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UV/VIS-Spektroskopie Polymere durchschaut – UV/VIS-Spektroskopie an modernen Kunststoffen

| Autor / Redakteur: Nils Garnebode* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Polymere in ihrer multifunktionalen Vielfalt werden zunehmend chemisch-analytisch erforscht. Neben aufwändigen Verfahren wie der Flüssig- oder Gaschromatographie ist immer noch die etablierte, doch sich stets neu erfindende UV/VIS/(NIR)-Spektroskopie aktuell.

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Abb.1: Das UV-2700-Spektrometer mit Doppelmonochromator ermöglicht die Analyse von Proben mit einer Extinktion von bis zu 8 Abs.
Abb.1: Das UV-2700-Spektrometer mit Doppelmonochromator ermöglicht die Analyse von Proben mit einer Extinktion von bis zu 8 Abs.
(Bild: Shimadzu)

Kaum waren die ersten Naturpolymere entdeckt, entwickelte sich zu Beginn des 19. Jahrhunderts ein völlig neuer Industriezweig: die Polymerindustrie. Zunächst mit der Verarbeitung, Veredelung oder Veränderung von Kautschuk oder Baumwolle beschäftigt, erforschten Chemiker um die Jahrhundertmitte die ersten Polymerreaktionen. 1909 startete die erste technische Produktion eines Phenolharzes – als Bakelit in die Geschichte eingegangen.

Dennoch dauerte es noch gut 20 Jahre, bis die wissenschaftlichen Grundlagen für die heutige Form der Polymerindustrie erarbeitet waren. Doch spätestens in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts begann der Siegeszug der Polymere.

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Polymere als eigenständige Materialklasse

Heutzutage ist eine Welt ohne Polymere nicht mehr vorstellbar. Dabei wurden die Kunststoffe unaufhaltsam weiterentwickelt. War es anfangs noch der einfache Ersatz von Naturstoffen wie Kautschuk oder Gummi, sind die Polymere inzwischen eine eigenständige Klasse an Materialien.

Dabei reicht der Einsatzzweck vom simplen Gartenstuhl bis hin zu den mehrlagigen multifunktionalen Verpackungsmaterialien von Lebensmitteln. Ebenso wie die Kunststoffe selbst, hat sich auch die Polymeranalytik ständig verbessert. Anfangs waren es meist noch rein mechanische Verfahren, wie Zug-, Druck- oder Biegeversuche, die auch heute noch zur Grundausstattung eines Polymerlabors gehören. Doch inzwischen drängen verstärkt chemisch-analytische Verfahren in diesen Markt.

Dazu zählt zum Beispiel die verbreitete FTIR-Technik, die die Identifikation von Polymerbausteinen und, je nach Gehalt, auch von Additiven oder Füllstoffen ermöglicht. Damit wird eine Unterscheidung der einzelnen Polymerklassen innerhalb weniger Sekunden möglich.

Eine Kopplung der FTIR-Technik mit thermoanalytischen Methoden erlaubt es, den Zusammenhang zwischen dem thermischen Verhalten der Kunststoffe und den freigesetzten Stoffen zu klären.

Forever young: die UV/VIS/(NIR)-Spektroskopie

Doch im gleichen Zuge, wie die Anforderungen an moderne Polymere zugenommen haben, stiegen auch die Ansprüche an die Analytik. Inzwischen sind selbst weit aufwändigere Verfahren wie die Flüssig- oder Gas-Chromatographie mit der entsprechenden Probenvorbereitung in Laboren anzutreffen, die die Qualitätssicherung oder Forschung von Kunststoffen durchführen. Doch auch eines der ältesten instrumentell-analytischen Verfahren wird eingesetzt: die UV/VIS/(NIR)-Spektroskopie.

Mit diesem Verfahren lassen sich verschiedene Eigenschaften der Polymere untersuchen, etwa bei speziellen Kunststoffen der Transmissionsgrad in bestimmten Wellenlängenbereichen. So sollen die Transmitterabdeckungen von Fernbedienungen nur ausgewählte Frequenzen an den Receiver senden. Alle anderen Wellenlängen werden wie bei einem Bandpassfilter ausgeblendet. In diesem Fall können UV/VIS/NIR-Systeme die Qualität der Filterung oder die Flankensteilheit überprüfen.

Shimadzu bietet seit kurzem zwei neue Produkte im Bereich der UV/VIS-Systeme an, mit denen weitere Applikationsfelder erschlossen werden. Beide sind mit den neuen Lo-Ray-Ligh-Gittern aus eigener Produktion ausgestattet, die völlig neue Level hinsichtlich Leistung und Streulicht erreichen. Auf diese Weise lassen sich mit dem UV-2700 mit Doppelmonochromator nun Proben mit einer Extinktion von bis zu 8 Abs (dimensionslose Größe, entspricht Absorption/Extinktion) hinsichtlich ihrer Transmission untersuchen.

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