O que é FTIR?
Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier, também conhecida como Análise FTIR ou Espectroscopia FTIR, é uma técnica analítica utilizada para identificar materiais orgânicos, poliméricos e, em alguns casos, inorgânicos. O método de análise FTIR utiliza luz infravermelha para analisar amostras e observar propriedades químicas.
Como funciona a FTIR?
O instrumento FTIR envia radiação infravermelha de cerca de 10.000 a 100 cm-1 através de uma amostra, com alguma radiação absorvida e alguma passada através. A radiação absorvida é convertida em energia rotacional e/ou vibracional pelas moléculas da amostra. O sinal resultante no detector apresenta-se como um espectro, normalmente de 4000 cm-1 a 400cm-1, representando uma impressão digital molecular da amostra. Cada molécula ou estrutura química produzirá uma impressão digital espectral única, tornando a análise FTIR uma grande ferramenta para identificação química.
Para que serve o FTIR?
FTIR espectroscopia é uma técnica estabelecida para o controle de qualidade na avaliação de material fabricado industrialmente, e muitas vezes pode servir como o primeiro passo no processo de análise do material. Uma mudança no padrão característico das bandas de absorção indica claramente uma mudança na composição do material ou a presença de contaminação. Se forem identificados problemas com o produto por inspecção visual, a origem é tipicamente determinada pela microanálise FTIR. Esta técnica é útil para analisar a composição química de partículas menores, tipicamente 10 -50 microns, assim como áreas maiores na superfície.
Análise FTIR é utilizada para:
- Identificar e caracterizar materiais desconhecidos (por exemplo, filmes, sólidos, pós ou líquidos)
- Identificar contaminação sobre ou em um material (por exemplo partículas, fibras, pós ou líquidos)
Identificar aditivos após extracção de uma matriz poliméricaIdentificar oxidação, decomposição, ou monómeros não curados em investigações de análise de falhas
FTIR Spectral Interpretation
Demos a entender que a espectroscopia FTIR é uma ferramenta muito poderosa com muitas aplicações, No entanto, a interpretação dos dados não é simples. Por natureza, o espectro total gerado é uma função em série da resposta da energia absorvida (daí a porção do nome transformada de Fourier). As bandas absorvidas apresentadas no espectro são apenas um pouco discretas e degenerativas. O “pico” particular de energia num determinado número de ondas pode mover-se com base noutros factores químicos e matriciais (assim como pela forma como a energia incidente é introduzida). Portanto, não temos simplesmente uma tabela de “olhar para cima” para dizer a que é que uma determinada faixa de energia irá absolutamente pertencer. O espectro deve ser interpretado como um sistema inteiro e, portanto, provavelmente exige os analistas mais experientes em todas as técnicas espectrográficas em caracterizar corretamente a funcionalidade apresentada. Sim, existem bibliotecas que podem fornecer informações de pesquisa, mas estas bibliotecas são limitadas em alcance e profundidade em comparação com os milhões de produtos químicos industriais utilizados, e também não serão responsáveis por misturas de produtos químicos que podem fornecer informações de pesquisa errôneas.
embora tipicamente uma ferramenta qualitativa para identificação de materiais, A análise FTIR também pode ser usada como uma ferramenta quantitativa para quantificar grupos funcionais específicos, quando a química é entendida e materiais de referência padrão estão disponíveis. A intensidade da absorvância estará correlacionada com a quantidade de funcionalidade presente na amostra. Por exemplo, utilizamos FTIR para análise quantitativa para caracterizar a quantidade de água em uma amostra de óleo e o grau de oxidação e nitração de um óleo. Até desenvolvemos um método para caracterizar o grau de parafínico ou naftênico de uma amostra de óleo. Deve-se observar, contudo, que FTIR é uma técnica analítica “a granel”, na medida em que pouca informação pode ser obtida a partir de vestígios ou pequenas concentrações de material em uma amostra (normalmente maior que 5% constituinte).
FTIR Técnicas de Introdução de Amostra
Análise FTIR de qualidade só é tão boa quanto a capacidade de introduzir e observar a energia de uma determinada matriz. Felizmente, temos muitas técnicas de preparação e introdução de amostras disponíveis no laboratório para analisar adequadamente a amostra. Nos primeiros dias da espectroscopia infravermelha, o único método de análise disponível era a transmissão. Para análise por transmissão, a amostra precisava ser feita translúcida para o laser e energia infravermelha, inserindo diretamente a amostra no caminho óptico, fundindo uma fina película em um cristal de sal, ou misturando uma versão em pó da amostra com um sal e fundição.
Hoje, no entanto, temos a capacidade de não só usar técnicas de transmissão, mas também técnicas de reflectância. Devido à capacidade de focalizar e manipular o feixe incidente com óptica, geralmente contamos com variações das técnicas de ATR (Attenuated Total Reflectance) para introduzir e observar a energia. A ATR envolve o uso de um fenômeno de reflectância interna para propagar a energia incidente. O feixe é introduzido a um cristal em um ângulo incidente que permite que a reflectância interna “salte” na parte inferior e superior do cristal antes de deixar o cristal no lado oposto. A amostra é feita para fazer contato com o cristal no topo, de modo que a interação de energia ocorra no cristal e na interface da amostra onde as posições de ressalto estão localizadas. Normalmente, quanto mais posições de ressalto, maior a transferência de energia (e, portanto, melhor resposta espectral), porém sistemas de ressalto simples são usados quando uma área muito pequena precisa ser analisada.
Para líquido e pasta Amostras, normalmente usaremos uma técnica de múltiplos ressaltos HATR (Horizontal Attenuated Total Reflectance) que envolverá a colocação da amostra em uma placa de cristal ou canal na posição horizontal, de modo que a gravidade age para fazer o contato íntimo com a célula. Podem ser utilizados diferentes cristais que irão afectar a profundidade de penetração na amostra. Por exemplo, utilizaremos um cristal de germânio para análise de borracha para limitar o efeito de materiais altamente absorventes de infravermelhos em borracha (nomeadamente preto de carbono), mas para amostras normais do dia-a-dia, o cristal de selenieto de zinco é o cristal de escolha para durabilidade, resistência à humidade e profundidade de penetração.
Ao procurar focar o feixe em pequenas áreas de interesse, utilizaremos um acessório micro-ATR na bancada FTIR para focar o feixe num único cristal ATR de ressalto. Com capacidade de observação óptica através da célula ATR podemos posicionar a amostra para fazer contato íntimo com o cristal ATR com a área irradiante ocupando aproximadamente 0,2mm de diâmetro.
Quando é necessário um posicionamento preciso para caracterizar uma área, camada ou partícula micro-fina da amostra, movemos a análise para um sistema microscópico FTIR com resolução de posicionamento na ordem de 10 microns de diâmetro. O FTIR microscópico no modo reflectância permite-nos introduzir uma sonda ATR directamente na área de interesse utilizando a óptica microscópica em conjunto com o feixe infravermelho focalizado. Esta técnica também nos permite resolver espacialmente a química diferencial numa área muito pequena.
Além das técnicas de reflectância ATR acima mencionadas, também temos outras técnicas de reflectância, como a reflectância especular, que é a medição da energia de uma reflectância de superfície verdadeira num único ângulo de medição; e a reflectância difusa, que é a medição da energia de uma reflectância de superfície verdadeira em múltiplos ângulos de medição. O seu analista consultor pode aconselhá-lo sobre qual técnica será mais apropriada para a sua aplicação, matriz e objectivo de medição.