Zostałaś(eś) przekierowany do lokalnej wersji strony
Zapytaj o ofertę

Tworzywa sztuczne mogą budzić kontrowersje, ponieważ są wygodne i niedrogie, ale mają szkodliwy wpływ na środowisko. Materiały te można znaleźć wszędzie – od muzeów po nowoczesną medycynę, a nawet w falach oceanu. Plastik jest wszechobecny, a spektroskopię Ramana można stosować wszędzie, w celu jego identyfikacji, klasyfikacji i testowania jakości.

Spektroskopia Ramana do analizy polimerów

Spektroskopia Ramana jest coraz częściej wybierana do analizy polimerów, ponieważ jest nieniszcząca, nie wymaga przygotowania próbki i pozwala uzyskać wyniki w ciągu kilku sekund. Jest to rozwiązanie proste w obsłudze, ponieważ nawet operatorzy bez przygotowania technicznego mogą zbierać dane na miejscu. Metoda Raman jest również przyjazna dla środowiska – nie wymaga stosowania żadnych odczynników chemicznych, rozpuszczalników ani materiałów do przygotowania próbek – i nie generuje żadnych odpadów.
 

Więcej informacji na temat podstaw spektroskopii Ramana znajdziesz w naszym artykule na blogu. 

FAQ na temat spektroskopii Ramana: Teoria i zastosowanie

Rysunek 1. Metrohm oferuje spektrometry Ramana stacjonarne, przenośne i procesowe (nie pokazano na zdjęciu).

Spektroskopia Ramana ma wiele podstawowych cech, które przewyższają inne techniki analizy polimerów. Należą do nich: wysoka specyficzność materiału, duże biblioteki znanych substancji i mieszanin oraz możliwość pobierania próbek tworzyw sztucznych w różnych formach, w tym przezroczystych i kolorowych kompozytów, powłok i klejów. Taka dokładność i elastyczność są kluczowe dla precyzyjnej charakterystyki materiałów i mieszanek tworzyw sztucznych; jakiekolwiek odstępstwo od standardowej mieszanki polimerów może spowodować zmianę jej właściwości fizycznych i koloru. 

Co sprawia, że spektroskopia Ramana jest wyjątkowa?

Niewiele technik spektroskopowych spełnia wymagania szybkich, łatwych, dokładnych, nieniszczących i elastycznych testów. Na szczycie tej listy znajdują się spektroskopia bliskiej podczerwieni (NIR) i Ramana. Techniki te pozwalają kwalifikować i określać ilościowo różne polimery na potrzeby badań, analiz i kontroli jakości.

Pomiary poprzez pojemniki z wykorzystaniem spektroskopii Ramana zwiększają bezpieczeństwo operatorów w kontakcie z nieznanymi substancjami.
Figure 2. Pomiary poprzez pojemniki z wykorzystaniem spektroskopii Ramana zwiększają bezpieczeństwo operatorów w kontakcie z nieznanymi substancjami.

Do głównych zalet stosowania spektroskopii Ramana w analizie polimerów i tworzyw sztucznych należą:

  • Pobieranie próbek in-situ jest możliwe dzięki przenośnym urządzeniom Ramana o wysokiej rozdzielczości.
  • Zwiększone bezpieczeństwo dzięki testowaniu przez cienkie bariery, aby uniknąć kontaktu z ludźmi i zanieczyszczenia materiału (Rysunek 2).
  • Wysoka specyficzność – spektroskopia Ramana doskonale nadaje się do rozróżniania bardzo podobnych substancji.
  • Eliminacja zakłócającej fluorescencji. Technologia Raman pozwala na analizę większej liczby nowoczesnych materiałów niż kiedykolwiek wcześniej, w tym kolorowych tworzyw sztucznych.
    Dowiedz się więcej w naszych aplikacjach z Białej Księgi.
  • Spektroskopia Ramana jest obiecującą metodą analizy ilościowej.

Jak spektroskopia Ramana może wpłynąć na przemysł polimerowy

Globalny trend w kierunku 100-procentowego testowania towarów przychodzących i kontroli jakości na całej linii produkcyjnej wymaga wydajnych i niskonakładowych metod. Możliwości technologii Ramana sprawiają, że jest ona idealną techniką kontroli jakości (QC). Dzięki Raman producenci mogą szybko sprawdzić surowce w punkcie odbioru przed rozpoczęciem produkcji, unikając w ten sposób kosztów związanych z długim czasem oczekiwania na badania laboratoryjne, przerwami w produkcji i szkoleniem personelu technicznego. Jedną z najważniejszych rekomendacji dla metody Ramana jest jej prostota i łatwość obsługi dla operatora. Nie trzeba być przeszkolonym spektroskopistą, aby korzystać z Ramana!

Znajomość dokładnego składu surowców i mieszanek żywic pozwala producentom kontrolować i optymalizować procesy polimeryzacji, a także wytwarzać bardziej spójne produkty, które najlepiej spełniają wymagania klientów. 

Przykładowo, surowe materiały polimerowe często mają postać białych lub czarnych granulek, ale czasami trudno określić ich skład na podstawie samego wyglądu. Do zbudowania biblioteki widm ramanowskich opartej na zestawie odniesień do polimerów firmy ResinKit Company z Woonsocket w stanie Rhode Island (USA) wykorzystano prekursory obecnych urządzeń ramanowskich firmy Metrohm. Z tej biblioteki korzystał światowy producent sztucznych stawów na każdym etapie procesu produkcyjnego. Choć nie da się odróżnić poliamidu od poliwęglanu na podstawie wyglądu, istotne jest rozróżnienie każdego z nich, ponieważ różne mieszanki żywic wpływają na parametry i trwałość gotowego produktu.
 

Aby uzyskać więcej informacji na temat wykorzystania spektroskopii Ramana do identyfikacji i charakteryzowania polimerów, przeczytaj naszą notkę aplikacyjną.

Korzyści ze stosowania spektroskopii ramanowskiej w identyfikacji i charakterystyce polimerów

Zastosowania analizy polimerów metodą Ramana

Identyfikację polimerów można przeprowadzić w czasie krótszym niż dwie minuty, wykorzystując spektroskopię Ramana. 

Firma Hauff-Technik GmbH & Co. KG w Hermaringen w Niemczech jest jednym z wiodących na świecie producentów kabli, rur i materiałów budowlanych z tworzyw sztucznych. Produkty te wytwarzane są z granulatu polimerowego dostarczanego przez przemysł chemiczny. Gdy firma Hauff-Technik była gotowa opracować proces kontroli jakości przychodzących materiałów, zdecydowała się na spektroskopię Ramana zamiast inwestować w kosztowne laboratorium. Teraz weryfikują przychodzące granulaty polimerowe od różnych dostawców za pomocą spektrometru MIRA XTR przenośnego urządzenia Ramana w szybkim, łatwym i wygodnym procesie odbioru.

Urządzenie MIRA XTR jest produktem w pełni dostosowanym do procesu kontroli jakości firmy Hauff-Technik. Wiele granulek polimerowych jest kolorowych i mogą stanowić wyzwanie dla spektroskopii Ramana.  Wiadomo na przykład, że czarne granulki polimerowe powodują fluorescencję, co prowadzi do słabego sygnału Ramana. MIRA XTR może sprostać tym wyzwaniom i dokładnie i niezawodnie weryfikować tożsamość kolorowych granulek i próbek fluorescencyjnych. 
 

Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej na temat doświadczeń firmy Hauff-Technik w zakresie stosowania technologii MIRA w identyfikacji polimerów.

MIRA XTR do weryfikacji tożsamości przychodzących granulatów polimerowych

Najwcześniejsze komercyjne tworzywa sztuczne, opracowane jako alternatywa dla naturalnej kości słoniowej, można znaleźć w celuloidowych kulach bilardowych i protezach dentystycznych. Charakterystyka chemiczna wczesnych tworzyw sztucznych znajdujących się w zbiorach muzealnych pozwala poznać skład wczesnego celuloidu i ryzyko degradacji. Są to idealne zastosowania spektroskopii ramanowskiej, gdyż pozwalają na zebranie ważnych danych bez uszkadzania zabytków. 

155-letnia kula bilardowa wynaleziona przez Johna Wesleya Hyatta jest pionierskim przykładem wzmocnionych kompozytów polimerowych. MIRA została wykorzystana do pomocy w odkryciu złożonej kompozycji «oryginalnej» celuloidowej kuli bilardowej Hyatt z 1868 r. należącej do Smithsonian Institution [1].

MIRA wykorzystano również do zbadania składu i stopnia degradacji 21 różnych wczesnych protez celuloidowych z Narodowego Muzeum Historii Ameryki i dr. Samuela D. Narodowe Muzeum Stomatologii Harrisa [2]. Cytat z artykułu [2] stwierdza: «Przenośny spektrometr Raman okazał się doskonałym narzędziem in-situ do badania materiałów polimerowych.»

 

Mikroplastik, czyli odpady plastikowe o wielkości mniejszej niż 5 mm, jest najpowszechniejszą formą odpadów morskich i budzi coraz większe obawy na całym świecie. Zespoły badawcze sięgają po spektroskopię Ramana jako skuteczne narzędzie do identyfikacji mikroplastiku, gdyż dokładna charakterystyka mikroplastiku wyjaśnia jego pochodzenie i pomaga przewidywać skutki biologiczne. 

Próbki mikroskopowe nie nadają się do tradycyjnej analizy ramanowskiej, natomiast mikroskopia ramanowska może być stosowana do pobierania próbek małych, pojedynczych cząsteczek plastiku. W ekscytującym zastosowaniu próbki wody pobrane z wód powierzchniowych estuarium Zatoki Delaware (USA) zostały przesiane, a zebrane cząstki mikroplastiku zostały zidentyfikowane przy użyciu i-Raman EX Przenośny spektrometr Ramana. 
 

Więcej informacji można znaleźć w naszej nocie aplikacyjnej.

Identyfikacja mikroplastiku za pomocą mikroskopii ramanowskiej


W innym scenariuszu MIRA robi dokładnie to, do czego została zaprojektowana: dostarcza wyniki o jakości laboratoryjnej w niestandardowych scenariuszach testowych. Przenośny spektrometr MIRA służy do analizowania i śledzenia źródeł cząstek plastiku zebranych przez kampanie Expedition MED na Morzu Śródziemnym [3]. Dzięki tym informacjom decydenci mogą skuteczniej wdrażać zasady ochrony środowiska.

The Raman spectra of major commercial plastics are easily distinguished, even with additives like dyes and after years of environmental exposure.
Rysunek 3. Widma Ramana większości komercyjnych tworzyw sztucznych są łatwe do rozróżnienia, nawet z dodatkami, takimi jak barwniki, i po latach narażenia na działanie czynników środowiskowych.

Grupy badawcze na całym świecie wykorzystują spektroskopię Ramana do charakteryzowania, sortowania i określania skutków długotrwałego narażenia środowiskowego na odpady plastikowe, aby rozwiązać tzw. «zagadkę recyklingu» [4]. Zanim recykling tworzyw sztucznych stanie się bardziej wydajny i będzie miał znaczący wpływ na globalne zużycie tworzyw sztucznych, konieczne jest przezwyciężenie trudności związanych z sortowaniem i identyfikacją materiałów zmieszanych i zdegradowanych. Raman jest skutecznym rozwiązaniem wszystkich tych problemów (Rysunek 3). 

Streszczenie

Spektroskopia Ramana to nie tylko szybka technika analityczna, ale również metoda nieniszcząca, przyjazna dla środowiska i łatwa w użyciu. Dzięki przenośnym i ręcznym przyrządom Ramana technologia ta może stać się powszechnie stosowana nawet w niestandardowych miejscach. Zastosowanie spektroskopii Ramana do analizy różnych polimerów jest świetnym przykładem tego, jak technologia może pomóc nam w poznawaniu świata — od morza po kontrolę jakości!

Bibliografia

[1] Neves, A.; Friedel, R.; Melo, M. J. i in. Najlepsza kula bilardowa XIX wieku: materiały kompozytowe wykonane z celuloidu i kości jako substytuty kości słoniowej. Nexus PNAS 2023, 2 (11), str.360. DOI:10.1093/pnasnexus/pgad360

[2] Neves, A.; Friedel, R.; Callapez, M. E. i in. Ochrona naszego dziedzictwa stomatologicznego: badanie historii i konserwacji protez zębowych z XIX i XX wieku. Dziedzictwo Naukowe 2023, 11 (1), 142. DOI:10.1186/s40494-023-00989-2

[3] Brunonie. Urządzenie używane przez policję naukową do badania natury plastiku zbieranego na morzu. Ekspedycja MED. https://www.expedition-med.org/actualites/un-appareil-utilise-par-la-police-scientifique-pour-etudier-la-nature-des-plastiques-preleves-en-mer/ (dostęp 2024-08-08).

[4] emmao. Zagadka recyklingu. Społeczności wolne od plastiku, 2024.

Dodatkowa, specjalistyczna wiedza

Wywiad: Weryfikacja tożsamości polimeru w mniej niż dwie minuty

Notatka aplikacyjna: Identyfikacja mikroplastiku za pomocą mikroskopii ramanowskiej

Notatka aplikacyjna: Korzyści ze stosowania spektroskopii ramanowskiej w identyfikacji i charakterystyce polimerów

Identyfikacja materiału 785 nm bez fluorescencji za pomocą MIRA XTR DS

Kliknij tutaj, aby pobrać (ang. wersja językowa)

W tej bezpłatnej białej księdze przedstawiono przegląd metod tłumienia fluorescencji, zalety MIRA XTR DS oraz przykłady zastosowań (np. niebezpieczne substancje chemiczne, narkotyki, składniki i produkty stosowane w przemyśle spożywczym i napojowym oraz materiały wytwarzane przemysłowo).

Autor
Gelwicks

Dr. Melissa Gelwicks

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

Kontakt