Espectroscopia de Applied es la aplicación de varios espectroscópicas métodos para la detección e identificación de diferentes elementos / compuestos en la solución de problemas en los campos de la medicina forense , medicina , industria del petróleo , la química atmosférica , farmacología , etc.
Métodos espectroscópicos
Un método espectroscópico común para el análisis es la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier , en la que los enlaces químicos pueden detectarse a través de sus frecuencias o longitudes de onda de absorción infrarroja características. Estas características de absorción hacen de los analizadores de infrarrojos una herramienta invaluable en geociencias, ciencias ambientales y ciencias atmosféricas. Por ejemplo, el control de gases atmosféricos se ha visto facilitado por el desarrollo de analizadores de gases disponibles comercialmente que pueden distinguir entre dióxido de carbono, metano, monóxido de carbono, oxígeno y óxido nítrico.
La espectroscopia UV se utiliza cuando se produce una fuerte absorción de radiación ultravioleta en una sustancia. Dichos grupos se conocen como cromóforos e incluyen grupos aromáticos , sistema conjugado de enlaces, grupos carbonilo, etc. La espectroscopia de resonancia magnética nuclear detecta átomos de hidrógeno en entornos específicos y complementa la espectroscopia IR y UV. El uso de la espectroscopia Raman está creciendo para aplicaciones más especializadas.
También existen métodos derivados como la microscopía infrarroja , que permite analizar áreas muy pequeñas en un microscopio óptico .
Un método de análisis elemental que es importante en el análisis forense es la espectroscopia de rayos X de dispersión de energía realizada en el microscopio electrónico de barrido ambiental . El método implica el análisis de rayos X retrodispersados de la muestra como resultado de la interacción con el haz de electrones. La espectroscopia de rayos X de dispersión de energía automatizada se utiliza además en una gama de mineralogía automatizada cuantitativa de minerales , identificación y mapeo de texturas.
preparación de la muestra
En los tres métodos espectroscópicos, la muestra generalmente debe estar presente en solución, lo que puede presentar problemas durante el examen forense porque necesariamente implica tomar muestras de sólidos del objeto a examinar.
En FTIR, se pueden analizar tres tipos de muestras: solución (KBr), polvo o película. Una película sólida es el tipo de muestra más fácil y directo de probar.
Análisis de polímeros
Se pueden seguir muchos mecanismos de degradación de polímeros utilizando espectroscopía de infrarrojos , como la degradación y oxidación UV , entre muchos otros modos de falla.
Degradación UV
Muchos polímeros son atacados por la radiación ultravioleta en puntos vulnerables de sus estructuras de cadena. Por lo tanto, el polipropileno sufre un agrietamiento severo a la luz del sol a menos que se agreguen antioxidantes . El punto de ataque se produce en el átomo de carbono terciario presente en cada unidad repetida, provocando la oxidación y finalmente la rotura de la cadena. El polietileno también es susceptible a la degradación por rayos UV, especialmente aquellas variantes que son polímeros ramificados como el LDPE . Los puntos de ramificación son átomos de carbono terciarios , por lo que la degradación del polímero comienza allí y da como resultado la ruptura y fragilidad de la cadena. En el ejemplo que se muestra a la izquierda, los grupos carbonilo se detectaron fácilmente mediante espectroscopía IR de una película fina moldeada. El producto era un cono de carretera que se había agrietado en servicio, y muchos conos similares también fallaron porque no se había utilizado un aditivo anti-UV.
Oxidación
Los polímeros son susceptibles al ataque del oxígeno atmosférico , especialmente a las temperaturas elevadas que se encuentran durante el procesamiento para dar forma. Muchos métodos de proceso, como la extrusión y el moldeo por inyección, implican bombear polímero fundido en herramientas, y las altas temperaturas necesarias para la fusión pueden resultar en oxidación a menos que se tomen precauciones. Por ejemplo, una muleta del antebrazo se rompió repentinamente y el usuario resultó gravemente herido en la caída resultante. La muleta se había fracturado a través de un inserto de polipropileno dentro del tubo de aluminio del dispositivo, y la espectroscopía infrarroja del material mostró que se había oxidado, posiblemente como resultado de un moldeado deficiente.
La oxidación suele ser relativamente fácil de detectar, debido a la fuerte absorción por el grupo carbonilo en el espectro de poliolefinas . El polipropileno tiene un espectro relativamente simple, con pocos picos en la posición del carbonilo (como el polietileno ). La oxidación tiende a comenzar en los átomos de carbono terciarios porque los radicales libres aquí son más estables, por lo que duran más y son atacados por el oxígeno . El grupo carbonilo se puede oxidar aún más para romper la cadena, debilitando así el material al reducir el peso molecular , y las grietas comienzan a crecer en las regiones afectadas.
Ozonólisis
La reacción que ocurre entre los dobles enlaces y el ozono se conoce como ozonólisis cuando una molécula del gas reacciona con el doble enlace:
El resultado inmediato es la formación de un ozonido , que luego se descompone rápidamente de modo que se escinde el doble enlace. Este es el paso crítico en la rotura de la cadena cuando los polímeros son atacados. La resistencia de los polímeros depende del peso molecular de la cadena o del grado de polimerización : cuanto mayor es la longitud de la cadena, mayor es la resistencia mecánica (como la resistencia a la tracción ). Al escindir la cadena, el peso molecular cae rápidamente y llega un punto en el que tiene poca fuerza y se forma una grieta. Se produce un ataque adicional en las superficies de la grieta recién expuestas y la grieta crece de manera constante hasta que completa un circuito y el producto se separa o falla. En el caso de un sello o un tubo, la falla ocurre cuando se penetra la pared del dispositivo.
Los grupos terminales de carbonilo que se forman son normalmente aldehídos o cetonas , que pueden oxidarse más a ácidos carboxílicos . El resultado neto es una alta concentración de oxígeno elemental en las superficies de la grieta, que puede detectarse mediante espectroscopía de rayos X de dispersión de energía en el entorno SEM o ESEM . El espectro de la izquierda muestra el pico de alto contenido de oxígeno en comparación con un pico de azufre constante . El espectro de la derecha muestra el espectro de la superficie del elastómero no afectado, con un pico de oxígeno relativamente bajo en comparación con el pico de azufre. Los espectros se obtuvieron durante una investigación sobre el agrietamiento por ozono de los sellos de diafragma en una fábrica de fabricación de semiconductores .
Ver también
- Espectroscopía de absorción
- Química forense
- Ingenieria forense
- Ingeniería forense de polímeros
- Tabla de correlación de espectroscopia infrarroja
- Degradación de polímeros
- Ingeniería de polímeros
Referencias
- Ingeniería de materiales forenses: estudios de caso de Peter Rhys Lewis, Colin Gagg, Ken Reynolds, CRC Press (2004).
- Peter R Lewis y Sarah Hainsworth, Falla en la línea de combustible por agrietamiento por corrosión bajo tensión , Análisis de fallas de ingeniería, 13 (2006) 946-962.
- J. Workman y Art Springsteen (Eds.), Espectroscopia aplicada: una referencia compacta para profesionales , Academic Press (1998) ISBN 978-0-12-764070-9 .