IR-Spektroskopie
Kunststoffanalyse
Die Infrarotspektroskopie (IR-Spektroskopie) ist ein bewährtes Verfahren zur zuverlässigen Analyse von Kunststoffen sowie organischen Ablagerungen auf Oberflächen. Anhand charakteristischer Spektren lassen sich Materialien eindeutig identifizieren – darunter Kunststoffe, Elastomere, Fasern, Partikel, Öle, Fette und weitere organische Substanzen. Gleichzeitig liefert die Methode wertvolle Einblicke in die molekulare Struktur und unterstützt so fundierte Materialbewertungen.
Als erfahrenes Steinbeis-Transferzentrum bieten wir Kunststoffanalysen mittels IR-Spektroskopie als professionelle Dienstleistung an. Wir liefern schnell präzise und aussagekräftige Ergebnisse – für eine sichere Qualitätssicherung, effektive Schadensanalysen und optimierte Prozesse.
Leistungen
- Kunststoffanalyse: Die IR-Spektroskopie wird zur Analyse von Polymeren, Kunststoffen und anderen Werkstoffen eingesetzt.
- Analyse organische Verunreinigungen: Die Infrarotspektroskopie wird dazu eingesetzt um organische Verunreinigungen bzw. Ablagerungen auf Oberflächen (Flecken) zu analysieren und somit die Herkunft derer zu ermitteln.
- Identifikation von Verbindungen: Bestimmung der chemischen Struktur und Identifikation von funktionellen Gruppen in organischen und anorganischen Verbindungen.
- Qualitative Analyse: Das Spektrometer ermöglicht qualitative Analysen von Proben, indem es Informationen über die Zusammensetzung, Struktur und funktionelle Gruppen liefert.
Wir erstellen Ihnen gerne ein Angebot für eine Analyse mittels IR-Spektroskopie.
Infrarotspektroskopie (IR)
Bei der Infrarotspektroskopie (IR-Spektroskopie), einer Methode der Schwingungsspektroskopie, werden organische Materialien mit infrarotem Licht untersucht. Die Methode wird vor allem in der chemischen Analytik eingesetzt, da sie Aussagen über das Vorhandensein und die Konzentration funktioneller Gruppen ermöglicht. So lassen sich unbekannte Materialien wie Kunststoffe, Fasern oder Partikel analysieren. Zudem wird die IR-Spektroskopie häufig verwendet, um filmische Verunreinigungen wie Fette, Öle sowie Reinigungs- und Schmiermittel auf Bauteiloberflächen nachzuweisen. Mittels der Partikelanalyse ist ein Spektrenvergleich möglich, der Informationen über die Art der Partikel und deren chemische Zusammensetzung liefert.
Bei der Infrarotspektroskopie werden Molekülschwingungen durch elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich angeregt und gemessen. Die meisten Moleküle absorbieren infrarotes Licht und wandeln die Energie in charakteristische Schwingungen um, die direkt von den chemischen Bindungsverhältnissen abhängen. Das daraus entstehende IR-Spektrum ermöglicht die chemische Identifizierung organischer und anorganischer Proben. Dabei wird Strahlung im mittleren Infrarotbereich, angegeben als Wellenzahl in 1/cm, in die Probe eingestrahlt. Bestimmte Wellenlängen werden absorbiert, da ihre Energie Molekülgruppen zu Schwingungen anregt. Diese Absorptionen erscheinen als charakteristische Banden im IR-Spektrum und dienen somit als eindeutiger „Fingerabdruck” zur Identifizierung von Stoffen.
FTIR-Spektroskopie
Die gebräuchlichste Variante der Infrarotspektroskopie ist die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR). Bei dieser Messmethode werden Interferogramme der zu untersuchenden Substanz in wesentlich kürzerer Zeit aufgenommen als bei dispersiven Spektrometern. Aus diesen Interferogrammen werden durch Fouriertransformation Infrarotspektren mit charakteristischen Peaks gewonnen. Die FTIR-Technik deckt ein breites Spektrum chemischer Anwendungen ab – von der einfachen Identifizierung chemischer Verbindungen bis hin zur Prozesskontrolle, insbesondere bei Polymeren und organischen Verbindungen.
FTIR-Mikro-Spektroskopie
Die FTIR-Mikrospektroskopie kombiniert die hohe chemische Aussagekraft der FTIR-Spektroskopie mit der räumlichen Auflösung der Mikroskopie. Dadurch ist eine gezielte Analyse sehr kleiner Probenbereiche möglich. Sie eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen neben der chemischen Zusammensetzung auch deren lokale Verteilung von Bedeutung ist. Partikel, Einschlüsse oder dünne Schichten im Mikrometerbereich können damit präzise untersucht werden.
Hierzu wird die Infrarotstrahlung eines FTIR-Spektrometers über ein gekoppeltes IR-Mikroskop auf einen definierten Probenbereich fokussiert. Je nach Probenart kann die Messung im Transmissions-, Reflexions- oder ATR-Modus erfolgen. Das entstehende IR-Spektrum liefert einen charakteristischen molekularen Fingerabdruck, der die Identifikation von Materialien, funktionellen Gruppen und chemischen Bindungen ermöglicht. Aufgrund der hohen Ortsauflösung lassen sich zudem Inhomogenitäten, Schichtaufbauten und lokale Veränderungen zuverlässig erfassen.
Die FTIR-Mikro-Spektroskopie wird unter anderem in der Material- und Polymeranalytik zur Untersuchung von Fremdpartikeln, Defekten und Mehrschichtsystemen eingesetzt. In der Qualitätskontrolle dient sie der Analyse kleinster Verunreinigungen oder Schadstellen. Weitere Anwendungsgebiete finden sich in der Forensik, der Umweltanalytik sowie in Forschung und Entwicklung.
Methoden
Abgeschwächte Totalreflexion (ATR)
Die abgeschwächte Totalreflexion (ATR) ist die häufigste Technik zur Messung von FT-IR-Spektren. Bei der ATR wird die Strahlung in einem Reflexionselement zur Totalreflexion gebracht. Dadurch kann sie mit dem oberflächennahen Materialanteil wechselwirken. Die dabei absorbierten Spektralanteile können bestimmt werden. Durch Abgleich mit Spektrenbibliotheken können anschließend Aussagen über die chemische Zusammensetzung der oberflächennahen Bereiche getroffen werden. Die Informationstiefe dieses Verfahrens liegt, abhängig von den Eigenschaften des Reflexionselements und der Probe, im Bereich von 0,5 bis 3 µm. Als Reflexionselement wird ein Kristall aus Diamant, ZnSe oder Germanium verwendet, der mit dem zu untersuchenden Material oder Bauteil in Kontakt gebracht wird.
Die abgeschwächte Totalreflexion (ATR) ermöglicht die Identifizierung aller Kunststoffarten, von Pulvern und Feststoffen über Bauteile bis hin zu Flüssigkeiten.
Reflexionsmessung
Reflexionsmessungen sind eine effiziente Methode der Infrarotspektroskopie zur Analyse der chemischen Zusammensetzung von Oberflächen und nicht transparenten Proben. Dabei wird, abhängig von der chemischen Zusammensetzung und den vorhandenen funktionellen Gruppen, ein Teil der Strahlung absorbiert, während der verbleibende Anteil reflektiert wird. Das detektierte reflektierte Signal liefert ein charakteristisches IR-Spektrum, das Rückschlüsse auf Materialeigenschaften, Beschichtungen und oberflächennahe Strukturen ermöglicht.
Typische Einsatzgebiete sind die Qualitätskontrolle von Lacken, Folien und funktionalen Beschichtungen, die Material- und Polymeranalytik sowie Forschung und Entwicklung. Darüber hinaus werden sie zur Identifikation von Verunreinigungen, zur Untersuchung von Alterungs- und Degradationsprozessen sowie zur Charakterisierung technischer Oberflächen eingesetzt.
Transmissionsmessung
Die Transmissionsmessung ist eine der klassischen und häufigsten Methoden der IR-Spektroskopie zur qualitativen und quantitativen Analyse chemischer Substanzen. Bei dieser Messmethode wird Infrarotstrahlung durch die Probe hindurchgeleitet. Abhängig von ihrer molekularen Struktur absorbiert die Probe bestimmte Wellenlängen des Infrarotlichts, während andere nahezu ungehindert transmittiert werden. Aus dem Verhältnis von einfallender zu durchgelassener Strahlung entsteht ein charakteristisches IR-Spektrum. Dieses wird auch als „molekularer Fingerabdruck“ der Substanz bezeichnet und ermöglicht die eindeutige Identifikation funktioneller Gruppen und chemischer Bindungen.
Sie ist besonders für IR-transparente Proben wie Flüssigkeiten, Gase, dünne Filme und fein verteilte Feststoffe geeignet und findet in diesen Bereichen typischerweise Anwendung. Sie zeichnet sich durch eine hohe spektrale Qualität, eine gute Vergleichbarkeit mit Referenzspektren und eine sehr hohe Empfindlichkeit aus. Typische Anwendungsbereiche sind die chemische Analytik, die Polymer- und Werkstoffcharakterisierung, die pharmazeutische Qualitätskontrolle sowie Forschung und Entwicklung. Darüber hinaus wird die Transmissionsmessung bei der Reinheitsprüfung, der Identifikation unbekannter Substanzen und der Überwachung chemischer Prozesse eingesetzt.