¿Cuántos métodos de preparación de muestras para espectroscopia de infrarrojos conoces?

El análisis por espectroscopia infrarroja es una de las bases de la identificación cualitativa. Para obtener un espectro de alta calidad, debe utilizarse el método correcto de preparación de la muestra. Al elegir un método de preparación de la muestra, deben tenerse en cuenta los dos aspectos siguientes.

Situación real de la muestra analizada

Para las muestras líquidas, el método de preparación de la muestra puede seleccionarse en función de factores como el punto de ebullición, la viscosidad, la transparencia, la higroscopicidad, la volatilidad y la solubilidad. Por ejemplo, si el punto de ebullición es bajo y la volatilidad es alta, sólo se puede utilizar una célula líquida fija para la preparación de la muestra. Para muestras líquidas con buena transparencia, sin higroscopicidad y viscosidad adecuada, puede elegirse el método de película líquida. Este método es sencillo, fácil de conseguir y es el más utilizado para líquidos en general. Las muestras líquidas que pueden disolverse en disolventes infrarrojos comunes pueden prepararse utilizando células líquidas desmontables. En el caso de líquidos viscosos, pueden calentarse (utilizando un molde de calentamiento por infrarrojos) y prensarse para formar una película entre dos obleas, o disolverse en una solución y aplicarse a la superficie de la oblea. Una vez volatilizados para formar una película, se puede realizar la prueba.

Los métodos de preparación de muestras más utilizados para las muestras sólidas son el método de prensado y el método de pasta. Cualquier muestra que pueda molerse finamente y tenga un color claro puede prepararse con estos dos métodos. Si se dispone de un disolvente adecuado, también se puede seleccionar el método de preparación de la solución, pero no se suele utilizar porque los espectros resultantes tienen interferencias de la absorción del disolvente, y la preparación de la muestra es más problemática. Las muestras sólidas de bajo punto de fusión pueden prepararse calentándolas para formar una película entre dos obleas. Las muestras de gas suelen prepararse utilizando el método convencional de preparación de muestras de gas. Las células de absorción de gas de largo recorrido son adecuadas para situaciones en las que la concentración es baja pero hay suficiente muestra de gas. A continuación se muestra una célula de gas de 100 mm de recorrido:

Objetivos experimentales

Por ejemplo, en un experimento de espectroscopia infrarroja, cuando se desea obtener información sobre el carbono-hidrógeno, nunca debe utilizarse el método de pasta de aceite de parafina. Si hay grupos hidroxilos en la muestra (con un pico de agua), no debe emplearse el método de prensado. Si se requiere la observación de fenómenos interconformacionales, o el estudio del grado de enlace de los enlaces de hidrógeno inter e intramoleculares, por lo general, debe adoptarse el método de preparación de muestras en solución. Algunas muestras sólidas que son propensas a la absorción de humedad pueden utilizar el método en pasta, y la muestra debe prepararse en condiciones secas. El propósito es envolver las partículas de la muestra con aceite de parafina para aislar la humedad de la atmósfera, logrando el objetivo de evitar la absorción de humedad. Para evitar que la preparación de las muestras y los instrumentos y sus accesorios se humedezcan, nuestra empresa ha desarrollado especialmente un caja a prueba de humedad (serie MRD) compatible con los espectrómetros de infrarrojos globales.

• Método de prensado de comprimidos de bromuro potásico

Es el método más utilizado. Dado que el bromuro de potasio es transparente y no presenta absorción en la región del infrarrojo medio, es el mejor portador. Sin embargo, en realidad, algunos lotes de bromuro de potasio de calidad analítica presentan absorción de impurezas en la región del infrarrojo medio. Para evitar que las impurezas interfieran, cuando no se disponga de bromuro de potasio cromatográficamente puro, se pueden comprar algunos cristales de bromuro de potasio triturados o bromuro de potasio de grado analítico, realizar una recristalización y comprobar su absorción en la región del infrarrojo medio antes de utilizarlo.

El método de tableteado con bromuro de potasio es sencillo de manejar y resulta adecuado para muestras de polvo sólido. Sin necesidad de herramientas comunes, también debe prepararse un juego de limas pequeñas. El polvo sólido puede mezclarse directamente con el polvo de bromuro de potasio para molerlo. En el caso de materiales poliméricos ya formados, se pueden utilizar pequeñas limas para rasparlos y convertirlos en polvo fino y después molerlos. Por lo general, se añaden 1-2 mg de la muestra a 100-200 mg de bromuro de potasio, y se muele en un mortero de ágata hasta formar un polvo fino de 1-2 g. Durante la molienda, se utiliza una pequeña espátula de acero inoxidable para raspar la muestra hasta el centro del mortero, a fin de garantizar una molienda más fina y evitar que las partículas desiguales causen dispersión, lo que daría como resultado una línea de base desigual.

Por lo general, las muestras sólidas pueden prensarse para obtener comprimidos en 5-15 minutos. La presión de la prensa de aceite suele ser de 6-12 toneladas, y el tiempo de prensado debe mantenerse durante al menos 1 minuto para obtener comprimidos transparentes. Dado que el bromuro potásico es muy propenso a absorber humedad, debe secarse completamente bajo una lámpara de infrarrojos antes de comprimirlo. De lo contrario, aparecerán picos de absorción de agua en 3300 cm-1 y 1640 cm-1. Algunas tableteadoras tienen una función de vacío, pero la operación es más compleja. Si el material de alto peso molecular no es polvo y no se puede comprimir directamente, se puede extraer el plastificante para que pierda elasticidad y se vuelva más duro, o se puede utilizar la molienda a baja temperatura para preparar la muestra de polvo con antelación. Por ejemplo, el caucho no se puede prensar en caliente, por lo que se suele adoptar este método.

Cuando se identifican muestras traza, como ciertas pequeñas cantidades de muestras de colorante, el tableteado es imposible. En ese momento, se puede cortar una hoja de papel duro del tamaño del anillo de la muestra, con un pequeño agujero en el centro, y el polvo de bromuro de potasio molido mezclado con la muestra se coloca en el pequeño agujero para el tableteado. Este método tiene dos ventajas. Una es que ahorra muestras, especialmente para la identificación de muestras de trazas separadas y purificadas; la otra es que la hoja de papel entra en contacto directo con el molde de acero inoxidable, y las fibras de la hoja de papel son relativamente gruesas, por lo que es menos probable que se caiga durante el tableteado.

Algunas muestras son pegajosas, y las pastillas de bromuro potásico se adhieren al molde de acero inoxidable durante el tableteado, lo que dificulta su extracción. Sin la posibilidad de realizar un barrido espectral, sólo se vuelve a colocar una pequeña cantidad de bromuro potásico molido en el molde para el tableteado. Las pastillas resultantes son ligeramente más gruesas, lo que provoca una línea de base irregular o una mayor absorción de fondo en el gráfico espectral obtenido, pero sólo se requiere un procesamiento técnico para obtener un gráfico espectral mejor. Por ejemplo, para determinadas muestras de colorantes, puede adoptarse este método de preparación de muestras. Algunas muestras de emulsión pueden untarse en un portaobjetos de vidrio después de la desemulsificación, secarse y, a continuación, triturarse con un raspador.

• Método de películas para ventanas

Se aplica una fina película de líquido sobre una placa de cristal de haluro, y la muestra puede analizarse directamente en un espectrómetro de infrarrojos. Si la viscosidad de la muestra líquida es muy baja o la volatilidad del disolvente no es significativa, puede medirse entre dos placas de cristal de haluro. Los líquidos volátiles pueden medirse utilizando una célula de líquido fija. La placa de cristal de haluro más utilizada es la de cloruro sódico. Los accesorios son placas de ventana de célula líquida y accesorios de ventana de célula. El rango de aplicación es de 700 - 5000 cm-1. Para muestras que requieren la observación de picos de absorción a 350 - 700 cm-1, puede utilizarse el método de la placa de cristal de bromuro de potasio. El espesor de la película no debe ser demasiado grueso, ya que de lo contrario se produciría un pico frontal. Este método es adecuado para resinas viscosas no consolidadas, tintas, plásticos o cauchos, o el extracto de plastificantes y el líquido de pirólisis de resinas termoestables. Las placas de la ventana de la célula líquida pueden ser de KRS-5 o CaF2. El KRS-5 puede utilizarse desde 250 cm-1 hasta 5000 cm-1, pero el KRS-5 es tóxico y no debe tocarse con las manos. El CaF2 es más barato, pero su límite de transmitancia es de 1200 cm-1, y no se puede utilizar el rango por debajo de 1200 cm-1.

La mayoría de los cristales son propensos a la delicuescencia. Deben guardarse en un desecador cuando no se utilicen. Al utilizarlos, los tornillos de fijación deben apretarse en diagonal para evitar tensiones desiguales y daños en el cristal. Tras su uso, el cristal debe limpiarse con un disolvente de bajo punto de ebullición y guardarse en un desecador. El método de la película de ventana se utiliza raramente para muestras de polímeros porque la mayoría de los disolventes orgánicos tienen una fuerte absorción. Sólo unos pocos disolventes tienen menor absorción, como el tetracloruro de carbono, adecuado para 1350 - 4000 cm-1, y el disulfuro de carbono, adecuado para 200 - 1350 cm-1. Sin embargo, sólo unos pocos polímeros no polares pueden disolverse en estos dos disolventes. Para eliminar las bandas de absorción del disolvente en la solución de muestra, se puede utilizar la tecnología de compensación. Debe colocarse un disolvente puro en la celda de referencia, y la cantidad de disolvente en la celda de referencia debe ser la misma que en la celda de muestra, pero la operación es más difícil. En los espectrómetros de infrarrojos de Fourier, se puede utilizar la técnica del espectro diferencial para resolver el problema de las bandas de absorción del disolvente.

• Método de reflexión 

Algunos de los revestimientos de las muestras son muy finos y, por tanto, no son adecuados para el método mencionado. En tales casos, lo mejor es utilizar el método de reflexión total atenuada (ATR). Este método se utiliza ampliamente y no requiere una separación compleja durante la aplicación. No daña la muestra y permite el análisis directo por espectroscopia infrarroja. Hemos utilizado este método en múltiples ocasiones para analizar la superficie y las capas posteriores de materiales impresos por inyección de tinta, y los resultados fueron bastante satisfactorios. Por ejemplo, las cintas, ciertos tejidos de textura lisa, la pintura sobre metales y el caucho en forma de lámina pueden analizarse con el método ATR. Los principales cristales utilizados son el KRS-5 y el ZnSe. El KRS-5 es un compuesto de talio. Deben tomarse precauciones de seguridad al utilizarlo. Las muestras de polvo pueden pegarse a la superficie del cristal con cinta adhesiva para realizar las pruebas. Además, las muestras de polvo también se pueden moler después de añadirlas con parafina líquida.

• Método de prensado en caliente

Cuando se estudian los cambios en la cristalinidad de determinados polímeros mediante espectroscopia infrarroja, se suele emplear el método de formación de película por prensado en caliente. Durante el proceso de formación de la película por prensado en caliente, se utilizan dos moldes de acero inoxidable con superficies lisas. Se utilizan láminas de mica o de papel de aluminio como materiales de soporte para controlar el grosor de la película. Durante la operación, primero se colocan las láminas de mica o de papel de aluminio con el grosor requerido alrededor de la superficie de prensado del molde, con la muestra colocada en el centro, y luego se colocan todas en un horno eléctrico para calentarlas hasta que se ablanden o fundan. A continuación, se presiona la otra mitad del molde sobre la muestra, y el molde se sujeta con cuidado a la máquina de prensado de aceite utilizando pinzas para aplicar presión. Una vez enfriada, la lámina puede retirarse directamente para realizar las pruebas.

La elección de los accesorios experimentales adecuados repercute directamente en el éxito y la precisión del experimento. Al hacer la selección, es necesario un examen exhaustivo para garantizar que los materiales elegidos puedan cumplir los requisitos reales. Si tiene alguna pregunta técnica, Contacto para consultas profesionales.