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红外光谱仪:包装材料失效分析的好帮手
时间:2021-11-01 点击次数:1523



通常而言,包装材料的作用是防止内部成分与外界的光照、水汽、氧气发生反应。因此包装材料往往由好几层聚合物膜或金属薄片(箔)重叠而成,每层都有特定作用。其余非聚合物膜还包括粘合密封材料或是印刷油墨。此类多层包装材料一旦产生缺陷,将加速包装内的成分腐化降解,进而失效。

傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)是分析上述多层膜的失效,以及运用反向工程技术(reverse engineering)的最佳方法。红外谱图不仅提供各层膜的化学信息,还可用于检测其中未知污染物的存在。



实验条件

实验中所使用的红外光谱仪是一台具有高度自动化和舒适操作界面的集成光谱仪。内置自动化光衰减全反射(ATR)晶体,可自动、完整地测定样品的成分和背景。为了探究样品中的未知成分,检测人员还使用了红外光谱仪的自动寻峰和综合分析功能,对测得数据进行单变量或多变量分析,据此结果得到相应谱图。

实验结果

检测人员分析了透明包装袋内的缺陷,选择可能发生缺陷的区域进行测定,见图1(a)。使用ATR模式进行自动化数据采集。采集时间为20s,光谱分辨率为4cm^-1。搜索ATR COMPLETE数据库后,检测人员认为,该薄膜材料为聚偏氯乙烯-丙烯酸酯共聚物,如图1(b)所示。红色标注区域为缺陷点,该处的谱图除了具有原始薄膜的谱特征外,附加谱带也尤为明显。自动寻峰功能可将谱图中原始薄膜的谱线扣除,直接得到未知成分的谱线。假定该操作可靠,红色标注区域处的未知成分为聚酰氨树脂,见图1(c)。再次扣去红色谱图后可发现,粉色点处还存在第二种污染物——聚乙烯,见图1(d)。

图1(a):薄膜缺陷的显微图像。彩色点表示测量位置。

图1(b):绿色和蓝色谱线分别表示:测得薄膜的红外光谱图、聚偏氯乙烯-丙烯酸酯共聚物标准红外谱图。红色、粉色谱图表示测得缺陷红外谱图。

图1(c):蓝色谱线表示:聚酰氨树脂标准红外谱图。红色谱线表示:测得的薄膜谱图减去聚偏氯乙烯-丙烯酸酯共聚物后所得的红外谱图。

图1(d):蓝色、橙色、粉色谱线分别表示:聚偏氯乙烯-丙烯酸酯共聚物标准红外谱图、聚乙烯标准红外谱图、测得原始薄膜红外谱图。黑色谱线表示:聚乙烯谱图和聚偏氯乙烯-丙烯酸酯共聚物的红外谱图叠加后的谱图。


结论

使用红外光谱仪可探测到薄膜中的多种组分。该案例中,导致包装材料缺陷的原因是聚酰氨树脂和聚乙烯。



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