Ciencias de los Materiales VI: Determinando la composición de un plástico desconocido

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Hola Steemit, hoy quiero hablarles de cómo podemos determinar la composición química de un plástico desconocido. Como sabemos, la mayoría de los plásticos que se elaboran hoy en día son derivados del petróleo, particularmente del gas que se genera en los pozos petroleros. Este gas natural se transforma químicamente en complejos petroquímicos generando derivados de mayor valor agregado, como lo son el etileno, el monocloruro de vinilo, propileno, todos ellos materia prima para la síntesis de polietileno(PE), poliestiero(PS) y polipropileno(PP), con los cuales se pueden fabricar diversos productos cotidianos, como empaques, botellas, vasos, platos, cubiertos, entre otros.

En este Post les mostrare como paso a paso se puede determinar la composición de materiales plásticos, mediante la técnica de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, poniendo como ejemplo un vaso desechable (Figura 2). Cabe destacar que la forma en la que se formula esta practica, así como los resultados y análisis forman parte de los cursos de inducción que he dado a los estudiantes en el instituto de investigación donde trabajo.

Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier

La técnica de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (Figura 3) es muy útil para la identificación de compuestos químicos ya que, está basada en los principios de la espectroscopía molecular. El principio básico detrás de la espectrometría molecular es que las moléculas absorben energía de la luz en longitudes de ondas específicas, conocidas como sus frecuencias de resonancia (vibración) (Silverstein et al., 2005).

Figura 3. Técnica de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier

El análisis en un espectrómetro infrarrojo se lleva a cabo colocando la muestra en una celda, donde se somete a una fuente de luz infrarroja, la cual realiza un barrido desde las longitudes de onda de 4000 cm-1 hasta 600 cm-1. La intensidad de la luz transmitida a través de la muestra es medida en cada número de onda. Esto hace posible que la cantidad de luz absorbida por la muestra sea calculada por un diferencial entre la intensidad de la luz antes y después de pasar por la celda, obteniendo entonces el espectro infrarrojo. Finalmente, el espectro infrarrojo de la muestra permitirá identificar los grupos funcionales presentes en ella (Silverstein et al., 2005)..

Preparación y caracterización de la muestra

A partir de un vaso, se cortó una película delgada. La película se colocó en un porta muestra para, luego, ser introducidas en un espectrofotómetro de infrarrojo con transformada de Fourier, marca Perkin-Elmer modelo Frontier (figura 4), previamente calibrado con poliestireno (patrón estándar sugerido por el fabricante). El espectro infrarrojo de la muestra problema, se obtuvo después de acumular 24 barridos con una resolución de 2 cm-1 en un rango de 450 a 4500 cm-1.

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Figura 4. Espectrofotómetro de infrarrojo con transformada de Fourier, marca Perkin-Elmer modelo Frontier

Resultados de la caracterización del vaso

En la figura 5 se observa el espectro infrarrojo de la muestra problema, en la cual se observan las bandas de absorción características de una tensión aromática C-H 3081 cm-1 - 3027 cm-1; 3004 cm-1. Se muestra una banda entre 2921 y 2851 cm-1, relacionada a las vibraciones de tensión simétricas (υs) y asimétricas (υas) de todos los enlaces C−H. Una banda de absorción del anillo aromático monosustituido a 1943 y 1746 cm-1 ; a 1449 cm-1 la deformación CH2 + C=C del anillo aromático y a 1069 y 780 cm-1 se observa la flexión C-H en el plano.

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Figura 6. Espectros FTIR del vaso

Estas bandas de absorción nos permiten identificar el compuesto ya que al comparar los resultados obtenidos con los principales espectros infrarrojos teóricos de los polímeros empleados para este tipo de productos (Polietileno, Poliestireno, Polipropileno, entre otros) , se confirma que el material del vaso esta hecho de Poliestireno(Figura 6) (León y Salazar, 2008), un termoplástico con muchas propiedades deseables, empleado en la producción de vasos desechables. Este polímero es transparente, fácilmente coloreable y fácil de producir.

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Figura 6. Comparación de los espectros FTIR del vaso(rojo) y el PS negro)

Conclusión

Mediante la técnica de espectroscopia infrarroja podemos determinar los principales grupos funcionales de un material de plástico, pudiendo identificar de qué compuesto está hecho. Lo que resulta una herramienta muy útil, para la identificación de materiales desconocidos.

Referencias

Leon, A. y Salazar, R. 2008. Síntesis y caracterización del copolimero asfalteno - poliestireno por espectroscopia infraroja. Cienc. Tecnol.Futuro, (4)3.

Silverstein, R., Webster F. y Kiemle, D. 2005. Spectrometric Identification of organic compounds. Septima Edición. New York.

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Muy buen trabajo la electroscopia siempre me a gustado mucho, gracias por compartirlo.

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Gracias a ti por leerlo @osita21, la espectroscopia es muy interesante y fundamental en la química.