APLICAÇÃO DA ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO NA IDENTIFICAÇÃO DE
CONTAMINANTES. Elisabete V. Costa, José Luís Amaral.
*RAIZ- Instituto de Investigação da Floresta e do Papel, Quinta de S.Francisco, 3801-501 Eixo.
Introdução
A ocorrência de contaminações nos processos de produção da pasta e papel pode afectar negativamente a
eficiência das operações.
A identificação expedita da natureza das contaminações, bem como o diagnóstico das causas e condições
que propiciaram a sua formação, constituem uma ferramenta imprescindível para a resolução e prevenção
destes problemas.
A Espectroscopia de Infravermelho pode ser um auxiliar precioso na identificação das contaminações,
particularmente quando integrada numa metodologia de abordagem sistemática que faz apelo ao
conhecimento da química dos processos e a técnicas complementares de análise e extracção diferenciada.
Metodologia
A abordagem sistemática consiste numa primeira análise dos contaminantes do ponto de vista físico e
microscópico (microscópios Leitz e Sistema de Aquisição de Imagem IM 500), seguido do primeiro
despiste químico por análise qualitativa através de testes de solubilidade e reacção específica.
A informação química ao pormenor resulta da análise por espectroscopia de infravermelho FTIR e FTIRATR com microscópio acoplado para identificação de contaminações na ordem dos 50 µm (EQUINOX 55
e IR-SCOPE da Brucker). De acordo com a complexidade do material, são utilizadas técnicas de extracão
selectiva para separação de componentes. Complementarmente podem utilizar-se outras técnicas de análise
( ICP, SEM-EDXA. HPLC, GC-MS).
Resultados
Apresentam-se dois exemplos de aplicação em fábricas portuguesas.
Situação1. O aparecimento de sujidades numa impressora offset levou a que o utilizador do papel
remetesse a origem destas para o processo do respectivo produtor. A fábrica de papel recolheu amostras de
papel com contaminantes por ela produzido e um depósito encontrado no tinão da máquina de papel,
solicitando a identificação de naturezas químicas e possíveis relações entre as diferentes amostras e a
reclamada. Da análise por observação microscópica verificou-se que a estrutura física da reclamação diferia
da das contaminações do papel e da do depósito, evidenciando um carácter homogéneo contra a
heterogeneidade das restantes. A realização de alguns testes de solubilidade e de reacção específica
confirmou estas diferenças. No entanto, relativamente aos contaminantes do papel, verificou-se que as
propriedades físicas e estruturais pareciam ser semelhantes às do depósito do tinão. A segunda análise
estrutural, qualitativa, foi efectuada por aplicação de Espectroscopia FT-IR. A análise foi efectuada
directamente, utilizando a objectiva ATR, tendo em conta a micro escala das sujidades e dos contaminantes
do papel.
Sujidades da impressora
Depósito do tinão
Contaminantes no papel
Verniz da impressora
4000
3500
3000
2500
2000
Wavenumber cm-1
1500
1000
500
Fig. 1. Espectros por infravermelho das amostras.
Tabela 1. Identificação química das amostras. Identificação de aditivos do processo de fabrico de
papel e composição química das amostras.
Grupos funcionais cm-1
Hidrocarbonetos alifáticos
C=O ésteres (1740)
C=O Cetonas (1720)
Insaturação
Grupo carbonilo (1710)
Silicato
Éter: Amido
Éter: Celulose
Carbonato
Sujidade
impressora
√
√
Contaminante Depósito
papel
máquina
√
√
√
√
√
√
vestígios
√
√
√
Verniz
√
√
√
√
√
√
vestígios
√
√
√
Contaminantes no papel e depósito
AKD hidrolisado
√
Talco
√
PCC
minoritário
Amido de massa minoritário
Pitch
minoritário
Sujidades da impressora e verniz
Resina alquídica
√
Da análise da tabela 1, os grupos funcionais identificados mostram que a natureza dos contaminantes se
relaciona na integra com a do depósito do tinão, diferindo da das sujidades. Recorrendo a técnicas de
extracção selectiva do depósito e da análise espectral do extracto e do material após a exracção, conseguiuse simplificar os espectros, identificando todos os aditivos associados. Relativamente à natureza da
sujidades, os grupos identificados não se coadunaram com nenhum aditivo do processo de fabrico,
relacionando-se com o espectro da resina alquídica (biblioteca de polímeros). Confirmou-se a presença
desta num verniz usado na impressora.
Situação 2. Identificação de depósito recolhido no cilindro da pré-secaria e do mecanismo da sua
formação. Da análise microscópica constatou-se a heterogeneidade da estrutura. A análise biométrica e
qualitativa de despiste identificaram fibra celulósica e a presença de ferro. Na análise por FT-IR, a
complexidade espectral foi resolvida recorrendo a técnicas de separação selectivas e efectuando-se a análise
por infravermelho dos extractos e dos materiais após a extracção. Identificou-se a componente orgânica por
comparação com a biblioteca espectral dos aditivos e análise de grupos funcionais. Identificaram-se os
metais presentes na amostra por espectroscopia de emissão ICP.
Depósito
Material após extracção
Extracto
Aditivos
3500
3000
2500
2000
1500
1000
Fig. 2. Espectros por infravermelho das amostras.
Tabela 2. Identificação da composição química das amostras.
Composição
Composição (%)
Extractável (28)
Orgânica (66)
Não extraído (38)
FTIR
Ésteres em estrutura alifática
saturada e insaturada
Inorgânica (34)
Cinzas
ICP
%
Fe2O3
3
PCC
27
Sais de ácidos carboxílicos
CaCO 3 (80)
Bentonite
1
Amido substituído quaternário
Fe2 O 3 (8,7)
Amido de massa
35
MgO (0,66)
Sais de ácidos carboxílicos
3
Na 2O (0,35)
Al2O 3 (0,30)
SiO 2 (1,84)
Cu (0,05)
(ASA hidrolisada)
Pitch
28
Identificada a presença de fibra
Bibliografia
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