Shimadzu FTIR talk letter Vol. 37

Význam tématu

Využití FTIR spektroskopie ve spojení s heterogenními katalyzátory, mikroskopickou IR analýzou či hodnocením degradace plastů představuje v praxi klíčové nástroje pro vývoj nových materiálů, kontrolu kvality a řešení environmentálních problémů.

Cíle a přehled studie / článku

Čtyři části odborného textu popisují:

• Vývoj a mechanistickou studii heterogenních katalytických systémů na bázi perovskitových oxidů a kovových fosfátů s využitím FTIR spektroskopie.
• Optické uspořádání moderního IR mikroskopu AIM-9000 a jeho klíčové komponenty pro analýzu stopových materiálů.
• Vlastnosti knihovny spekter UV poškozených plastů určené pro přesnou identifikaci degradovaných polymerů.
• Ukončení podpory náhradních dílů pro starší FTIR přístroje FTIR-8000/IRPrestige-21 a doporučení moderních náhrad.

Použitá metodika a instrumentace

V jednotlivých studiích byly využity:

• FTIR spektrometry (MCT a TGS detektory) pro záznam středně IR spekter.
• FTIR mikroskop AIM-9000 s širokoúhlou kamerou, reflektivními a transmisními kondenzory a automatickým nastavením apertury.
• Superakcelerované komory pro UV stárnutí plastů (Iwasaki SUV-W161, SUV-W262) za definované irradiace 150 mW/cm2.
• ATR technika (diamantová prizma) pro povrchovou analýzu degradovaných materiálů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Perovskitové oxidy SrMnO3, BaFeO3-δ a BaRuO3 vykazují vysokou aktivitu v selektivních oxidacích alkoholu a alkanů pomocí molekulárního O2 díky přechodu Mn-/Fe-/Ru-superoxo mezistupňů odhalených FTIR.
• Mono­klinní CePO4 nabízí unikátní kombinaci Lewisových kyselých a slabě zásaditých míst, umožňujících vysoce selektivní acetalizaci 5-hydroxymethylfurfuralu a dalších karbonylových sloučenin.
• Optický systém mikroskopu AIM-9000 umožňuje přesné umisťování vzorků s 1 µm posuvem, snadnou výměnu kondenzorů a automatickou detekci velikosti apertury pro mikroanalýzy až do 10×13 mm v širokém poli i 30×40 µm v digitálním zoomu.
• Knihovna UV-poškozených plastů obsahuje >300 spekter degradace PE, PP, PET a dalších polymerů pro rychlou identifikaci i mikroplastů vykazujících oxidaci (C=O, C–O, O–H pásy) v závislosti na době UV expozice.
• Pro starší FTIR-8000/IRPrestige-21 byla ukončena dodávka náhradních dílů; doporučuje se upgrade na novější modely IRTracer-100, IRAffinity-1S či IRSpirit.

Přínosy a praktické využití metody

FTIR spektroskopie v kombinaci s povrchovou ATR a mikroskopií umožňuje:

• Navrhovat a optimalizovat katalyzátory pro zelené oxidace bez přebytku oxidantu.
• Analyzovat cizorodé částice a mikroplasty ve složitých matricích s vysokou prostorovou rozlišením.
• Monitorovat postup degradace plastů a kvalitu materiálů při dlouhodobém vystavení UV záření.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace počítačové teorie (DFT) a materiálové informatice pro návrh nových katalyzátorů s cílenými aktivními stavy, vývoj mikro-ATR sond pro in situ povrchová měření, rozšíření databází degradovaných polymérů za reálných podmínek a automatizace inspekčních procesů v průmyslu a ochraně životního prostředí.

Závěr

Prezentované studie ukazují široké možnosti FTIR spektroskopie při vývoji vysoce selektivních katalytických systémů, pokročilé mikroskopické analýze částic a hodnocení degradace plastů. Současně zdůrazňují potřebu modernizace přístrojové techniky pro dlouhodobou podporu analytických úloh.

Reference

1. Keigo Kamata, Bull. Chem. Soc. Jpn. 2015, 88, 1017–1028.
2. K. Kamata, Bull. Chem. Soc. Jpn. 2019, 92, 133–151.
3. S. Shibata et al., Catal. Sci. Technol. 2021, 11, 2369–2373.
4. S. Shibata et al., Chem. Commun. 2018, 54, 6772–6775.
5. K. Kamata et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 23792–23801.
6. K. Sugahara et al., ACS Omega 2017, 2, 1608–1616.
7. S. Kawasaki et al., ChemCatChem 2016, 8, 3247–3253.
8. S. Kanai et al., Chem. Sci. 2017, 8, 3146–3153.
9. A. Sato et al., Chem. Commun. 2019, 55, 4019–4022.
10. Y. Yamaguchi et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 36004–36013.
11. E. Hayashi et al., Chem. Commun. 2020, 56, 2095–2098.
12. E. Hayashi et al., J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 890–900.
13. E. Hayashi et al., ChemSusChem 2017, 10, 654–658.
14. Y. Sugawara et al., ACS Appl. Energy Mater. 2021, 4, 3057–3066.
15. Y. Sugawara et al., Sustain. Energy Fuels 2021, 5, 1374–1378.
16. Y. Sugawara et al., ACS Appl. Energy Mater. 2019, 2, 956–960.
17. T. Nishioka and T. Housaki, A Guide on Plastic Analysis, Maruzen 2011.