Sistemas FTIR de Agilent para control de calidad y análisis estructural.

Caracterización de polímeros y materiales.

Agenda

Electric Power

Radio

Microwave

FIR

MID-IR

NIR

Visible

UV

X-Rays

Gamma

Introducción

4000 400 Frequency in cm -1

Instrumentación & Aplicaciones QA/QC de Polímeros Nuevo!!

FT-IR

Introducción. Espectroscopía IR La energía IR produce vibraciones moleculares O

H

H

Cuando la frecuencia de la luz IR alcanza la frecuencia de vibración del enlace, se produce la absorción

O H

H

La cantidad de energía absorbida es proporcional a la fortaleza del enlace

O H

Cada tipo de enlace químico, vibra a una frecuencia específica de manera natural

H

En conjunto de absorbancias IR para una muestra, está referida como su espectro IR Io

I O H

H

Introducción. Espectro Infrarrojo El espectro IR de una muestra es una gráfica de la cantidad de energía IR (eje y) que es absorbida a determinadas frecuencias (eje x) en la región IR del espectro electromagnético.

Absorbance

Cada muestra tiene un espectro IR único; de manera que un espectro IR puede servir como una huella dactilar de un compuesto.

4000

3500

3000

2500

2000

Wavenumber

4000

3500

3000

2500

2000

Wavenumbers

(cm-1)

1500

(cm-1)

1000

1500

1000

500

Interpretación de espectros IR  La frecuencia que absorben los grupos fucionales corresponden a la fortaleza del enlace, cuanto más fuerte es el enlace, absorbe a frecuencias más altas, y viceversa.  Cada grupo funcional absorbe a una determinada frecuencia, de manera que es posible elucidar la estructura química del material con su espectro IR. 1750 cm-1 C=O Stretch

0.30

Absorbance

0.25 0.20

3300 cm-1 N-H Stretch

1540 cm-1 N-H Bending

2900 cm-1 C-H Stretch

0.15 0.10 0.05 0.00 4000

3000

Wavenumber (cm-1)

2000

1000

Interpretación de espectros IR

Información cualitativa y cuantitativa • Búsqueda en librerías

Identificación Estructural

Identificación de muestras desconocidas Control de calidad de producto terminado, materia prima, etc

Un compuesto químico puede ser identificado mediante la búsqueda en librerías comerciales o generadas por el usuario

Concentración por FTIR

• Cuantificación

0.24

Medida de la concentración

0.16 Absorbance

Análisis de aceites, fuel, etc.

IR spectral overlay of turbine oil 5-4300ppm

0.08 0.00 -0.08 3900

3700 3500 Wavenumber

3300

3100

La calibración permite predecir la concentración mediante espectros IR

¿Por qué se usa la espectroscopía FT-IR en medidas analíticas? El análisis por FT-IR es SENCILLO de realizar Proporciona resultados de gran EXACTITUD Los resultados se obtienen en SEGUNDOS o MINUTOS Es VERSÁTIL (puede acomodar varios tipos y tamaños de muestras) Herramienta poderosa para el análisis de GAS, LIQUIDOS o SOLIDOS Proporciona resultados CUANTITATIVOS y CUALITATIVOS

Es una técnica NO-DESTRUCTIVA Utiliza métodos ASEQUIBLES Requiere poca o NINGUNA PREPARACIÓN DE MUESTRA

Introducción. Formas de muestreo Transmisión

Reflectancia Especular

(líquidos, gases, polvos, films)

(líquidos, películas finas)

Reflectancia Difusa (DRIFT)

ATR

(principalmente muestras en polvo)

(todos excepto gases)

dp

Muestra

Cristal (IRE)

Campos de aplicación de la técnica de FTIR Industria Farmaceutica Fármacos Contaminantes Caracterización estructural Control de calidad Control de proceso Caracterización de nuevos productos Análisis cuantitativo

Industria Química/Petroquímica

Industria alimentaria Contenido en agua Análisis de CO2 Contenido en azúcares, grasas y sólidos Control de procesos Análisis de contaminantes Identificación de olores

Toxicología Forense Fármacos Fibras Análisis de Pinturas y recubrimientos Caracterización IR de partículas pequeñas

Análisis cuantitativo de los aditivos Rendimiento de fuel Fallos en investigación Control de calidad Disminución de Aditivo Contaminación del fuel

Caracterización Semiconductores Espesor de la película epitaxial Medidas de C y O Medida de boro y fósforo en silicio Medida de nitruro en silicio Medidas de fotoluminiscencia

Campos de aplicación de la técnica de FTIR Materiales: Polímeros Identificación de polímeros y aditivos en plásticos Polímeros dieléctricos, películas finas inorgánicas, contaminación, compuestos desconocidos Analísis de composición: Análisis de copolímeros, grado de polimerización (concentración de monómero) Interacciones: Polímero-disolvente, Polímero-aditivo, etc Orientación de segmentos moleculares Conformaciones, Estereoquímica y cristalinidad * Tacticidad * cristalinidad Control de procesos Curado, metalización, etc. Termogravimetría (TGA). Análisis de mezclas de polímeros.

Agenda Introducción

Instrumentación & Aplicaciones QA/QC de Polímeros Nuevo!!

FT-IR Minimizar o eliminar la preparación de muestra Medida de polímeros o materiales de gran tamaño sin destruirlos o dañarlos Reducir el coste, simplificar el flujo de trabajo y obtener respuestas en segundos

Instrumentación FTIR - Out of lab.

¿Por qué un FTIR portátil?  Análisis no destructivo de objetos grandes  Demasiado grandes para llevarlos al laboratorio  Demasiado caro para desmontarlos  Demasiado delicados/caros como para transportarlos

 Respuestas rápidas, que permitan actuar de inmediato  Definir la estrategia de muestreo basado en los resultados actuales  Decidir qué areas requieren más investigación  Enviar muestras más relevantes de vuelta al laboratorio.

 Screening de materia prima antes de entrar en el proceso de producción  Determinación On-site de contaminaciones o adulteraciones

¿Por qué un FTIR portátil? Múltiples aplicaciones!! •

Composites

•

Recubrimientos metálicos

•

Curado

•

Desgaste o degradación de materiales

•

Contaminación de superficies

•

Muestras Geológicas

•

Conservación de muestras de arte

Esto es interesante!!! Y… con qué tecnología? Necesitamos...  Compacto, robusto, portátil y versátil

 El sistema tiene que ir donde está la muestra  Los viajes frecuentes se somete a golpes y vibraciones  Inferfases de muestreo adecuadas

 Mínima o ninguna preparación de muestra  Útil para múltiples usos y matrices  Fácil de usar y que proporcione resultados rápido  Facil de entender, resultados satisfactorios  Rendimiento efectivo  Alcance de los límites de medida requeridos  “El rendimiento espectroscópico sigue siendo importante"

Esto es interesante!!! Y… con qué tecnología? AGILENT EXOSCAN Y FLEXSCAN Robustez: Óptica Sellada de ZnSe: -No higroscópico: Adecuado para ambientes con niveles de humedad elevados -No requiere desecante: menos consumibles/mantenimiento

4100 ExoScan

-No requiere purga

Fiabilidad

Sencillez de uso Pequeño, ligero

4200 Flexscan

Y además: Versatilidad: diferentes interfases de muestreo

4100 ExoScan & 4200 Flexscan Handheld FTIR Flexibilidad de muestreo

ATR de Diamante: para análisis de sólidos, líquidos, pastas y geles. Perfecto para identificación y confirmación de polímeros, plásticos y composites. ATR de Germanio: Perfecto para la medida de líquidos o sólidos con absorbancia elevadas. Ideal para gomas o elastómeros basados en carbono. Reflectancia difusa: En general es adecuado para muestras que reflejan muy poco la luz, por ejemplo suelos, rocas, pinturas, telas o composites. Reflectancia especular/Grazing angle: para analizar recubrimientos finos/ultra finos en superficies metálicas como aluminio o acero.

4100 ExoScan & 4200 Flexscan Handheld FTIR

Exoscan: Versatilidad Interfases intercambiables Trabajo out of lab + in lab (Exoscan)

Flexscan: Óptica permanentemente alineada, no requiere alineamiento dinámico

Sistema dedicado y optimizado con una interfase de muestra fija

Aplicaciones Flexscan y Exoscan en Polímeros Recubrimientos y superficies • Evaluación de procesos de curado – – – –

Efectividad de los agentes de curado Residuos de disolvente tras el curado Detectar endurecedores durante el curado Evaluación del curado del poliuretano sobre metales

• Iniciadores – Efectividad de los iniciadores de adhesión en función de las condiciones ambientales – Determinación del grosor de los iniciadores en aluminios – Adherencia de los iniciadores en composites deteriorados

• Envejecimiento de Composites/Plásticos – Degradadación térmica y UV de los composites – Análisis de PVC en acero – Oxidación de pinturas de poliuretano

• Análisis de contaminación – Efecto de las siliconas y aceites de hidrocarburos.

• QA/QC de materiales y superficies – Identificación de recubrimientos poliméricos sobre aceros – Análisis Pass/fail de recubrimientos epoxy sobre aluminio – Análisis Pass/fail de resinas epoxi sobre acero – Identificación de recubrimientos especiales sobre aluminio – Detección y confirmación de grosores de anodización en aluminio – Presencia de ceras en superficies impresas – Identificación, confirmación y uniformidad de capas anodizadas sobre metales

• Otros – Alimentación. – Obras de arte, restauración, patrimonio – Construcción. Aditivos en cementos, materiales

Aplicaciones polímeros. FTIR Out of lab.

Exoscan + ATR de Germanio

Aplicaciones polímeros. FTIR Out of lab. Identificación rápida de sellos y juntas de goma

ATR Germanio (Exoscan)

dp

Muestra Cristal Ge O Diamante

Comparación de los espectros de una muestra de materíal eslastomérico de negro de humo empleando un ATR de diamante (púrpura) y una ATR de germanio (azul). El ATR Ge tiene una profundidad menor de penetración en la muestra, resultando en una menor dispersión de las partículas de carbono negro y con menos deriva en la línea base. Las bandas de absorción se ven mucho mejor que con los espectros registrados utilizando el ATR de diamante.

Aplicaciones polímeros. FTIR Out of lab. Identificación rápida de sellos y juntas de goma 14 muestras de 9 materiales de sellado diferentes y 5 proveedores distintos Materiales analizados: -Fluorosilicona -Silicona -Viton -EPR/EPDM -Neopreno -Butilo -Kalrez -NBR -Poliuretano -Caucho Natural

El análisis en tiempo real con el software MicroLab permite saber en tiempo real la calidad del análisis realizado.

El espectro se registra por contacto del ATR con la muestra aplicando una ligera presión para asegurar el contacto.

Aplicaciones polímeros. FTIR Out of lab. Identificación rápida de sellos y juntas de goma

Los espectros obtenidos para cada uno de los materiales, se emplearon para crear una biblioteca de espectros.

Aplicaciones polímeros. FTIR Out of lab. Identificación rápida de sellos y juntas de goma

Unos días más tarde, se vuelven a medir todos los materiales y se comparan los espectros obtenidos con la biblioteca de espectros que teníamos creada.

Aplicaciones polímeros. FTIR Out of lab. Identificación rápida de sellos y juntas de goma

Tabla de resultados para las 14 muestras de o-rings analizadas, tras la comparación con la librería de espectros.

Curing Aplicaciones polímeros. FTIR Out of lab. Monitorizacion de reacciones de curado

Curado de dos adhesivos epoxi a temperatura ambiente. A medida que la resina epoxi reacciona con el endurecedor poliamina, se forma un polimero reticulado increíblemente duro. El seguimiento de la reacción permite controlar cuándo ha llegado a su final. .

Curing Aplicaciones polímeros. FTIR Out of lab. Monitorizacion de reacciones de curado

Absorbance

Reparación de turbinas con una resina epoxi curada térmicamente

1.8

final

1.6

254

1.4

249

1.2

232-241

1.0

224-232

0.8

210

0.6

200-204

0.4

non-cured

0.2 0.0 4000

'Cure Ladder'

3500

3000

2500

2000

wavenumber/cm

-1

1500

1000

500

Otras notas de aplicación disponibles

5990-7793EN

5990-7795EN

5990-7799EN

Otras notas de aplicación disponibles

Algunos clientes

Instrumentación FTIR – QA/QC In lab.

Agilent 630-IR

Cómo es el FTIR 630? •Diseñado específicamente para análisis de rutina de líquidos, sólidos y gases •Diseño increíblemente compacto •Flexibilidad en los accesorios y formas de muestreo (reconocimiento automático sin necesidad de alineamiento)

FTIR 630. Interferómetro: diseño e innovación Interferómetro robusto y pequeño

Beneficio – Ahorro de espacio. Reproducibilidad.

Diseño innovador “Flexture” con interferómetro de Michelson a 45º. •Mide únicamente 8 x 8 x 13 cm

•Alineamiento permanente •Sellado y desecado •Resolución óptica