聚合物多層復合膜材料一般由多層不同聚合物材質組成，廣泛應用在各類功能包裝材料中，如食品和藥品包裝等。例如食品包裝材料要求，內層必須安全無毒，可與食品直接接觸，而外層可以印刷產品信息等。根據不同應用需求，多層膜中間層材質會根據包裝柔韌性的相關要求而調整。根據不同應用領域及使用需求，聚合物中多層膜的成分存在較大變化，會有多種材質互相組合實現不同功能，故對這類多層材料進行詳細成分分析極其重要。
帶有ATR成像附件的珀金埃爾默Spotlight™ 400紅外成像系統(圖1)，可實現對厚度低至2-3μm的多層膜進行快速結構分析以及成分研究。
圖1.Spotlight 400紅外成像系統
? 實驗 ?
將樣品垂直放置在樣品夾中，并水平切割至與樣品夾表面齊平，露出用于分析的平整樣品表面。儀器測試參數如表1所示。
與傳統的非接觸式成像技術(6.25×6.25μm)相比，ATR成像附件可以測試更小尺寸樣品(1.56×1.56μm)，從而可實現更薄多層膜樣品的材料層成分分析。
本次測試過程中，分別對兩種不同材質的聚合物多層膜樣品進行化學成像分析。
表1.多層膜化學成像分析測試條件
? 結果與討論 ?
1 樣品1
第一個多層膜樣品由五層聚合物材質組成，總厚度約為125微米。該多層膜樣品的可見光圖像如圖2所示。
圖2.聚合物多層膜樣品1的可見圖像
圖2為樣品的可見光放大圖像，僅通過觀察該可見光圖像幾乎無法推斷出有關聚合物的信息。進一步使用Spotlight 400系統獲得的樣品紅外圖像分布圖，較可見光圖像更直接形象，如圖3所示。
圖3.多層膜樣品1的紅外ATR成像圖像
ATR成像附件可以分別采集每層膜紅外譜圖，得到化學成分分布圖，利用紅外數據庫檢索，從而分析每層膜化學成分材質，表2所示為多層膜樣品1中每層的材質分析結果和膜層厚度。
表2.多層膜樣品1中各層材質和厚度
多層膜樣品1中每個膜層的結構圖像和相應的紅外光譜圖如附錄1中所示。
2 樣品2
第二個多層膜材料由八層組成，總厚度約為100微米。該多層膜樣品的可見光圖像如圖4所示。
圖4.多層膜樣品2的可見光圖像
該可見光圖像提供的信息比第一個多層膜可見圖信息略多，因為該樣品膜層中包含一層高反射率的金屬材質，故可見光圖像的層次較明顯。借助紅外成像功能得到多層膜樣品2的紅外圖像圖，較可見光圖像更加直接形象，如圖5所示。
圖5.多層膜樣品2的紅外ATR成像圖像
表3為多層膜樣品2中每層的化學成分和厚度信息。該樣品測試結果表明ATR成像能夠分辨厚度小于3微米的樣品截面化學成分分布信息。
表3.多層膜樣品2中各層的化學成分和厚度
多層膜樣品2中每層的結構圖像和相應的紅外光譜圖如附錄2中所示。
結論
配備ATR成像功能的珀金埃爾默Spotlight 400紅外成像系統可用于多層膜樣品各膜層微觀材質化學成分分析，Spectrum IMAGE™軟件可以很方便輕松的進行數據分析處理，得到樣品微觀區域詳細數據，測試過程簡單方便。
參考文獻
1. Chanda, M., & Roy, S. K. (2008). Industrial polymers, specialty polymers, and their applications. London: CRC Press
附錄1
在每個測試過程中，紅外光譜圖顏色均與化學結構圖像中各層顏色對應一致，而參考光譜則以黑色顯示。
第1層–聚乙烯（37μm）
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第2層–聚乙烯+TiO2(10μm)
這一層中，參考光譜是TiO2，表示添加的助劑對紅外光譜的影響。
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第3層–乙烯-乙烯醇共聚物（32μm）
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第4層–聚乙烯+群青顏料（30μm）
這一層中，參考光譜是群青顏料，表示添加的顏料對紅外光譜的影響。
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第5層–聚對苯二甲酸乙二酯（14μm）
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附錄2
第1層–聚乙烯/聚丙烯共聚物（6μm）
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第2層–聚丙烯（40μm）
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第4層–聚酰胺 6（15μm）
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第3、5和7層–聚氨酯（分別為3μm、2μm和3μm）
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第8層–聚對苯二甲酸乙二酯（14μm）
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