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Análisis químicos, métodos de ensayo y otros procedimientos de la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas

Verificación del cumplimiento de RoHS en juguetes eléctricos y electrónicos

Luisa Marín, departamento de Ingeniería de Producto de Laboratorio de Aiju02/10/2008

2 de octubre de 2008

Los requisitos de la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) incluyen limitaciones en el contenido de ciertos metales y retardantes de llama bromados para todos los materiales homogéneos y componentes que forman parte en muchos aparatos eléctricos y electrónicos. De entre el campo de aplicación de la directiva, se encuentran los juguetes eléctricos.

La fuerte legislación que afecta al juguete obliga, en muchos casos a la realización de análisis químicos costosos tanto en tiempo como en dinero. Si además de la legislación del juguete, revisamos las directivas complementarias que le afectan, como es el caso de la RoHS, nos encontramos con una gran cantidad de análisis a realizar. En el caso de los juguetes eléctricos, la gran cantidad de materiales que integran el juguete hace que sea necesario el desarrollo de métodos de ensayo más rápidos que permitan, sin perder precisión, poder determinar si cumplen o no. Este es el caso del método denominado ‘screening’ mediante espectroscopia de fluorescencia de Rayos X. El sistema no es completamente novedoso dado que ya se ha empleado ampliamente en otros campos que requieren el análisis de diferentes superficies.

Espectroscopía de Fluorescencia de Rayos X

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Figura 1.

Para entender cómo funciona la técnica, basta saber que cuando los Rayos X inciden sobre los átomos de una muestra, se expulsan electrones de capas interiores de dichos átomos (absorción), entonces los electrones de capas más externas ocupan los lugares vacantes y el exceso energético resultante de esta transición se disipa en forma de fotones, es lo que se denomina radiación X fluorescente o secundaria, la cual es característica para cada elemento químico (Figura 1).

Dado que la emisión de esta energía es única para cada átomo, es posible la identificación de los diferentes elementos presentes en una misma muestra (análisis cualitativo). Por otro lado, el número de fotones emitidos por unidad de tiempo (intensidad de pico) está relacionado con la cantidad de elemento en la muestra por lo que pueden realizarse análisis cuantitativos. Un espectro típico obtenido se muestra en la figura 2.

El procedimiento habitual para trabajar con la técnica para verificar el cumplimiento con la RoHS no requiere de preparación previa de muestra por lo que el análisis es inmediato. No obstante, los equipos desarrollados para RoHS presentan algunas limitaciones como el hecho de que sea necesaria la verificación mediante análisis químico posterior empleando otras técnicas. El nivel de concentración “límite” para garantizar el resultado de la técnica depende en gran medida del tipo de aparato empleado. No obstante, la mayoría presentan niveles de concentración de no seguridad que hacen necesaria las verificaciones posteriores.

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Figura 2: Espectro fluorescencia obtenido en una muestra de plástico.

Análisis químico para verificar el cumplimiento con RoHS

La secuencia de acciones a seguir sería la indicada en la figura 3. Básicamente, el primer paso es la realización del ‘screening’. La decisión sobre si la muestra cumple con el límite de las RoHS dependerá de las características del equipo empleado. Normalmente, cuando ninguno de los elementos prohibidos es detectado, entonces la muestra bajo estudio es conforme. Cuando se trabaja con esta técnica y su aplicación en la RoHS, en primer lugar hay que determinar a partir de qué concentración de cada elemento presente en la muestra conviene hacer ensayo químico. Es decir, imaginemos que la muestra tiene 900 ppm de Pb. Según el equipo de fluorescencia empleado, la señal obtenida para el Pb podría indicar una concentración de 800 ppm ó de 1200 ppm. En ninguno de los dos casos podríamos decir que la muestra no cumple si, previamente no realizamos el ensayo químico. Pues bien, los laboratorios de análisis han de ser capaces de decir en qué margen de concentración merece la pena realizar el ensayo químico. Una muestra cuyo valor se encuentre por debajo de dicho margen cumpliría con la RoHS sin necesidad de hacer ensayos químicos y si, por el contrario, una muestra presenta un valor superior, no cumpliría RoHS, igualmente sin necesidad de hacer posteriores análisis. Es este margen el que puede decidir el coste de la verificación según RoHS. Un equipo cuyo margen sea muy amplio necesitará apoyarse en un mayor número de ensayos químicos (consecuentemente más coste económico y de tiempo) que otro equipo cuyo margen sea más estrecho con lo que se puede reducir el número de muestras dudosas que requieran de análisis químico.

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Figura 3: Esquema de proceso a seguir en la verificación del cumplimiento con RoHS.

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