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紅外光譜儀:包裝材料失效分析的好幫手
更新時(shí)間:2021-11-01 點(diǎn)擊次數(shù):5591



通常而言,包裝材料的作用是防止內(nèi)部成分與外界的光照、水汽、氧氣發(fā)生反應(yīng)。因此包裝材料往往由好幾層聚合物膜或金屬薄片(箔)重疊而成,每層都有特定作用。其余非聚合物膜還包括粘合密封材料或是印刷油墨。此類多層包裝材料一旦產(chǎn)生缺陷,將加速包裝內(nèi)的成分腐化降解,進(jìn)而失效。

傅里葉變換紅外光譜法(FT-IR)是分析上述多層膜的失效,以及運(yùn)用反向工程技術(shù)(reverse engineering)的最佳方法。紅外譜圖不僅提供各層膜的化學(xué)信息,還可用于檢測(cè)其中未知污染物的存在。



實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)中所使用的紅外光譜儀是一臺(tái)具有高度自動(dòng)化和舒適操作界面的集成光譜儀。內(nèi)置自動(dòng)化光衰減全反射(ATR)晶體,可自動(dòng)、完整地測(cè)定樣品的成分和背景。為了探究樣品中的未知成分,檢測(cè)人員還使用了紅外光譜儀的自動(dòng)尋峰和綜合分析功能,對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行單變量或多變量分析,據(jù)此結(jié)果得到相應(yīng)譜圖。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

檢測(cè)人員分析了透明包裝袋內(nèi)的缺陷,選擇可能發(fā)生缺陷的區(qū)域進(jìn)行測(cè)定,見圖1(a)。使用ATR模式進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集。采集時(shí)間為20s,光譜分辨率為4cm^-1。搜索ATR COMPLETE數(shù)據(jù)庫后,檢測(cè)人員認(rèn)為,該薄膜材料為聚偏氯乙烯-丙烯酸酯共聚物,如圖1(b)所示。紅色標(biāo)注區(qū)域?yàn)槿毕蔹c(diǎn),該處的譜圖除了具有原始薄膜的譜特征外,附加譜帶也尤為明顯。自動(dòng)尋峰功能可將譜圖中原始薄膜的譜線扣除,直接得到未知成分的譜線。假定該操作可靠,紅色標(biāo)注區(qū)域處的未知成分為聚酰氨樹脂,見圖1(c)。再次扣去紅色譜圖后可發(fā)現(xiàn),粉色點(diǎn)處還存在第二種污染物——聚乙烯,見圖1(d)。

圖1(a):薄膜缺陷的顯微圖像。彩色點(diǎn)表示測(cè)量位置。

圖1(b):綠色和藍(lán)色譜線分別表示:測(cè)得薄膜的紅外光譜圖、聚偏氯乙烯-丙烯酸酯共聚物標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖。紅色、粉色譜圖表示測(cè)得缺陷紅外譜圖。

圖1(c):藍(lán)色譜線表示:聚酰氨樹脂標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖。紅色譜線表示:測(cè)得的薄膜譜圖減去聚偏氯乙烯-丙烯酸酯共聚物后所得的紅外譜圖。

圖1(d):藍(lán)色、橙色、粉色譜線分別表示:聚偏氯乙烯-丙烯酸酯共聚物標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖、聚乙烯標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖、測(cè)得原始薄膜紅外譜圖。黑色譜線表示:聚乙烯譜圖和聚偏氯乙烯-丙烯酸酯共聚物的紅外譜圖疊加后的譜圖。


結(jié)論

使用紅外光譜儀可探測(cè)到薄膜中的多種組分。該案例中,導(dǎo)致包裝材料缺陷的原因是聚酰氨樹脂和聚乙烯。



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