Apresentando abordagens inovadoras para caracterização de materiais

Scott Hanton é o diretor editorial do Lab Manager. Ele passou 30 anos como químico pesquisador, gerente de laboratório e líder empresarial na Air Products e na Intertek. Ele ganhou...

O 2023 Innovations in Materials Characterization Summit foi realizado na Carnegie Mellon University em Pittsburgh, PA, de 7 a 9 de agosto de 2023. Este evento reúne especialistas científicos em uma ampla gama de abordagens de caracterização de materiais para dois dias de apresentações e discussões sobre os desafios que enfrentam e as soluções que descobriram. A cúpula deste ano foi patrocinada pela Waters Corporation (Milford, MA) e pela Bausch + Lomb (Bridgewater, NJ). As apresentações cobriram uma ampla variedade de tópicos, incluindo síntese de novos materiais, análise cromatográfica, avanços em espectrometria de massa (MS) e abordagens analíticas integradas. Os destaques das apresentações estão incluídos abaixo.

MS é um método de caracterização de materiais muito poderoso devido à sua combinação de especificidade, gama de aplicações e facilidade de uso. Chrys Wesdemiotis da Akron University, Thierry Fouquet da Bausch + Lomb, Mark Morris da Covestro, Chris Shaffer da 3M Company e Mark Bier da Carnegie Mellon University abordaram diferentes abordagens de aplicação de MS a uma ampla gama de materiais poliméricos.

Os destaques de suas apresentações incluíram:

Uma conclusão importante das discussões sobre MS foi a abordagem de Fouquet para transformar dados de MS em poderosos gráficos bidimensionais que fornecem informações sobre os polímeros por inspeção. A chave para esta abordagem é representar graficamente o excesso de massa fracional versus a massa nominal para carregar a ração (m/z). Um refinamento adicional redefine a massa de referência de 12C igual a 12.000 D para algo relevante para a análise, como definir a massa do metacrilato de metila como 100.000 D. Esta abordagem mostra-se muito promissora na aceleração da análise de materiais poliméricos por MS de alta resolução, mesmo de materiais desconhecidos.

A maior parte do trabalho de caracterização de materiais complexos envolve uma equipe de cientistas e uma variedade de técnicas complementares. Embora nenhuma abordagem única possa resolver totalmente o problema, aprender sobre partes do material por meio de diferentes experimentos geralmente leva a resultados bem-sucedidos. Essa abordagem requer trabalho em equipe, cooperação e habilidades generalistas. Drew Hoteling da Bausch + Lomb, Kathryn Beers do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), Anthony Gies da Dow, Inc, Aaron Hedegaard da 3M Company e Rachel Behrens da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara usaram uma variedade de ferramentas e abordagens para resolver problemas importantes.

Os destaques de suas apresentações incluíram:

Houve duas conclusões principais desta sessão. O primeiro foi o detalhe, a cooperação e o poder de uma abordagem analítica verdadeiramente integrada, conforme descrita por Hoteling. A abordagem multitécnica respondeu a questões-chave sobre a natureza do material complexo. A sua palestra enfatizou a necessidade de diferentes técnicas e conhecimentos, bem como a capacidade de combinar os dados para resolver desafios complexos. Ao descrever o papel de 14 métodos diferentes, Hoteling mostrou como os diferentes dados apoiaram as conclusões tiradas pela equipa.

A segunda foi a importância de melhorar a reciclagem de polímeros, conforme descrito por Beers, que enfatizou os benefícios de manter átomos e moléculas dentro da economia, em vez de os enviar para fluxos de resíduos. Ela mostrou vários exemplos de uso de dados melhores para ajudar a compreender e melhorar os desafios de reciclagem de materiais. Um dos principais avanços foi o uso de espectroscopia infravermelha, SEC de alta temperatura, calorimetria diferencial de varredura e dados de densidade para treinar um sistema infravermelho próximo de alto desempenho usando software de inteligência artificial para entender a cristalinidade e a ramificação em poliolefinas. O NIST criou um conjunto de dados públicos utilizando estes dados para ajudar a promover abordagens de reciclagem mais inteligentes para plásticos.

As técnicas de separação cromatográfica são muito úteis na caracterização de materiais e formulações complexas. A separação dos componentes permite que sejam analisados ​​individualmente, simplificando o processo de caracterização. Miroslav Janic da Dow, Inc., Catherine Smith da Arkema, Inc. e Judit Puskas da Ohio State University discutiram sistemas poderosos e hifenizados projetados para obter mais informações de amostras separadas cromatograficamente.