Automatische Infrarotmikroskopie

Entschlüsselung der Komplexität mehrschichtiger Verpackungsmaterialien

Mehrschichtige Polymerfilme oder Laminate werden in den unterschiedlichsten Branchen verwendet. Ein wichtiger Anwendungsbereich dieser Materialien ist die Verpackung von Lebensmitteln und Verbrauchsgütern. Die Zusammensetzung der Mehrschichtfolien kann häufig recht komplex sein, weil sie unterschiedliche Anforderungen erfüllen müssen. Eine Verpackung muss das Produkt gut präsentieren und einschließen, was eine gewisse Stabilität und die Möglichkeit der Versiegelung des Verpackungsmaterials erfordert. Im Fall von Lebensmitteln muss sie den Inhalt konservieren und vor externen Einflüssen schützen, die Auswirkungen auf die Qualität oder Sicherheit des Produkts hätten, um dessen Haltbarkeit zu gewährleisten. Jede Schicht in den verwendeten Mehrschichtfolien hat eine andere Barrierefunktion und schützt das Produkt vor unterschiedlichen externen Faktoren, wie z.B. Feuchtigkeit, Licht, Sauerstoff, mikrobiologischen Materialien und anderen Chemikalien oder Aromen.

Bild 1: Automatische Dropdown-Mikro-ATR mit dem Spotlight 200i.

Daher muss eine Qualitätskontrolle der Verpackungsprodukte durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die richtigen Schichten in der korrekten Stärke vorhanden sind und keinerlei Mängel aufweisen. Gegebenenfalls wollen Wissenschaftler auch die unterschiedlichen Materialien in den verschiedenen Schichten bestimmen.

Eine der primären Analysetechniken ist die Infrarotmikroskopie mit ihrer Fähigkeit, Materialien mit einer Stärke von bis zu wenigen Mikrometern zu messen und zu identifizieren. Früher bedurfte es Expertenkenntnisse, ein Infrarotmikroskopie-System zu betreiben und die Analyse durchzuführen. Heutzutage können routinemäßig mit dem PerkinElmer Spotlight 200i unter Verwendung von Transmission, Reflexion und Abgeschwächter Total-Reflexion (ATR) selbst weniger erfahrene Anwender mit einem sehr geringen Bedienungsaufwand eine vollautomatische Analyse ausführen.

Anzeige
Bild 2: Schichtbestimmung eines mehrschichtigen Polymers.

Dieser große Sprung nach vorn im Hinblick auf Geschwindigkeit und Benutzerfreundlichkeit basiert auf einer intelligenten Bestimmung der Regions of Interest (ROIs) in dieser Art von Mehrschichtmaterialien. Bei mehrschichtigen Proben gibt es zwei unterschiedliche Arten der Bestimmung und des Einsatzgebietes: Bestimmung der Schichten (Detect Layers ) und Charakterisierung der Mehrfachschichten (Characterize Multilayers).

In dem angeführten Anwendungsbeispiel wurde eine herkömmliche Polymer-Verpackungsfolie vermessen. Im Detect Layers-Modus analysiert die Software das aktuell sichtbare Abbild der Probe (Bild 2, links), um alle in der Probe vorhandenen Schichten zu bestimmen. Nach der Analyse definiert die Software automatisch die größten Blendenabmessungen für jede einzelne Schicht basierend auf den unterschiedlichen Schichtdicken (Bild 2, rechts).

Bild 3: Schichten, die von oben nach unten als PET-, EVA- und Siliciumdioxid modifiziertes PE, EVA und PET identifiziert wurden.

Mithilfe der „Scan und Search“-Funktion werden die Spektren für jede einzelne Schicht mit einer automatischen, jeweils spezifischen Untergrundkorrektur erfasst, und man erhält mit der sofortigen Spektrensuche eine Echtzeitidentifikation während der Analyse. Die Verwendung der größten Blendenabmessung für jede Schicht gewährleistet das maximale Signal/Rauschverhalten und erlaubt eine schnelle Datenerfassung.

Wenn eine vollständige Charakterisierung des Materials erforderlich ist, werden über den Characterize Multilayers-Modus die äußeren Grenzen der Probe und alle Schichten innerhalb der Grenzen bestimmt. Unter Verwendung der dünnsten zu bestimmenden Schicht zur Einstellung der Schrittgröße wird eine Linienanalyse durch das Muster durchgeführt. Durch Auswahl der „Scan und Search“-Funktion werden die Spektren aufgenommen und die Komponenten durch einen Spektrenvergleich identifiziert. Dabei wird das Spektrum eines jeden Messpunktes mit beliebig hinterlegbaren Referenzdaten verglichen. Zusätzlich wird auch die Stärke jeder Schicht berechnet und angezeigt. Unter Verwendung dieser Characterize Multilayers-Funktion wurde ein mehrschichtiges Lebensmittelverpackungsmaterial analysiert.

Bild 4: Sichtbares Abbild eines komplexen mehrschichtigen Laminats.

Die Linienanalysekarte zeigt alle Daten an und stellt unverzüglich die spektralen Unterschiede innerhalb des mehrschichtigen Materials dar. Es können Verteilungsprofile für die vorhandenen unterschiedlichen Materialarten erstellt werden; in diesem Fall sind vier unterschiedliche Materialarten innerhalb des mehrschichtigen Materials vorhanden.

Das Spotlight 200i weist signifikante Innovationen und Vorteile zur Beschleunigung der Analyse mehrschichtiger Verpackungsmaterialien auf. Bei den Spotlight-Systemen ist jedes Detail darauf ausgelegt, Ihnen schnell hochqualitative Ergebnisse zu liefern – mit automatischen Abläufen und Funktionen, die bisher bei noch keinem IR-Mikroskop verfügbar waren. Die fortschrittliche Technologie des Mikroskopiesystems führt zahlreiche Aufgaben aus und bietet Ihnen umfassende Funktionen von der automatischen Einrichtung der Messung bis zur vollständigen Charakterisierung der Probe – in Rekordzeit.

Ein Video zum Thema und weitere Informationen finden Sie unter www.perkinelmer.com/de/laminates.

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige

Raman-Imaging

Mit aktiver Fokus-Stabilisierung

Mit neuen Raman-Imaging-Optionen bietet Witec seine aktuelle Software Suite Five an. Neben verbesserten und neuen Funktionen zur Aufnahme und Auswertung der Daten beinhaltet Suite Five jetzt eine Steuerung für die aktive Fokus-Stabilisierung, die...

mehr...

Imaging

Segmentierung korrelativer Mikroskopiedaten

Die Zeiss ZEN Intellesis-Plattform ermöglicht eine integrierte Segmentierung mikroskopischer 2D- und 3D-Datensätze für den Routineanwender. Sie ist für alle Licht-, Konfokal-, Röntgen-, Elektronen- und Ionenmikroskope von Zeiss erhältlich.  

mehr...