On-site detection of hexavalent chromium in protective paint primers

Význam tématu

Detekce šestimocného chromu v práškových či kapalných základních nátěrech je klíčová z hlediska bezpečnosti práce, ochrany životního prostředí a forenzních aplikací. Šestimocný chrom se historicky využíval pro své vynikající protikorozní vlastnosti, avšak je prokázáno jeho cytotoxické a karcinogenní působení, což vedlo k regulacím a nutnosti rychlé a spolehlivé identifikace v různých materiálových matricích.

Cíle a přehled studie / článku

Studie prezentuje princip a praktické testování přenosného Ramanova analyzátoru MIRA XTR DS pro on-site detekci šestimocného chromu v ochranných nátěrových hmotách. Hlavním cílem bylo překonat omezení 785 nm Ramanovy spektroskopie způsobené fluorescencí, vyhodnotit schopnost odhalit chromátové pigmenty v komerčních i historických vzorcích a porovnat výkon s tradičním 1064 nm přístrojem.

Použitá metodika a instrumentace

• Přístroj: handheld Raman MIRA XTR DS s 785 nm laserem a funkcí eXTR pro potlačení fluorescenčního signálu
• Smart Tip vzorkovací příslušenství: Long Working Distance (LWD), Short Working Distance (SWD) a inteligentní Universal Attachment (iUA)
• Orbital Raster Scan (ORS™) pro rozšíření plochy měření a ochranu vzorku před poškozením
• Srovnávací testy s ručním 1064 nm Ramanem
• Analýza čistých chromátových standardů a vybraných komerčních barev (zinc chromate primer, modelové barvy, strontium chromate standard)

Hlavní výsledky a diskuse

• Čisté šestimocné chromáty poskytují výrazné, vysoce rezolutní Ramanovy píky v oblasti 800–1000 cm⁻¹ (vibrační mód Cr–O).
• Komerční barvy označené jako „zinc chromate“ nevykázaly v Cr–O oblasti žádné charakteristické píky, což naznačuje chybné označení nebo náhražky.
• Handheld 1064 nm Raman způsobil poškození či spálení pigmentovaných vzorků a poskytl nízkou kvalitu spekter.
• Historická zkušební muška: vzorek nátěru z podvozku letounu Lockheed T-33 prokázal Ramanovu shodu se strontium chromatem a čistými chromátovými standardy, což svědčí o použití šestimocného chromu v praxi.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a bezkontaktní on-site identifikace šestimocného chromu v komplexních a barevných matricích
• Eliminace fluorescence bez nutnosti drahých SWIR detektorů či ochlazování
• Rozšíření forenzních a průmyslových aplikací díky kompaktnímu provedení a širokým knihovnám látek

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření sbírek spekter nových alternativních protikorozních pigmentů
• Integrace s pokročilými softwareovými platformami (např. HazmasterG3) pro rychlejší rozhodování v terénu
• Aplikace metody na další rizikové anorganické a organické látky náchylné k fluorescenční interferenci

Závěr

MIRA XTR DS demonstroval, že 785 nm Ramanova spektroskopie s funkcí eXTR dokáže spolehlivě detekovat a identifikovat šestimocné chromáty v nejrůznějších vzorcích, přičemž se vyhýbá omezením klasických 785 nm i 1064 nm systémů. Přenosnost, rychlost a vysoká citlivost z něj činí ideální nástroj pro forenzní, průmyslovou i environmentální analýzu.

Reference

1. Bouali A. et al. Layered double hydroxides as functional materials for corrosion protection of aluminum alloys. Appl. Mater. Today 2020, 21, 100857.
2. Feller R. L. Artists’ Pigments: A Handbook of Their History and Characteristics. Oxford University Press 1986.
3. Langård S. Role of chemical species and exposure characteristics in cancer among workers exposed to chromium. Scand. J. Work Environ. Health 1993, 19, 81–89.
4. Sunderman F. W. Jr. Nasal toxicity, carcinogenicity, and olfactory uptake of metals. Ann. Clin. Lab. Sci. 2001, 31, 3–24.
5. Xie H. et al. Zinc Chromate Induces Chromosome Instability and DNA Double Strand Breaks in Human Lung Cells. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2009, 234, 293–299.
6. Gharbi O. et al. Chromate replacement: what does the future hold? NPJ Mater. Degrad. 2018, 2, 1–8.
7. OSHA. OSHA Cites Northrop Grumman Painting Facility for Chromium Exposure Violations. PaintSquare News, 2015.
8. Reisch M. S. Confronting the Looming Hexavalent Chromium Ban. Chem. Eng. News 2017, 95(9).
9. Weinstock N. et al. Assignment of vibrational modes of tetrahedral species: spectra of VO4³⁻, CrO4²⁻, and related oxyanions. J. Chem. Phys. 1973, 59, 5063.
10. Ramsey J. D. et al. Raman spectroscopic analysis of speciation in dilute chromate solutions. Corros. Sci. 2001, 43, 1557–1572.
11. Eremin K. et al. Identification of copper citrate pigment on Thai manuscripts: Raman study. J. Raman Spectrosc. 2008, 39, 1057–1065.
12. Burgio L., Clark R. J. H. Library of FT‐Raman spectra of pigments and varnishes. Spectrochim. Acta A 2001, 57, 1491–1521.
13. Ormancı Ö., Bakiler M. Complementary use of Raman and μ‐XRF for non‐destructive characterization of an oil painting by İ. Çallı. JOTCSA 2021, 8, 491–500.