خواص پلی اتیلن در FTIR

تعیین خواص پلی اتیلن با FTIR

پارامترهای تجربی مهمی برای دستیابی به طیف FTIR مورد بررسی قرار گرفتند من جمله آپودیزاسیون، دیافراگم پرتو، تعداد اسکن ها و وضوح طیفی با استفاده از نمونه های پلی اتیلن. برای انجام آنالیزها شرایط بهینه فراهم شده و بدون ابهام در شناسایی به نوع مهم تجاری به کار گرفته می شوند: پلی اتیلن سبک (LDPE)، پلی اتیلن سنگین (HDPE) و پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE).

 

خواص فیزیکی سیستم های پلیمری در وهله اول به ترکیبات شیمیایی، پیکربندی ماکرومولکول ها و همچنین روابط بین زنجیره ها (مورفولوژی) و پارامترهایی مانند بلورینگی و تفکیک فاز بستگی دارد. امروزه، بسیاری از تکنیک های طیف سنجی به منظور دستیابی به این خواص در دسترس هستند و اسپکتروسکوپی FTIR به دلیل تطبیق پذیری آن در تعیین ترکیب، تاکتیک، ترکیب، بلورینگی و غیره شاید بیشترین استفاده را داشته باشد. با این وجود، برای کشف کامل پتانسیل این روش به مهارت هایی برای توسعه آن نیاز است که امکان بهینه سازی تحلیل را فراهم می کند. در این مقاله، یک رویکرد تجربی برای دستیابی به این طیف ارائه می دهیم که قابلیت تجهیزات با وضوح بالای BOMEN DA8 من جمله مجموعه ای از آشکارسازهای مختلف و امکان کار در خلاء که کیفیت طیف را بهبود بخشیده و تداخل ها و نویز طیفی را به دلیل جذب دی اکسید کربن و رطوبت از جوّ به حداقل می رساند. نمونه های پلی اتیلن شامل سه گرید تجاری می شوند که در بازار نیز در دسترس هستند: پلی اتیلن سبک (LDPE)، پلی اتیلن سنگین (HDPE) و پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE). در اینجا، بیان می کنیم که با انتخاب شرایط مناسب، می توان این گریدها را از هم متمایز کرد که با مقایسۀ طیف های استاندارد امکان پذیر نیست.

 

الف: بهینه سازی تحلیل

ضرورت استفاده از خلاء در اسپکترومتر برای انجام آنالیزها در شکل زیر ارائه شده است.

 

شکل 1:

 

 

در شرایط جوّی نرمال، (بدون خلاء)، (طیف A) به دلیل رطوبت و دی اکسید کربن موجود در طیف تداخل نیز بالا است. این مشکل با دستیابی به مرجع (B) و طیف نمونه (C) برطرف شد. به چند دقیقه زمان برای برقراری تعادل خلاء در هر مرحله نیاز است که در نتیجه، اندازه گیری را در مقایسه با روش استاندارد زمان بر تر می سازد. اینترفروگرام ها با حداکثر اختلاف فاز نوری مختلف برای تأیید تأثیر وضوح طیفی بر شکل باند جذب جمع آوری شدند. این مشخصه با فاصلۀ بین دو باند مشخص می شود که برای ابزار نیز قابل تشخیص است. در شکل زیر، نتایج حاصل از تغییر وضوح طیفی 8.0 به 2.0 cm¯¹ رائه شده است.

 

شکل 2:

 

 

با توجه به 0.8 نشان داده شده در شکل بالا، اگر از وضوح کمتر استفاده شود و فاصله بین دو باند مجاور نزدیک یا کمتر از این وضوح باشد، تأثیر قابل ملاحظه ای می تواند به همراه داشته باشد. در شکل زیر هم تأثیر وضوح بر شدت باندهای دوتایی 1473-1463 سانتیمتر cm¯¹ نشان داده شده است.

 

شکل 3:

 

 

داده ها از نمونۀ LDPE با آپودیزاسیون بارتل جمع آوری شد. کاهش در سیگنال شدت در وضوح کمتر مشاهده می شود. هر نوع آپودیزاسیون تأثیر خاصی بر باندهای جذب در طیف های اندازه گیری شده دارد. برای اندازه گیری تأثیر انواع آپودیزاسیون موجود در نرم افزار، دامنه های نویز با تعیین شدیدترین و کمترین نقاط خط مبنا (بدون نمونه) که باندهای پلی اتیلن در آن قرار دارند، ارزیابی شد. تفاوت بین آنها در شکل زیر مشخص شده است.

 

شکل 4:

 

 

در شکل زیر نتایج حاصل از محاسبات انجام شده برای هر یک از چهار نوع آپودیزاسیون نشان داده شده است.

 

شکل 5:

 

 

ب: تحلیل پلی اتیلن

مشخصات روش های مختلف در آنالیز پلی اتیلن در جدول زیر ارائه شده است.

 

جدول 1:

 

 

این روش ها به منظور بررسی تأثیر احتمالی آنها در تغییر نمونه و کیفیت طیف مورد استفاده قرار گرفتند.

 

1- مقایسه روش های مختلف برای آماده سازی نمونه، آنالیز و انتساب باند

طیف به دست آمده در انتقال و ATR با استفاده از سه تکنیک مختلف آماده سازی نمونه در شکل زیر ارائه شده است.

 

شکل 6:

 

 

علاوه براین، KBr بعنوان یک رقیق کننده عمل می کند و شدت جذب را در 3000 cm¯¹ کاهش می دهد. برای فیلم ها (A)، این باندها همیشه بسیار شدید بوده و باعث ایجاد فواصل طیفی مات می شوند؛ حتی برای فیلم های بسیار نازک. تکنیک ATR (C) در باندهایی با وضوح و شدت کمتر مشاهده شد؛ دقیقآ مانند آنچه در دیسک های KBr دیده می شود. مزیت ATR در امکان دستیابی مستقیم به طیف ها از طریق ورق بدون نیاز به آماده سازی نمونه های بیشتر است. اساسۀ همان ارتعاشات اصلی با تغییر در میزان شدت تشخیص داده می شوند. مقایسه بین ATR و داده های انتقال ساده نیست زیرا نیاز به اصلاح دارد. در انتقال، مسیر نوری همان ضخامت ماده است؛ در حالی که در ATR، عمق نفوذ (dp) (که همتای مسیر نوری است) مستقیمآ با طول موج (λ) متناسب است. درنتیجه، در طیف ATR با کاهش تعداد موج (و افزایش λ)، شدت باند نیز بر همین اساس به دلیل نفوذ عمیق تر تابش به نمونه افزایش می یابد.

 

2- شناسایی انواع پلی اتیلن با FTIR

طیف های سه نوع پلی اتیلن حاصل شده به صورت فیلم در شکل زیر نشان داده شده است.

 

شکل 7:

 

 

در بخش الف اشاره شده است که همه نمونه ها جذب یکسانی دارند که فقط از لحاظ شدت متفاوت است و می تواند به تفاوت های ضخامت فیلم نسبت داده شود. در بخش ب، نقاط 1400-1300 cm¯¹ در مقیاس بزرگ نشان داده شده اند و می توان به وضوح تفاوت موجود در الگوی جذب نمونه ها را مشاهده کرد. سه باند متغیر به گروه های CH₂ و CH₃ وجود دارد: 1377، 1366 و 1351 cm¯¹. تفاوت اصلی بین پلی اتیلن ها در درجه انشعاب، تعداد و اندازه انشعاب آنها است. بررسی مقالات موجود در کتابخانه های الکترونیکی منجر به تغییر دو پلیمری می شود که در یکی از آنها باند اول در غیاب DPE وجود دارد و در دومی، باند اول در DPE قوی تر از باند دوم است. در نتیجه، پلیمری که در آن باند اول ضعیف تر از باند دوم است، پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE) نامیده می شود؛ این نتیجه تاکنون گزارش نشده است. باند سوم در هر سه گرید پلی اتیلن ثابت و یکسان است. بنابراین در این مقاله، برای اولین بار نشان می دهیم که تشخیص این سه گرید با کمک FTIR و بهینه سازی شرایط آنالیز امکان پذیر است.

 

در این مقاله، تأثیر تجزیه و تحلیل بهینه سازی FTIR با پردازش داده ها و با در نظر گرفتن وضوح، آپودیزاسیون، تعداد اسکن و شرایط خلاء نشان داده شد. همچنین مشخص شد که در شرایط بهینه می توان سه نوع پلی اتیلن مهم تجاری را شناسایی کرد: پلی اتیلن سبک (LDPE)، پلی اتیلن سنگین (HDPE) و پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE).