Infrarotspektroskopie (IR-Analyse)

Polymerbestimmung und Substanznachweis

Bedeutung und Prüfung

Die Infrarotspektroskopie, kurz IR-Spektroskopie, ist eine einfache und schnelle Methode das Polymer und die Inhaltsstoffe einer Elastomermischung zu bestimmen.

Über Bestrahlung von Materialproben mit elektromagnetischen Wellen im Infrarot-Bereich lassen sich Resonanz-Schwingungen verschiedener organischer Molekülverbindungen nachweisen.

Damit werden insbesondere bei Elastomeren die funktionellen Gruppen nachgewiesen, was eine relativ sichere Polymerbestimmung zulässt.

Die IR-Spektroskopie ist jedoch keine Spurenanalytik. Die Nachweißgrenze liegt bei 2 bis 5%, in Ausnahmefällen kann sie jedoch auch wesentlich empfindlicher sein.

Heutzutage werden überwiegend Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometer (FTIR) eingesetzt. Diese bieten gegenüber den früher üblichen dispersiven Spektrometern einige entscheidende Vorteile. So sind beispielsweise die Messzeiten relativ kurz und die erhaltenen Signale stark.

Arten der Probenaufbereitung und Analyse

Da die meisten Elastomere schwarz und somit nicht licht- und Infrarot-durchlässig sind, erfordert dies spezielle Techniken der Probenaufbereitung. Bei der Pyrolyse-FTIR wird der kondensierte Dampf, der dann infrarot-durchlässig ist, einer thermisch zersetzten Elastomerprobe analysiert. Die abgeschwächte Totalreflexion (ATR) ist eine Probennahme-Methode, bei der Licht auf eine Probe geworfen wird, um Informationen über deren Struktur und Zusammensetzung zu erhalten. Sie ermöglicht die Analyse von festen und flüssigen Materialproben.

Auch Extrakte von Elastomeren werden analysiert. Eine Heißextraktion trennt viele Rezepturbestandteile vom Kautschuk wodurch diese sich besser auflösen lassen und während der IR-Spektroskopie nachgewiesen werden können.

Bedeutung der IR-Spektroskopie für die Anwendungstechnik

Die FTIT-Analyse ist in der Elastomertechnik ein häufig eingesetzten Analyseverfahren. Sie erlaubt im Rahmen einer Qualitätssicherung mit überschaubarem Aufwand, schnell und einfach Polymere zu bestimmen. Auch besitzt jede Rezeptur ein typisches ATR-Banden-spektrum (mittlere Auflösung) sowie ein typisches Spektrum der Extrakte (hohe Auflösung). Dieses wird genutzt, um den Bemusterungszustand einer Rezeptur im Hinblick auf enthaltene Stoffe zu belegen. Kombiniert mit weiteren Analysetechniken ist die IR-Spektroskopie mit ihren Sonderformen ein bewährtes Mittel bei der Schadensanalytik.

Bei der IR-Spektroskopie wird eine Materialprobe mit elektromagnetischen Wellen im Infrarot Bereich bestrahlt. Die Absorption dieser Strahlung regt bestimmte organische Molekülverbindungen im Material zum Schwingen an. Diese Resonanz-Schwingungen werden als Banden eines IR-Spektrums in einem Diagramm dargestellt und anhand von Referenzspektren identifiziert.

Ausführlichere Informationen zur IR-Spektroskopie finden Sie auch in folgendem Sonderdruck der DICHT!, er umfasst alle neun Folgen einer von den Bernhard Richter, Ulrich Blobner und Bernd Sprenger verfassten Artikelserie, die in der Zeitschrift „DICHT!“ über einen Zeitraum von fast drei Jahren erschien. Hier finden Sie das gesammelte Wissen rund um Elastomerprüfung. Im Detail erfahren Sie mehr über physikalische Prüfungen, chemisch analytische Prüfverfahren und die Schadensanalyse.