The Benefits of Raman Spectroscopy for the Identification and Characterization of Polymers

Význam tématu

Polymery se široce využívají v prumyslu, farmacii, potravinarstvi, forenzni analýze a zemědělstvi. Ramanova spektroskopie nabízí rychlou, nedestruktivní a pripravu vzorku nevyžadující metodu pro identifikaci a charakterizaci polymernich matrix i aditiv bez rizika chybných vysledku spojovanych s extraktivnimi chemickymi postupy.

Cíle a přehled studie

Studie prezentuje aplikaci Ramanovy spektroskopie doplnené inteligentním chematometrickým softwarem PolymerIQ. Cílem bylo ukázat schopnost metody kvalitativně identifikovat a kvantitativně měřit bromované zpomalovače hoření v plastových materiálech a odhalit jemné rozdíly mezi šaržemi polyethylenoxidů použitých jako farmaceutické excipienty.

Použitá metodika a instrumentace

Ramanova spektroskopie využívá monochromatické laserové osvit vzorku a analýzu rozptyleného svetla, jehož frekvence odráží vibrační a rotační módy molekul. Pro zpracování spektr se použily multivariatní statistické metody, hlavně principal component analysis a multivariate regression algorithms.
System PolymerIQ obsahoval:

• Laser 785 nm, výkon do 300 mW, šířka linky < 0,3 nm
• Spektrograf kryjící rozsah 175–3200 cm-1 s rozlišením 4,5 cm-1
• CCD detektor s termoelektrickým chlazením (TEC) pro snížení šumu
• Vláknový optický senzor pro vysoce efektivní potlačení Rayleighova rozptylu
• Software pro chematometrickou analyzú a vícerozměrné vyhodnocení spektr

Hlavní výsledky a diskuse

Ramanova spektroskopie jednoznačně rozlišila tři typy bromovaných diphenyleterů (penta, octa, deca) na základě intenzity a pozice aromatických pásů pod 500 cm-1. U ABS polymerů s RŮZNÝM obsahem BDE byly spektra citlivá na úroveň bromu. V případě PEO excipientů se spektra na první pohled shodovala, avšak PCA umožnila odlišit šarže s nevyhovující viskozitou od vzorků se žádanými vlastnostmi a sledovat stárnutí príklady degradace při rozdílných podmínkách skladování.

Přínosy a praktické využití metody

• Nedestruktivní analýza bez potřeby rozpouštědel či chemické úpravy
• Rychlá kontrola kvality a obsahová analýza aditiv přímo ve vzorku
• Možnost monitoringu výrobního procesu v reálném čase
• Vysoká citlivost díky kombinaci spektrální bohatosti a chematometrie

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se prohloubená integrace umělé inteligence a strojového učení pro automatizované vyhodnocování spektr, rozšíření in situ a on‐line monitoringu ekologických polymerů, miniaturizace přístrojů pro terénní a mobilní aplikace a sledování procesních parametrů bezprostředně ve výrobním prostředí.

Závěr

Ramanova spektroskopie v kombinaci s inteligentní chematometrií představuje efektivní, přesnou a nedestruktivní technologii pro identifikaci a charakterizaci polymerů a aditiv. PolymerIQ systém prokázal praktickou využitelnost při kontrole kvality v plastovém i farmaceutickém průmyslu.

Reference

• PolymerIQ specifikace a datový list
• Quantitative Raman Analysis of Polymers and Additives Webcast
• i-Raman specifikace a datový list
• Principy Ramanovy spektroskopie
• Výhody TE chlazených vláknových spektrometrů pro Raman a fluorescence spektroskopii