FTIR-ATR

Metoda infračervené spektroskopie je technikou tvz. molekulové spektroskopie, kdy je materiál vzorku identifikován na základě interakcí vazeb v molekulách s infračerveným zářením zdroje. Přístroj využívá infračervené záření střední oblasti infračerveného spektra s vlnovou délkou cca 2,5 až 25 µm. V praxi infračervené spektroskopie se pracuje s tzv. vlnočtem, což je převrácená hodnota vlnové délky, jejíž jednotkou je cm^-1, což pak odpovídá rozmezí hodnot 4000–400 cm^-1. Při dopadu infračerveného záření na vzorek dojde k vybuzení rotačních a vibračních stavů vazeb mezi atomy v molekule na základě změny dipólového momentu molekuly, což se projeví absorpcí záření při vlnočtech odpovídajícím rozdílu energetických hladin molekulových přechodů. Záření prošlé přes vzorek dopadá na detektor a část záření absorbované vzorkem se pak projeví vznikem absorpčních pásů v zachyceném spektru. Pro průzkum originálních artefaktů je výhodnější pracovat s reflexní technikou ATR (z angl. attenuated total reflectance), založenou na totálním odrazu infračerveného záření na rozhraní krystal–vzorek. Při této technice neprochází záření přes vzorek, ale zasahuje pouze do povrchové vrstvy (v řádu jednotek µm). Z toho důvodu není potřeba odebírat vzorek materiálu (případně minimální o průměru velikosti použitého krystalu 2 mm) a dále jej zpracovávat. ATR technika je pouze omezena na velikost předmětu, který je možné umístit do prostoru krystalu. Rizikem pro předměty může být fakt, že je třeba materiál na krystal přitlačit momentovým šroubem, což může způsobit prasknutí křehkého vzorku, nebo pozůstatku otisku na měkkém materiálu.

Výsledná infračervená spektra jsou zpracována metodou Fourierovy transformace, odkud pochází zkratka názvu FTIR. Vyhodnocení spekter není vzhledem k počtu energetických přechodů a vzájemnému ovlivnění rotačně-vibračních pohybů jednoduché, hodnotí se tedy na základě porovnávání se spektry standardů z knihovny spekter. Problémy nastávají u polymerů, které obsahují větší množství aditiv (např. plniva nebo změkčovadla). Tato aditiva mohou překrývat signál samotné polymerní složky a nelze ji pak jednoduše identifikovat.

Použitý přístroj a parametry

• FTIR spektrometr Nicolet iS5 s ATR nástavcem iD5
• materiál ATR krystalu – diamant
• zdroj IR záření: keramický vzduchem chlazený EverGlo
• interferometr: typ Michelson 60°
• spektrální rozsah: 7800-400 cm^-1
• spektrální rozlišení: 4 cm^-1
• počet skenů: 32
• úprava pozadí spektra pomocí funkce Automatic baseline correct
• použité knihovny standardních spekter
  • HR Hummel Polymer and Additives
  • HR Polymer Additives and Plasticizers
  • HR Polymers Miracle
  • HR Specta Polymers and Plasticizers by ATR
  • Hummel Polymer Sample Library
  • HR Inorganics I.–IV.

XRF

Rentgen-fluorescenční spektroskopie je atomová instrumentální analytická technika, která využívá excitaci elektronů v blízkosti jádra atomu. Jelikož tato excitace vyžaduje vysokoenergetické záření, využívá se rentgenovo záření ze zdroje spektrometru, tzv. primární záření. Po interakci s elektrony v blízkosti jader prvků ve vzorku se tyto vybudí do vyšších energetických hladin. Tento stav je však nestabilní a tak dochází k okamžitému návratu elektronů na základní energetickou hladinu, přičemž přebytečná energie se uvolní ve formě sekundárního rentgenova záření dopadajícího na detektor. Energie elektronových přechodů mezi jednotlivými hladinami mají přesné hodnoty energií, díky nimž je možné atomy identifikovat. Některé energetické přechody mají pro různé prvky podobnou energii a může tedy docházet k jejich záměně, což je třeba brát v potaz při interpretaci výsledků. Typicky se jedná například o titan, vanad a baryum, nebo olovo a síru.  Potlačení těchto interferencí pak závisí na konstrukci přístroje a dané kalibraci. Technika XRF byla použita pro kvalitativní identifikaci prvků, které jsou signifikantní pro použitá aditiva v polymerních materiálech (např. plniva – křída CaCO₃ dle obsahu vápníku) , což napomáhalo při interpretaci FTIR spekter.

Použitý přístroj a parametry

• ruční XRF spektrometr Olympu Vanta VMR
• detektor: polovodičový SDD (Silicon drift detektor)
• zdroj primárního rtg. záření: rentgenova lampa (Rh anoda, napětí 50 kV, výkon 4 W, budící proud 200 μA)
• načítací čas: 30 s (15 s beam 1 – 40 kV, 15 s beam 2 – 10 kV)
• velikost analyzované plochy: 9 mm²
• mód přístroje: GeoChem, dva paprsky:
  • 40 kV – těžší prvky: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ba, Ta, W, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Th, U
  • 10 kV – lehčí prvky: Mg, Al, Si, S, P, Cl, K, Ca, Ti, Mn