Técnicas de caracterización

La caracterización es la determinación de los atributos peculiares de un material de modo que permita distinguirlo de los demás⁶¹. La caracterización de los hidrogeles estudiados debe permitir evaluar sus propiedades con respecto a las aplicaciones para las cuales fueron diseñados.

A continuación, se describen las técnicas utilizadas para la caracterización de los materiales obtenidos, revelando así información sobre su composición, estructura, morfología y propiedades químicas y físicas.

1.2.5.1. Determinación del grado de hinchamiento (GH)

El grado de hinchamiento (GH) se midió a través del tiempo para las distintas muestras, en dos medios diferentes: agua destilada y agua de red.

La evaluación del comportamiento de hinchamiento de los hidrogeles se llevó a cabo debido a la gran importancia de esta propiedad sobre el control de humedad de suelos en aplicaciones agrícolas. Es por ello que es relevante la obtención de una curva de hinchamiento para evaluar la respuesta del hidrogel a través del tiempo y su variación en diferentes medios acuosos.

Para medir el GH se colocaron 100 mg de muestra seca de hidrogel (Mo) en recipientes con 10 mL de agua (destilada o de red) a temperatura ambiente durante 24 horas. A distintos tiempos t, se removió la muestra del recipiente, se secó cuidadosamente el agua superficial y se registró su masa (Mt) utilizando una balanza con una sensibilidad de 0,1 mg. Luego, el GH se calculó a partir de la Ecuación 1.5.

GH (%) = ^Mt−M0

M₀ ∗ 100 (Ec. 1.5)

1.2.5.2. Determinación de liberación de herbicidas

Al igual que para el GH, las mediciones de liberación se llevaron a cabo en agua destilada y en agua de red. Se colocaron 100 mg de cada muestra seca de hidrogel (Mo) en

32 recipientes con 10 mL de agua (destilada o de red) para evaluar la liberación de los herbicidas en función del tiempo a temperatura ambiente durante un período de tiempo de 15 días. A distintos tiempos t se filtró la muestra y se midió la absorbancia del sobrenadante (a 208 o 280 nm, según corresponda) en el espectrofotómetro UV - vis.

Finalmente, la liberación se calculó a partir de la Ecuación 1.6.

Liberación (%) = masa de herbicida liberada

masa total de herbicida ∗ 100 (Ec. 1.6)

1.2.5.3. Análisis Termogravimétrico (TGA)

El Análisis Termogravimétrico (conocido por sus siglas en inglés como TGA, Thermal Gravimetric Analysis) es una de las técnicas de análisis térmico en las que se determina la pérdida o ganancia de masa en función de la temperatura, resultado de transformaciones químicas o físicas, bajo condiciones de atmósfera inerte. La variación de la masa en función de la temperatura suministra información sobre estabilidad térmica y la composición de la muestra original y de los intermedios que puedan formarse durante el análisis y de la composición del residuo que queda al final del ensayo.

La caracterización térmica de las muestras secas se llevó a cabo en un equipo TA Instrument Q500, desde 30 °C hasta 900 °C, a una velocidad de calentamiento de 10

°C/min en atmósfera de nitrógeno.

1.2.5.4. Espectroscopía Infrarroja por Trasformada de Fourier (FTIR)

La Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (conocida por sus siglas en inglés como FTIR, Fourier Transform Infrared Spectroscopy) es una forma de espectroscopía vibracional que implica la interacción de la materia con la radiación en el rango medio del espectro infrarrojo (4000 – 400 cm⁻¹). Las moléculas presentes en los compuestos del material poseen modos normales de vibración de sus enlaces, generando un espectro característico al interactuar con la radiación. Luego, los grupos funcionales pueden asociarse con bandas de absorción características en el espectro.

33 Dentro de las ventajas del uso de esta técnica se destaca que es rápida y que no requiere determinar la pureza de la muestra por separado como es el caso de otros métodos⁶². De esta manera, para identificar los grupos funcionales presentes en la superficie y caracterizar los hidrogeles obtenidos, las muestras se sometieron a un análisis de FTIR en modo de transmisión. El barrido se realizó entre 4000 y 400 cm^-1 en el espectrofotómetro UV – Vis.

1.2.5.5. Microscopía Electrónica de Barrido (SEM)

La Microscopía Electrónica de Barrido (conocida por sus siglas en inglés como SEM, Scanning Electron Microscope) es una metodología muy versátil para la caracterización bidimensional y tridimensional de los materiales. Esta técnica permite la observación y caracterización de materiales orgánicos e inorgánicos en escalas micro y nanométricas⁶³. Se basa en el principio de la microscopía óptica en el que un haz de electrones ilumina la muestra y mediante diferentes detectores, que recogen los electrones generados de la interacción con la superficie, se crea una imagen que refleja las características superficiales de la misma. La interacción entre estos electrones y el sólido genera diversas señales que proporcionan información acerca del material analizado. Esta técnica se caracteriza por tener una elevada resolución que permite obtener imágenes con apariencia tridimensional. La muestra se recubre generalmente con una capa muy fina de oro o carbón, lo que le otorga propiedades conductoras⁶⁰.

Luego, para analizar la morfología externa e interna de los materiales obtenidos, los hidrogeles se analizaron en el SEM en tres condiciones diferentes. En la primera condición, luego de la obtención y lavado de las perlas, las mismas se congelaron y liofilizaron. Este último tratamiento permite extraer el agua de la muestra de forma controlada, conservando así su estructura para poder observar la red del hidrogel hinchado. En la segunda condición, se obtuvieron las perlas, se lavaron y secaron, es decir que no se realizó ningún tratamiento posterior con el fin de visualizar la superficie externa de las muestras. Finalmente, en la tercera condición, las muestras también se prepararon, lavaron y secaron, pero una vez secas se sumergieron en agua destilada por

34 24 horas y se liofilizaron. Para la primera y tercera condición, luego del liofilizado las muestras se sumergieron en nitrógeno líquido por unos segundos hasta alcanzar una temperatura por debajo de su transición vítrea (Tg). De esta forma el material es frágil y puede realizarse un corte a la mitad del mismo (crio-fractura) para poder estudiar su estructura interna. Por último, todas las muestras se adhirieron a talones de vidrio utilizando silicona y se cubrieron con una fina capa de oro para otorgarles propiedades conductoras y poder analizar su morfología con el microscopio electrónico JEOL JSM- 6460 LV (Jeol, Japón). En la Tabla 1.2 se resumen las condiciones ensayadas.

Tabla 1.2. Condiciones de ensayo para el análisis morfológico.

Condición

Tratamiento Secado Hinchamiento por

24 horas Liofilizado 1

2 3

Finalmente, se utilizó el software de dominio público ImageJ para medir el diámetro de los poros en las imágenes SEM. Para ello, se realizaron 100 mediciones por muestra.

Dicho programa fue desarrollado en los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. (NIH) (disponible en http://rsb.info.nih.gov/ij/).

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