Ogni materiale presente in natura possiede una specifica struttura chimica che lo distingue. Un insieme di atomi che si legano fra di loro e si dispongono nello spazio formando un ordine unico e caratteristico per ogni tipologia di materiale.
La tecnica FTIR (Spettroscopia Infrarossa a Trasformata di Fourier) consente di individuare le vibrazioni caratteristiche dei legami covalenti, presenti in molti composti organici (polimeri, resine, rivestimenti, lubrificanti, ecc.) e inorganici (ossidi, carbonati, silicati, ecc.). Il legame covalente è una specifica tipologia di legame chimico molto forte, dove due atomi condividono fra di loro i propri elettroni (di valenza). Nella spettroscopia FTIR un raggio infrarosso viene fatto passare o riflettere sul campione che si vuole analizzare, e viene misurata l’intensità della radiazione trasmessa o assorbita dal materiale. Questa tecnica si basa sul principio che ogni legame chimico assorbe la radiazione infrarossa a specifiche lunghezze d’onda, come per esempio C–H, O–H, N–H, C=O, e Si–O. Dato che ogni tipologia di composto possiede un’unica disposizione di legami, lo spettro FTIR può servire come “impronta digitale” del materiale.
La tecnica FTIR viene utilizzata principalmente per l’identificazione di materiali (attraverso un database) e la conferma dei materiali utilizzati in produzione (in ingresso e in uscita). Lo spettro che si ottiene è molto specifico nella maggior parte dei casi, permettendo una distinzione precisa anche fra materiali simili.
Lo strumento è composto da una sorgente IR, che genera un fascio di luce infrarossa contenente un ampio intervallo di lunghezze d’onda contemporaneamente, che illumina il campione. Un interferometro, contenente uno specchio movente, riceve il fascio dopo che ha colpito il campione e genera un unico segnale con tutte le informazioni (interferogramma). Il software applica quindi un operatore matematico (Trasformata di Fourier) al segnale e lo converte in uno spettro FT-IR interpretabile.
Esempio grafico di funzionamento del FTIR
Nell’esempio vediamo l’analisi degli spettri ottenuti da due lotti di una soluzione di resina Formvar 2440 (polyvinyl formal). Lo spettro mostra picchi corrispondenti a diverse bande di assorbimento:
- 3375 cm-1 e 2921 cm-1 → Stretching dei legami O–H e C–H;
- 1712 cm-1 → stretching del legame C=O dei gruppi estere/aldeide;
- 1506–1600 cm-1 → stretching del legame aromatico C=C;
- 1221 cm-1 → stretching del legame C–O dei gruppi acetato/etere;
- 752–811 cm-1 → bending fuori dal piano del legame aromatico C–H.
Quando si comparano due lotti differenti dello stesso materiale, gli spettri dovrebbero sovrapporsi quasi perfettamente. In questo esempio il fattore di correlazione è 0,998, risultato che conferma una corrispondenza nella struttura chimica dei due lotti, superando il controllo qualità sul materiale.