Espectroscopia Raman: la forma sencilla de analizar polímeros

26 ago 2024

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Los plásticos pueden generar divisiones porque son convenientes y económicos, pero tienen un impacto nocivo en el medio ambiente. Estos materiales se encuentran en todas partes: desde los museos hasta la medicina moderna, e incluso en las olas del océano. El plástico es omnipresente y la espectroscopia Raman se puede utilizar en cualquier lugar donde se encuentre para fines de identificación, clasificación y pruebas de calidad.

Espectroscopia Raman para análisis de polímeros

La espectroscopia Raman se elige cada vez más para el análisis de polímeros porque no es destructiva, no requiere preparación de muestras y brinda resultados en solo unos segundos. Es fácil para el usuario; incluso los operadores no técnicos pueden recopilar datos en el sitio. Raman también es respetuoso con el medio ambiente (no requiere productos químicos, disolventes ni materiales para la preparación de las muestras) y no genera residuos.

Obtenga más información sobre los fundamentos de la espectroscopia Raman en nuestro artículo de blog.

Preguntas frecuentes sobre espectroscopia Raman: teoría y uso

Figure 1. Metrohm ofrece espectrómetros Raman de sobremesa, portátiles y de proceso (no aparecen en la imagen).

La espectroscopia Raman tiene muchas cualidades fundamentales que superan otras técnicas para el análisis de polímeros. Estos incluyen: alta especificidad del material, Grandes bibliotecas de sustancias y mezclas conocidasy la capacidad de tomar muestras de plásticos en una gran variedad de formas, incluidos compuestos transparentes y coloreados, revestimientos y adhesivos. Esta precisión y flexibilidad son clave para la caracterización precisa de materiales y mezclas plásticas; cualquier desviación de una mezcla de polímeros estándar puede cambiar sus propiedades físicas y su color.

¿Qué hace que la espectroscopia Raman sea única?

Pocas técnicas espectroscópicas satisfacen la necesidad de realizar pruebas rápidas, fáciles, precisas, no destructivas y flexibles: la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) y Raman encabezan esta lista. Estas técnicas califican y cuantifican diferentes polímeros para fines de investigación, análisis y control de calidad.

La medición a través de contenedores con espectroscopia Raman mantiene a los operadores más seguros frente a sustancias desconocidas.

Figure 2. La medición a través de contenedores con espectroscopia Raman mantiene a los operadores más seguros frente a sustancias desconocidas.

Las principales ventajas de utilizar la espectroscopia Raman para el análisis de polímeros y plásticos incluyen:

Muestreo in situ, posible gracias a dispositivos Raman portátiles de alta resolución.
Seguridad mejorada mediante pruebas a través de barreras delgadas para evitar tanto el contacto humano como la contaminación del material (Figura 2).
Alta especificidad: la espectroscopia Raman es ideal para discriminar entre sustancias muy similares.
Eliminación de fluorescencia interferente. Raman puede analizar más materiales modernos que nunca, incluidos plásticos coloreados.
Descubra más en nuestros artículos relacionados Libro blanco.
La espectroscopia Raman se muestra prometedora como técnica analítica cuantitativa.

Cómo la espectroscopia Raman puede afectar a la industria de los polímeros

El movimiento global hacia la realización de pruebas del 100% de los bienes entrantes y controles de calidad a lo largo de la línea de producción requiere métodos eficientes y que requieran pocos recursos. Las capacidades de Raman lo convierten en una técnica de control de calidad (CC) ideal. Con Raman, los fabricantes pueden verificar rápidamente las materias primas en el punto de recepción antes de que ingresen a producción y evitar los costos asociados con largos tiempos de espera en el laboratorio, interrupciones de la producción y capacitación del personal técnico. Entre las mayores recomendaciones de Raman están su simplicidad y facilidad de uso para el operador. ¡No es necesario ser un espectroscopista capacitado para utilizar Raman!

Conocer la composición exacta de las materias primas y las mezclas de resinas permite a los fabricantes controlar y optimizar los procesos de polimerización y fabricar productos más consistentes que cumplan mejor con las especificaciones del cliente.

Por ejemplo, las materias primas poliméricas a menudo aparecen como gránulos blancos o negros, pero puede ser difícil identificar su composición con solo mirarlos. Se utilizaron precursores de los dispositivos Raman actuales de Metrohm para construir una biblioteca Raman de espectros basada en un conjunto de referencias de polímeros de la empresa ResinKit, ubicada en Woonsocket, RI (EE. UU.). Esta biblioteca fue utilizada por un fabricante mundial de articulaciones artificiales en cada paso del proceso de producción. Si bien es imposible discriminar visualmente entre poliamida y policarbonato, es esencial distinguir cada uno de ellos porque las diferentes mezclas de resina influyen en el rendimiento y la longevidad del producto terminado.

Para obtener más información sobre el uso de la espectroscopia Raman para identificar y caracterizar polímeros, lea nuestra Nota de aplicación.

Los beneficios de la espectroscopia Raman para la identificación y caracterización de polímeros

Aplicaciones del análisis de polímeros Raman

La identificación de polímeros se puede realizar en menos de dos minutos con espectroscopia Raman.

Hauff-Technik GmbH & Co. KG en Hermaringen, Alemania, es uno de los principales fabricantes mundiales de cables, tuberías y materiales de construcción de plástico. Estos productos están fabricados a partir de pellets de polímero suministrados por la industria química. Cuando Hauff-Technik estuvo listo para desarrollar un proceso de control de calidad para los materiales entrantes, optaron por la espectroscopia Raman en lugar de invertir en un laboratorio costoso. Ahora verifican los pellets de polímero entrantes de varios proveedores con un Mira XTR Dispositivo Raman portátil en un proceso de recepción rápido, fácil y conveniente.

MIRA XTR es especialmente adecuado para el proceso de control de calidad de Hauff-Technik. Muchos pellets de polímero están coloreados y pueden representar un desafío para la espectroscopia Raman. Por ejemplo, se sabe que los pellets de polímero negro causan fluorescencia, lo que genera una señal Raman deficiente. MIRA XTR puede abordar estos desafíos y verificar la identidad de pellets de colores y muestras fluorescentes de manera precisa y confiable.

Continúe leyendo para obtener más información sobre la experiencia de Hauff-Technik con MIRA para la identificación de polímeros.

MIRA XTR para la verificación de identificación de pellets de polímero entrantes

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Los primeros plásticos comerciales, desarrollados como alternativas viables al marfil natural, se encuentran en bolas de billar de celuloide y dentaduras postizas. La caracterización química de los primeros plásticos en colecciones de museos nos informa sobre la composición del celuloide temprano y los riesgos de degradación. Estas son aplicaciones perfectas para la espectroscopia Raman, ya que puede recopilar datos importantes sin dañar los artefactos históricos.

Una bola de billar de 155 años de antigüedad inventada por John Wesley Hyatt es un ejemplo pionero de compuestos de polímeros reforzados. MIRA se utilizó para ayudar a revelar la compleja composición de la bola de billar de celuloide Hyatt «original» de 1868 del Instituto Smithsonian [1].

MIRA también se utilizó para estudiar las formulaciones y los estados de degradación de 21 prótesis de celuloide antiguas diferentes del Museo Nacional de Historia Estadounidense y del Dr. Samuel D. Museo Nacional de Odontología de Harris [2]. Una cita del artículo [2] afirma: «Se demostró que el Raman portátil es una excelente herramienta in situ para estudiar materiales poliméricos».

Los microplásticos, definidos como residuos plásticos de menos de 5 mm de tamaño, son la forma más abundante de desechos marinos y constituyen una preocupación creciente en todo el mundo. Los equipos de investigación están recurriendo a Raman como una herramienta eficaz para identificar microplásticos, ya que una caracterización sólida de los microplásticos aclara su origen y ayuda a predecir los impactos biológicos.

Las muestras microscópicas son malos candidatos para el análisis Raman tradicional, pero la microscopía Raman se puede utilizar para tomar muestras de partículas plásticas individuales y diminutas. En una aplicación interesante, se tamizaron muestras de agua recolectadas de las aguas superficiales del estuario de la Bahía de Delaware (EE. UU.) y se identificaron las partículas microplásticas recolectadas utilizando el i-Raman EX Espectrómetro Raman portátil.

Puede encontrar más información en nuestra Nota de Aplicación.

Identificación de microplásticos con microscopía Raman

En otro escenario, MIRA hace precisamente aquello para lo que fue diseñado: proporcionar resultados con calidad de laboratorio en escenarios de pruebas no tradicionales. El espectrómetro portátil MIRA se está utilizando para analizar y rastrear las fuentes de partículas de plástico recolectadas por las campañas de la Expedición MED en el Mar Mediterráneo [3]. Con esta información, los responsables de la toma de decisiones pueden implementar mejor la protección del medio ambiente.

The Raman spectra of major commercial plastics are easily distinguished, even with additives like dyes and after years of environmental exposure.

Figure 3. Los espectros Raman de los principales plásticos comerciales se distinguen fácilmente, incluso con aditivos como colorantes y después de años de exposición ambiental.

Grupos de investigación de todo el mundo utilizan la espectroscopia Raman para caracterizar, clasificar y determinar los efectos de la exposición ambiental a largo plazo sobre los residuos plásticos para resolver lo que se ha denominado «El enigma del reciclaje».4]. Antes de que el reciclaje de plástico pueda volverse más eficiente y tener un impacto significativo en los desechos plásticos globales, se deben superar las complicaciones de clasificación y la identificación de materiales mezclados y degradados. Raman es una solución eficaz para todos estos problemas (Figura 3).

Resumen

La espectroscopia Raman no sólo es una técnica analítica rápida, sino que también es no destructiva, respetuosa con el medio ambiente y fácil de usar. Los instrumentos Raman portátiles y de mano ayudan a que esta tecnología sea ampliamente adoptada incluso en ubicaciones no tradicionales. El uso de Raman para el análisis de diversos polímeros es un gran ejemplo de cómo la tecnología puede ayudarnos a leer el mundo, ¡desde el mar hasta el control de calidad!

Referencias

[1] Neves, A.; Friedel, R.; Melo, M. y col. La mejor bola de billar del siglo XIX: materiales compuestos de celuloide y hueso como sustitutos del marfil. Nexo de PNAS 2023, 2 (11), pág. 360. DOI:10.1093/pnasnexus/pgad360

[2] Neves, A.; Friedel, R.; Callapez, M. E.; y col. Salvaguardar nuestro patrimonio odontológico: un estudio de la historia y conservación de las dentaduras postizas de los siglos XIX y XX. Ciencia del patrimonio 2023, 11 (1), 142. Documento I:10.1186/s40494-023-00989-2

[3]Bruno. Un dispositivo utilizado por la policía científica para estudiar la naturaleza de los plásticos recogidos en el mar. Expedición MED. https://www.expedition-med.org/actualites/un-appareil-utilise-par-la-police-scientifique-pour-etudier-la-nature-des-plastiques-preleves-en-mer/ (consultado el 8 de agosto de 2024).

[4] emmao. El enigma del reciclaje. Comunidades libres de plástico, 2024.

Sus conocimientos para llevar

Webinar on-demand: Replanteando el control de calidad de polímeros: Explicación de los beneficios de la espectroscopia de infrarrojo cercano y Raman

Flyer: Análisis de polímeros mediante espectroscopia NIR y Raman

Entrevista: Verificación de identificación de polímeros en menos de dos minutos

Nota de aplicación: Identificación de microplásticos con microscopía Raman

Nota de aplicación: Los beneficios de la espectroscopia Raman para la identificación y caracterización de polímeros

Espectroscopia de infrarrojo cercano y Raman para el análisis de polímeros: una introducción

Técnicas avanzadas como la espectroscopia Raman y la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) mejoran el control de calidad al proporcionar análisis rápidos y no destructivos. Descubra cómo estas técnicas espectroscópicas pueden optimizar los procesos de fabricación y control de calidad en nuestro completo libro electrónico. Descargue el libro electrónico ahora para descubrir todo el potencial de la espectroscopia NIR y Raman para su análisis de polímeros.

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