpse hoogleraar merkt trouwens fijntjes op dat dit in feite nu al mogelijk is, maar dat er dan interferentie dreigt met militaire toepassingen. ‘Dit simultaan scannen, vergt 2D-detec­tors van het zogenoemde focal plane area 64*64-type (fotovoltaïsche detectors die zowel in de x- als de y-richting simultaan informatie kunnen opnemen, red.).

En daar knelt de schoen, want dit is een technologie die onder meer wordt ingezet om bij raketaanvallen het doel te lokaliseren. De genoemde detectoren kosten ook buitengewoon veel geld, wat een tweede grote handicap is. Tavernier: ‘Het eerste probleem is mogelijk op te lossen indien laboratoria kunnen garanderen dat ze de detectoren goed afschermen voor ‘derden’. Het tweede knelpunt, de prijs, zal nog wel enkele jaren ontwikkelings- en verfijningswerk vergen.’