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Les plastiques peuvent être source de discorde, car ils sont pratiques et peu coûteux, mais ont un impact néfaste sur l'environnement. On trouve ces matériaux partout, des musées à la médecine moderne, et même dans les vagues de l'océan. Le plastique est omniprésent et la spectroscopie Raman peut être utilisée partout où il se trouve à des fins d'identification, de classification et de test de qualité.

Spectroscopie Raman pour l'analyse des polymères

La spectroscopie Raman est de plus en plus utilisée pour l'analyse des polymères car elle est non destructive, ne nécessite pas de préparation de l'échantillon et donne des résultats en quelques secondes seulement. Elle est facile à utiliser ; même les opérateurs non techniques peuvent collecter des données sur place. Le Raman est également respectueux de l'environnement - il ne nécessite pas de produits chimiques, de solvants ou de matériaux pour la préparation des échantillons - et ne génère pas de déchets.

Pour en savoir plus sur les principes fondamentaux de la spectroscopie Raman, consultez notre blog. 

FAQ sur la spectroscopie Raman : Théorie et utilisation

Illustration 1. Metrohm propose des spectromètres Raman de paillasse, des spectromètres portables et des spectromètres Process(non illustrés).

La spectroscopie Raman possède de nombreuses qualités fondamentales qui surpassent les autres techniques d'analyse des polymères. Il s'agit notamment d'une grande spécificité des matériaux, de vastes bibliothèques de substances et de mélanges connus et de la possibilité d'échantillonner des plastiques sous une multitude de formes, y compris des composites clairs et colorés, des revêtements et des adhésifs. Cette précision et cette flexibilité sont essentielles pour la caractérisation précise des matériaux et des mélanges plastiques ; tout écart par rapport à un mélange de polymères standard peut modifier ses propriétés physiques et sa couleur. 

Qu'est-ce qui rend la spectroscopie Raman unique ?

Peu de techniques spectroscopiques répondent au besoin d'essais rapides, faciles, précis, non destructifs et flexibles : la spectroscopie proche infrarouge (NIR) et la spectroscopie Raman sont en tête de liste. Ces techniques permettent de qualifier et de quantifier différents polymères à des fins de recherche, d'analyse et de contrôle de la qualité.

Measuring through containers with Raman spectroscopy keeps operators safer from unknown substances.
Figure 2. Measuring through containers with Raman spectroscopy keeps operators safer from unknown substances.

Les principaux avantages de l'utilisation de la spectroscopie Raman pour l'analyse des polymères et des plastiques sont les suivants :

  • L'échantillonnage in situ, rendu possible par les appareils Raman portables à haute résolution.
  • Amélioration de la sécurité grâce à des tests effectués à travers de fines barrières afin d'éviter le contact humain et la contamination des matériaux (Illustration 2).
  • Haute spécificité - la spectroscopie Raman est idéale pour distinguer des substances très similaires.
  • Élimination de la fluorescence parasite. Le Raman permet d'analyser plus de matériaux modernes que jamais, y compris les plastiques colorés.
  • Pour en savoir plus, consultez notre livre blanc.
  • La spectroscopie Raman est une technique analytique quantitative prometteuse.

Comment la spectroscopie Raman peut-elle influencer l'industrie des polymères ?

La tendance mondiale à tester à 100 % les marchandises entrantes et à effectuer des contrôles de qualité tout au long de la chaîne de production exige des méthodes efficaces et peu gourmandes en ressources. Les capacités du Raman en font une technique de contrôle de la qualité (CQ) idéale. Grâce au Raman, les fabricants peuvent contrôler rapidement les matières premières au point de réception avant qu'elles n'entrent en production et éviter les coûts associés aux longs délais d'attente en laboratoire, aux interruptions de production et à la formation du personnel technique. La simplicité et la facilité d'utilisation de la technique Raman pour l'opérateur sont parmi les plus grandes recommandations. Il n'est pas nécessaire d'être un spectroscopiste chevronné pour utiliser le Raman !

Connaître la composition exacte des matières premières et des mélanges de résines permet aux fabricants de contrôler et d'optimiser les processus de polymérisation et de fabriquer des produits plus cohérents qui répondent mieux aux spécifications des clients.

Par exemple, les matériaux polymères bruts se présentent souvent sous la forme de granulés blancs ou noirs, mais il peut être difficile d'identifier leur composition simplement en les regardant. Les précurseurs des appareils Raman actuels de Metrohm ont été utilisés pour construire une bibliothèque de spectres Raman basée sur un ensemble de références de polymères de la société ResinKit, située à Woonsocket, RI (États-Unis). Cette bibliothèque a été utilisée par un fabricant mondial d'articulations artificielles à chaque étape du processus de production. Bien qu'il soit impossible de distinguer visuellement le polyamide du polycarbonate, il est essentiel de distinguer chacun d'entre eux car les différents mélanges de résines influencent les performances et la longévité du produit fini.

Pour plus d'informations sur l'utilisation de la spectroscopie Raman pour identifier et caractériser les polymères, découvrez notre note d'application.

Les avantages de la spectroscopie Raman pour l'identification et la caractérisation des polymères

Raman polymer analysis applications

La spectroscopie Raman permet d'identifier les polymères en moins de deux minutes.

La société Hauff-Technik GmbH & Co. KG à Hermaringen, en Allemagne, est l'un des principaux fabricants mondiaux de câbles, de tuyaux et de matériaux de construction en plastique. Ces produits sont fabriqués à partir de granulés de polymères fournis par l'industrie chimique. Lorsque Hauff-Technik a été prête à développer un processus de contrôle qualité pour les matériaux entrants, elle a opté pour la spectroscopie Raman au lieu d'investir dans un laboratoire coûteux. Aujourd'hui, elle vérifie les granulés de polymères provenant de divers fournisseurs à l'aide d'un appareil Raman portatif MIRA XTR dans le cadre d'un processus de réception rapide, facile et pratique.

Le MIRA XTR est particulièrement adapté au processus de contrôle qualité de Hauff-Technik. De nombreux granulés de polymère sont colorés et peuvent constituer un défi pour la spectroscopie Raman.  Par exemple, les granulés de polymère noirs sont connus pour provoquer une fluorescence, ce qui conduit à un faible signal Raman. MIRA XTR peut relever ces défis et vérifier l'identité des granulés colorés et des échantillons fluorescents de manière précise et fiable.

Découvrez  en plus sur l'expérience de Hauff-Technik avec MIRA pour l'identification des polymères.

MIRA XTR pour la vérification de l'identité des granulés de polymères entrants

 

Les premiers plastiques commerciaux, développés en tant qu'alternatives viables à l'ivoire naturel, se trouvent dans les boules de billard et les prothèses dentaires en celluloïd. La caractérisation chimique des premiers plastiques dans les collections des musées nous renseigne sur la composition du celluloïd et les risques de dégradation. Ce sont des applications parfaites pour la spectroscopie Raman, qui permet de recueillir des données importantes sans endommager les objets historiques.

Une boule de billard vieille de 155 ans inventée par John Wesley Hyatt est un exemple pionnier de composites polymères renforcés. La technique MIRA a été utilisée pour révéler la composition complexe de la boule de billard Hyatt en celluloïd "originale" de 1868 de la Smithsonian Institution [1].

La technique MIRA a également été utilisée pour étudier les formulations et les états de dégradation de 21 prothèses dentaires en celluloïd provenant du National Museum of American History et du National Museum of Dentistry du Dr Samuel D. Harris [2]. Une citation de l'article [2] indique : "Le Raman portable s'est révélé être un excellent outil in situ pour l'étude des matériaux polymères".

Les microplastiques, définis comme des déchets plastiques d'une taille inférieure à 5 mm, sont la forme la plus abondante de débris marins et constituent une préoccupation croissante dans le monde entier. Les équipes de recherche considèrent le Raman comme un outil efficace pour identifier les microplastiques, car une caractérisation solide des microplastiques permet d'élucider leur origine et de prédire leurs impacts biologiques.

Les échantillons microscopiques sont de mauvais candidats pour l'analyse Raman traditionnelle, mais la microscopie Raman peut être utilisée pour échantillonner de minuscules particules de plastique individuelles. Dans une application passionnante, des échantillons d'eau prélevés dans les eaux de surface de l'estuaire de la baie du Delaware (États-Unis) ont été tamisés et les particules de microplastiques recueillies ont été identifiées à l'aide du spectromètre Raman portable i-Raman EX.

Pour plus d'informations, consultez notre note d'application.

Identification des microplastiques par microscopie Raman

Dans un autre scénario, MIRA fait précisément ce pour quoi il a été conçu : fournir des résultats de qualité laboratoire dans des scénarios d'essai non traditionnels. Le spectromètre portatif MIRA est utilisé pour analyser et retracer les sources des particules de plastique collectées lors des campagnes de l'Expédition MED en mer Méditerranée [3]. Grâce à ces informations, les décideurs peuvent mieux mettre en place la protection de l'environnement.

The Raman spectra of major commercial plastics are easily distinguished, even with additives like dyes and after years of environmental exposure.
Figure 3. Les spectres Raman des principaux plastiques commerciaux sont faciles à distinguer, même avec des additifs tels que des colorants et après des années d'exposition à l'environnement.

Des groupes de recherche du monde entier utilisent la spectroscopie Raman pour caractériser, trier et déterminer les effets de l'exposition environnementale à long terme sur les déchets plastiques afin de résoudre ce que l'on a appelé "l'énigme du recyclage" [4]. Avant que le recyclage des plastiques ne devienne plus efficace et n'ait un impact significatif sur les déchets plastiques mondiaux, les complications de tri et l'identification des matériaux mélangés et dégradés doivent être surmontées. Le Raman est une solution efficace à tous ces problèmes (figure 3).

Résumé

La spectroscopie Raman est non seulement une technique d'analyse rapide, mais elle est également non destructive, respectueuse de l'environnement et facile à utiliser. Les instruments Raman portables et de poche permettent à cette technologie d'être largement adoptée, même dans des endroits non traditionnels. L'utilisation du Raman pour l'analyse de divers polymères est un excellent exemple de la façon dont la technologie peut nous aider à lire le monde, de la mer au contrôle de qualité !

References

[1] Neves, A.; Friedel, R.; Melo, M. J.; et al. Best Billiard Ball in the 19th Century: Composite Materials Made of Celluloid and Bone as Substitutes for Ivory. PNAS Nexus 2023, 2 (11), pgad360. DOI:10.1093/pnasnexus/pgad360

[2] Neves, A.; Friedel, R.; Callapez, M. E.; et al. Safeguarding Our Dentistry Heritage: A Study of the History and Conservation of Nineteenth–Twentieth Century Dentures. Heritage Science 2023, 11 (1), 142. DOI:10.1186/s40494-023-00989-2

[3] Bruno. A device used by the scientific police to study the nature of plastics collected at sea. Expédition MED. https://www.expedition-med.org/actualites/un-appareil-utilise-par-la-police-scientifique-pour-etudier-la-nature-des-plastiques-preleves-en-mer/ (accessed 2024-08-08).

[4] emmao. The Recycling Conundrum. Plastic Free Communities, 2024.

Les connaissances à retenir

Interview : Vérification de l'identité des polymères en moins de deux minutes

Note d'application : Identification des microplastiques par microscopie RamanApplication

Note : Les avantages de la spectroscopie Raman pour l'identification et la caractérisation des polymères

Identification des matériaux à 785 nm sans fluorescence avec MIRA XTR DS

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Auteur
Gelwicks

Dr. Melissa Gelwicks

Spécialiste marketing
Metrohm Raman (a division of Metrohm Spectro), Laramie, Wyoming (USA)

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