FTIR Espectroscopía infrarroja - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

                                                        

Todas las vibraciones entre átomos se van a representar como bandas en un espectro. Ya es común encontrar tablas detalladas en las que se analizan los tipos de bandas de absorción, la región en la que ocurren y relacionarlas con grupos funcionales específicos, lo que permite realizar una elucidación estructural de las moléculas.

Por lo general, el único tratamiento de muestra requerido antes del análisis infrarrojo es una modificación de la morfología de la muestra (por ejemplo, de gránulos de resina a una película para detectar antioxidantes ). Este paso se puede lograr moldeando por compresión el material o cortando un cupón de muestra de prueba de un artículo extruido o procesado (como una pieza moldeada por inyección). Debido a que el nivel de uso de antioxidantes en los plásticos es generalmente bajo (250-2000 ppm) se requiere una longitud de ruta de muestra relativamente gruesa (0.25-0.75 mm) para que las bandas de absorción de los antioxidantes sean visibles. El espesor real de la muestra requerido para el análisis depende de factores como la concentración y el coeficiente de extinción de los antioxidantes en la muestra y la opacidad de la muestra (pigmentada o no pigmentada). Uno de los requisitos clave para el análisis por infrarrojos es seleccionar una banda de absorción del antioxidante que no interfiera o solape directamente con ninguno de los picos de absorción del polímero huésped. Una vez que se identifica una banda de absorción apropiada, su absorbancia se puede determinar fácilmente mediante la integración de área / altura de pico. La concentración del antioxidante en el polímero se determina relacionando la absorción integrada con una curva de calibración previamente establecida. El dominio IR medio (es decir, 2.5-25 / lm o 4000-400 cm -1) se ha utilizado ampliamente para el análisis aditivo en polímeros, ya que la mayoría de los grupos funcionales orgánicos son infrarrojos activos en esta región espectral. Por ejemplo, los grupos carbonilo de los antioxidantes fenólicos y los grupos oxígeno-fósforo-fenilo de los antioxidantes fosfito tienen fuertes absorbancias a aproximadamente 1740 y 890 cm-1 respectivamente. Una de las principales ventajas de los métodos de análisis directos, como la espectroscopía infrarroja, es la conveniencia y la velocidad de la técnica. Sin embargo, los métodos infrarrojos tienden a ser muy dependientes de la matriz. Cualquier cambio en la composición de una muestra de plástico (como la adición de otro estabilizador) puede afectar la relación cuantitativa, y puede ser necesaria una nueva curva de calibración. Debido a esto, los métodos infrarrojos generalmente son adecuados solo para aplicaciones de control de calidad (QC) donde se pueden usar de forma rutinaria para controlar la adición de antioxidantes en la fabricación de polímeros comerciales. El desarrollo de una curva de calibración precisa para la determinación cuantitativa de un antioxidante en un material plástico mediante análisis infrarrojo puede ser difícil. A diferencia del análisis cromatográfico, donde la calibración solo requiere la disolución gravimétrica de los antioxidantes en el solvente apropiado, el análisis infrarrojo requiere que los antioxidantes se dispersen homogéneamente a través de la matriz polimérica a la concentración correcta.

Los espectrómetros infrarrojos basan su funcionamiento en el interferómetro de Michelson. En ellos, la radiación de la fuente pasa a través de un beam splitter que divide la radiación dirigiendo la mitad a un espejo fijo y la otra a un espejo móvil. Los rayos se recombinan en el beam splitter de manera constructiva o destructiva dependiendo de la posición del espejo El resultado es el interferograma)una representación de intensidad en función del tiempo (que se convierte con la transformada de Fourier en un diagrama que representa la intensidad en función de la frecuencia. Es una de las técnicas analíticas más versátiles y de mayores aplicaciones, ya que permite realizar mediciones en cualquier tipo de muestra sin importar si es un líquido, sólido o gas, por lo que se han desarrollado accesorios especializados para disponer la muestra. El más común y utilizado es el ATR (reflexión total atenuada). En ese accesorio, el haz de infrarrojo es reflejado internamente por medio de espejos e incide sobre un cristal denso ópticamente con un alto índice de refracción en determinado ángulo. El cristal está en contacto con la muestra, de manera que el rayo incide sobre una distancia leve de la muestra. Una de las grandes ventajas que ofrece el uso del ATR es que permite la lectura de muestras con una preparación mínima o sin preparación de la muestra. La muestra se pone directamente sobre el disco cubriendo la superficie del cristal, lo que la hace ideal para la lectura de muestras líquidas o sólidas.