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Revista Iberoamericana de Polmeros Volumen 4(3), Septiembre de 2003 Pastor, Jawhari y Merino Caracterizacin de materiales polmeros
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CARACTERIZACIN DE MATERIALES POLMEROS MEDIANTE LA UTILIZACIN DE LA MICROESPECTROSCOPIA VIBRACIONAL
(RAMAN, FTIR Y FT-RAMAN)
Jos M Pastor, Tariq Jawhari1 y Juan Carlos Merino Departamento de Fsica de la Materia Condensada
Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Industriales. Universidad de Valladolid. 47011. Valladolid. Espaa
RESUMEN
El acoplamiento de sistemas de microscopa ptica a los Espectrmetros, convierte la
espectroscopia vibracional (Raman, FTIR y FT Raman) en un potente mtodo analtico de sistemas
polimricos (microespectroscopia vibracional). Se ampla as el campo de aplicacin de estas
tcnicas, con la posibilidad de investigar los cambios estructurales en pequeas regiones de la
muestra. El origen de estos cambios puede ser debido a la aplicacin de esfuerzos externos, micro-
defectos, impurezas, inhomogeneidades, recubrimientos, etc. La complementaridad de las tres
tcnicas hace que puedan analizarse prcticamente todo tipo de materiales polimricos, en cualquier
presentacin, pelculas delgadas, polvo, piezas industriales, o muestras con gran absorcin ptica
tanto en el visible como en el infrarrojo. Presentamos en este trabajo una revisin de las principales
aplicaciones de estas tcnicas en la investigacin de materiales polimricos, monocomponentes,
mezclas, fibras, materiales compuestos, multicapas, etc.
1) Direccin actual: Servicios Cientfico-Tcnicos de la Universidad de Barcelona. c/ Mart i Franqus s/n. 08028 Barcelona.

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ABSTRACT
The coupling of optical microscopes to Spectrometers (Raman, FTIR and FT Raman) transforms
the vibrational spectroscopy in a powerful analytical technique of polymers (Vibrational
Microspectroscopy). The analysis of polymers using these three techniques is increasing at the moment,
mainly due to the capability to follow the structural changes in very small areas of the samples. The
changes could come from the application of a tension on the samples, micro-defects, impurities,
inhomogeneities, recovery, etc. All these three techniques allow the analysis of almost all polymer
samples, films, powder industrial pieces or samples with a high optical absorption. On this work we
present some of the applications of the vibrational Microspectroscopy techniques on the research of
polymeric materials, multicomponents, blends, fibres, composites, multilayers, etc.
Palabras clave: Microespectroscopia, Raman, FT Raman, polmeros, Tcnicas microscpicas
INTRODUCCION
El anlisis vibracional de los materiales polimricos a travs de las espectroscopias Raman e
Infrarrojo, es un mtodo experimental apropiado para obtener informacin sobre parmetros
estructurales de los mismos. As, adems de poderse analizar las especies qumicas presentes en el
compuesto, es posible obtener entre otros, datos sobre el estado de orden de los polmeros
(orientacin de cadenas, cristalinidad, fases cristalinas, etc.).
La espectroscopia vibracional tambin permite seguir la evolucin de los anteriores
parmetros, al realizar diferentes procesos sobre los materiales, como por ejemplo, aplicacin de
tensiones, tratamientos trmicos, degradaciones, etc. Los efectos de alguno de estos procesos estn
localizados en zonas muy pequeas de las muestras y es preciso, por consiguiente, desarrollar
tcnicas microscpicas acopladas a los mtodos espectroscpicos tradicionales. Estos se

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denominan con el trmino general de Microespectroscopia vibracional.
Microespectroscopia vibracional es, por consiguiente, un trmino general utilizado para
describir el anlisis y caracterizacin de pequeas cantidades de material o zonas del mismo
mediante tcnicas de espectroscopia Infrarroja o Raman. El acoplamiento de un microscopio ptico y
un espectrmetro para anlisis vibracionales no es nuevo. En efecto, ya en 1949 (1) se disearon
instrumentos para registrar el espectro infrarrojo a travs de un microscopio acoplado a un
espectrmetro dispersivo. Sin embargo, la relacin seal/ruido era tan pequea, que entonces tuvo
que abandonarse esta tcnica.
Fue el desarrollo y comercializacin de la espectroscopia infrarroja por Transformada de
Fourier (FTIR) a principios de los aos setenta, lo que hizo volver a pensar en la utilizacin de un
microscopio ptico en el anlisis de los espectros vibracionales. Sin embargo, no fue hasta el ao
1983 cuando Digilab comercializ el primer microespectrmetro Infrarrojo.
Los primeros resultados aplicando la microscopia ptica a la espectroscopia Raman se
comunicaron simultneamente en 1974 por dos grupos independientes de investigacin, uno en
Francia (2) y otro en Estados Unidos (3). Una de las principales ventajas de la espectroscopia Raman
es la utilizacin de luz visible, con lo que la ptica a utilizar en el microscopio es relativamente simple,
junto con una ms alta resolucin espacial.
Estas dos tcnicas micro-espectroscpicas son, en muchos casos complementarias, no slo
en cuanto la informacin de la estructura molecular de los compuestos sino tambin, en las
restricciones de las tcnicas como resultado de las limitaciones instrumentales o de las propias
muestras. Sin embargo, la informacin Raman de muchos materiales polimricos est superpuesta a
unas grandes bandas de fluorescencia, particularmente importantes en el visible, que hace en estos

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casos, impracticable la utilizacin de la microscopa Raman en su estudio. En efecto, la fluorescencia
es un efecto que aparece en muestras con un alto nmero de impurezas, principalmente en
compuestos industriales (4-11). Sin embargo, recientes desarrollos tecnolgicos en el infrarrojo
cercano ha hecho posible la utilizacin de la tcnica de transformada de Fourier en la Espectroscopia
Raman. La principal ventaja ha sido, la prctica total desaparicin de la fluorescencia, debido a la
utilizacin de un laser de Nd3+:YAG como fuente de iluminacin.
Despus de la aparicin en 1986 de los primeros trabajos utilizando esta tcnica (12-15), ya
han sido numerosos los sistemas estudiados por espectroscopia Raman por transformada de Fourier
(FT Raman). Los fabricantes de estos aparatos estn actualmente desarrollando los primeros
sistemas microscpicos asociados a los mismos, lo cual, permitir tener as una caracterizacin
completa de materiales por tcnicas de microspectroscopia vibracional.
Podemos decir por consiguiente, que el campo de actuacin de las tcnicas de
microespectroscopia vibracional es muy extenso, y permiten ser utilizadas en un gran nmero de
lneas de investigacin; entre ellas podemos citar la caracterizacin de muestras biolgicas,
inclusiones fluidas en muestras geolgicas y minerales, fibras pticas, defectos en metalurgia,
semiconductores y superconductores, materiales cermicos y magnticos, caracterizacin de
pinturas, drogas, explosivos, corrosin, anlisis forenses, materiales polimricos, etc.
En este artculo, haremos una exposicin y discusin de las principales aplicaciones de la
microespectroscopia vibracional en el campo de los materiales polimricos. Debemos decir sin
embargo, que la mayor parte de las aplicaciones de esta tcnica microscpica tiene estrecha relacin
con problemas industriales (16-19). Comenzaremos describiendo la caracterizacin superficial de
materiales polimricos, inhomogeneidades, micro-defectos, recubrimientos, etc. A continuacin,
describiremos el estudio de polmeros en forma de fibras, y su caracterizacin como material de

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refuerzo en materiales compuestos o composites. Por ltimo, discutiremos la utilizacin de la
microespectroscopia vibracional para el estudio de polmeros en otra forma de presentacin, es decir,
multicapas de muy poco espesor.
DESCRIPCION DE LAS TECNICAS
Micro-FTIR
En la Figura 1 mostramos un esquema del dispositivo experimental para la realizacin de la
microscopa infrarroja (20, 21). Aqu, el microscopio infrarrojo est focalizado en la parte de la
muestra que deseamos analizar. El movimiento de la muestra en la zona de anlisis, se realiza
mediante el desplazamiento micromtrico controlado por un ordenador, a lo largo de la platina que
soporta la muestra. Existen celdas especiales que permiten estudiar los compuestos en funcin de la
temperatura, presin, etc. Una lente "Cassegrain" produce una imagen de alta calidad sin
aberraciones cromticas, y un diafragma variable situado en el plano imagen, permite seleccionar el
rea de anlisis. La radiacin es enviada finalmente al detector.
Figura 1. Esquema del espectrmetro Infrarrojo por Transformada de Fourier con sistema microscpico.

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