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Os plásticos podem ser controversos, pois são práticos e baratos, mas têm um impacto prejudicial ao meio ambiente. Esses materiais são encontrados em todos os lugares – de museus à medicina moderna e até mesmo nas ondas do oceano. O plástico é onipresente, e a espectroscopia Raman pode ser usada em qualquer lugar para fins de identificação, classificação e testes de qualidade.

Espectroscopia Raman para análise de polímeros

A espectroscopia Raman é cada vez mais escolhida para análise de polímeros porque não é destrutiva, não requer preparação de amostra e fornece resultados em apenas alguns segundos. É fácil para o usuário; até mesmo operadores não técnicos podem coletar dados no local. O Raman também é ecologicamente correto – não requer produtos químicos, solventes ou materiais para preparação de amostras – e não gera nenhum resíduo.
 

Saiba mais sobre os fundamentos da espectroscopia Raman em nosso artigo do blog. 

FAQ sobre espectroscopia Raman: teoria e uso

Figure 1. A Metrohm oferece espectrômetros Raman de bancada, portáteis e de processo (não ilustrados).

A espectroscopia Raman tem muitas qualidades fundamentais que superam outras técnicas de análise de polímeros. Isso inclui: alta especificidade do material, grandes bibliotecas de substâncias e misturas conhecidas, e a capacidade de amostrar plásticos em inúmeras formas, incluindo compostos transparentes e coloridos, revestimentos e adesivos. Essa precisão e flexibilidade são essenciais para a caracterização precisa de materiais e misturas plásticas; qualquer desvio de uma mistura de polímero padrão pode alterar suas propriedades físicas e cor. 

O que torna a espectroscopia Raman única?

Poucas técnicas espectroscópicas atendem à necessidade de testes rápidos, fáceis, precisos, não destrutivos e flexíveis: a espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) e a espectroscopia Raman estão no topo desta lista. Essas técnicas qualificam e quantificam diferentes polímeros para fins de pesquisa, análise e controle de qualidade.

Medir através de recipientes com espectroscopia Raman mantém os operadores mais seguros contra substâncias desconhecidas.
Figure 2. Medir através de recipientes com espectroscopia Raman mantém os operadores mais seguros contra substâncias desconhecidas.

As principais vantagens do uso da espectroscopia Raman para análise de polímeros e plásticos incluem:

  • Amostragem in situ, possível com dispositivos Raman portáteis de alta resolução.
  • Segurança melhorada através de testes através de barreiras finas para evitar tanto o contato humano quanto a contaminação do material (Figura 2).
  • Alta especificidade – A espectroscopia Raman é ideal para discriminar entre substâncias muito semelhantes.
  • Eliminação de fluorescência interferente. O Raman pode analisar materiais mais modernos do que nunca, incluindo plásticos coloridos.
    Descubra mais em nossos artigos relacionados Livro Branco.
  • A espectroscopia Raman mostra-se promissora como uma técnica analítica quantitativa.

Como a espectroscopia Raman pode impactar a indústria de polímeros

O movimento global em direção a testes de 100% dos produtos recebidos e verificações de qualidade na linha de produção exige métodos eficientes e de poucos recursos. As capacidades do Raman o tornam uma técnica ideal de controle de qualidade (CQ). Com o Raman, os fabricantes podem verificar rapidamente as matérias-primas no ponto de recebimento antes que elas entrem em produção e evitar custos associados a longos tempos de espera em laboratórios, interrupções na produção e treinamento de pessoal técnico. Entre as maiores recomendações do Raman estão sua simplicidade e facilidade de uso para o operador. Não é preciso ser um espectroscopista treinado para usar Raman!

Conhecer a composição exata das matérias-primas e misturas de resinas permite que os fabricantes controlem e otimizem os processos de polimerização e produzam produtos mais consistentes que atendam melhor às especificações do cliente. 

Por exemplo, materiais poliméricos brutos geralmente aparecem como pellets brancos ou pretos, mas pode ser difícil identificar sua composição apenas olhando para eles. Os precursores dos atuais dispositivos Raman da Metrohm foram usados para construir uma biblioteca Raman de espectros com base em um conjunto de referências de polímeros da ResinKit Company, localizada em Woonsocket, RI (EUA). Esta biblioteca foi usada por um fabricante global de articulações artificiais em todas as etapas do processo de produção. Embora seja impossível distinguir visualmente entre poliamida e policarbonato, é essencial distinguir cada um deles porque diferentes misturas de resina influenciam o desempenho e a longevidade do produto final.
 

Para obter mais informações sobre o uso da espectroscopia Raman para identificar e caracterizar polímeros, leia nossa Nota de Aplicação.

Os benefícios da espectroscopia Raman para a identificação e caracterização de polímeros

Aplicações de análise de polímeros Raman

A identificação de polímeros pode ser feita em menos de dois minutos com espectroscopia Raman. 

A Hauff-Technik GmbH & Co. KG em Hermaringen, Alemanha, é uma das principais fabricantes mundiais de cabos, tubos e materiais de construção de plástico. Esses produtos são feitos de pellets de polímero fornecidos pela indústria química. Quando a Hauff-Technik estava pronta para desenvolver um processo de controle de qualidade para materiais recebidos, eles optaram pela espectroscopia Raman em vez de investir em um laboratório caro. Agora eles verificam os pellets de polímero recebidos de vários fornecedores com um MIRA XTR dispositivo Raman portátil em um processo de recebimento rápido, fácil e conveniente.

O MIRA XTR é especialmente adequado ao processo de controle de qualidade da Hauff-Technik. Muitos pellets de polímero são coloridos e podem representar um desafio para a espectroscopia Raman.  Por exemplo, sabe-se que pellets de polímero preto causam fluorescência, o que leva a um sinal Raman fraco. O MIRA XTR pode lidar com esses desafios e verificar a identidade de pellets coloridos e amostras fluorescentes com precisão e confiabilidade. 
 

Continue lendo para saber mais sobre a experiência da Hauff-Technik com o MIRA para identificação de polímeros.

MIRA XTR para verificação de identidade de pellets de polímero recebidos

Os primeiros plásticos comerciais, desenvolvidos como alternativas viáveis ao marfim natural, são encontrados em bolas de bilhar de celuloide e dentaduras. A caracterização química dos primeiros plásticos em coleções de museus nos informa sobre a composição inicial do celuloide e os riscos de degradação. Essas são aplicações perfeitas para a espectroscopia Raman, pois ela pode coletar dados importantes sem danificar artefatos históricos. 

Uma bola de bilhar de 155 anos inventada por John Wesley Hyatt é um exemplo pioneiro de compósitos de polímero reforçado. O MIRA foi usado para ajudar a revelar a composição complexa da bola de bilhar de celulóide Hyatt «original» de 1868 da Smithsonian Institution [1].

O MIRA também foi usado para estudar formulações e estados de degradação de 21 diferentes dentaduras antigas de celuloide do Museu Nacional de História Americana e do Dr. Samuel D. Museu Nacional de Odontologia de Harris [2]. Uma citação do artigo [2] afirma: «O Raman portátil foi demonstrado como uma excelente ferramenta in situ para estudar materiais poliméricos.»

 

Microplásticos, definidos como lixo plástico com menos de 5 mm de tamanho, são a forma mais abundante de lixo marinho e são uma preocupação crescente em todo o mundo. Equipes de pesquisa estão recorrendo ao Raman como uma ferramenta eficaz para identificar microplásticos, já que a caracterização robusta dos microplásticos elucida sua origem e ajuda a prever impactos biológicos. 

Amostras microscópicas são candidatas ruins para análise Raman tradicional, mas a microscopia Raman pode ser usada para amostrar pequenas partículas individuais de plástico. Em uma aplicação interessante, amostras de água coletadas nas águas superficiais do estuário da Baía de Delaware (EUA) foram peneiradas e as partículas microplásticas coletadas foram identificadas usando o i-Raman EX Espectrômetro Raman portátil. 
 

Mais informações podem ser encontradas em nossa Nota de Aplicação.

Identificação de microplásticos com microscopia Raman


Em outro cenário, o MIRA faz exatamente aquilo para o qual foi projetado: fornecer resultados com qualidade de laboratório em cenários de testes não tradicionais. O espectrômetro portátil MIRA está sendo usado para analisar e rastrear as fontes de partículas plásticas coletadas pelas campanhas da Expedição MED no Mar Mediterrâneo [3]. Com essas informações, os tomadores de decisão podem instituir melhor a proteção ambiental.

The Raman spectra of major commercial plastics are easily distinguished, even with additives like dyes and after years of environmental exposure.
Figure 3. Os espectros Raman dos principais plásticos comerciais são facilmente distinguidos, mesmo com aditivos como corantes e após anos de exposição ambiental.

Grupos de pesquisa em todo o mundo usam a espectroscopia Raman para caracterizar, classificar e determinar os efeitos da exposição ambiental de longo prazo ao lixo plástico para resolver o que foi denominado «O Enigma da Reciclagem» [4]. Antes que a reciclagem de plástico possa se tornar mais eficiente e impactar significativamente os resíduos plásticos globais, as complicações de triagem e identificação de materiais mistos e degradados devem ser superadas. Raman é uma solução eficaz para todos esses problemas (Figura 3). 

Resumo

A espectroscopia Raman não é apenas uma técnica analítica rápida, mas também não é destrutiva, é ecologicamente correta e fácil de usar. Instrumentos Raman portáteis e de mão ajudam essa tecnologia a ser amplamente adotada até mesmo em locais não tradicionais. O uso de Raman para a análise de vários polímeros é um ótimo exemplo de como a tecnologia pode nos ajudar a ler o mundo — do mar ao controle de qualidade!

Referências

[1] Neves, A.; Friedel, R.; Melo, M. J.; et al. A melhor bola de bilhar do século XIX: materiais compostos de celuloide e osso como substitutos do marfim. Nexo PNAS 2023, 2 (11), pgad360. DOI:10.1093/pnasnexus/pgad360

[2] Neves, A.; Callapez, M. E.; et al. Salvaguardando nossa herança odontológica: um estudo da história e conservação de dentaduras dos séculos XIX e XX. Ciência do Patrimônio 2023, 11 (1), 142. DOI:10.1186/s40494-023-00989-2

[3] Bruno. Um dispositivo usado pela polícia científica para estudar a natureza dos plásticos coletados no mar. Expedição MED. https://www.expedition-med.org/actualites/un-appareil-utilise-par-la-police-scientifique-pour-etudier-la-nature-des-plastiques-preleves-en-mer/ (acessado em 2024-08-08).

[4] emmao. O enigma da reciclagem. Comunidades sem plástico, 2024.

Suas conclusões de conhecimento

Entrevista: Verificação de ID de polímero em menos de dois minutos

Nota de aplicação: Identificação de microplásticos com microscopia Raman

Nota de aplicação: Os benefícios da espectroscopia Raman para a identificação e caracterização de polímeros

Identificação de material de 785 nm sem fluorescência com MIRA XTR DS

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Este White Paper gratuito apresenta uma pesquisa sobre métodos de supressão de fluorescência, os benefícios do MIRA XTR DS e exemplos de aplicação (por exemplo, produtos químicos perigosos, drogas ilícitas, ingredientes e produtos usados na indústria de alimentos e bebidas e materiais manufaturados).

Autor
Gelwicks

Dr. Melissa Gelwicks

Marketing Specialist
Metrohm Raman (a division of Metrohm Spectro), Laramie, Wyoming (USA)

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