聚合物多层复合膜材料一般由多层不同聚合物材质组成，广泛应用在各类功能包装材料中，如食品和药品包装等。例如食品包装材料要求，内层必须安全无毒，可与食品直接接触，而外层可以印刷产品信息等。根据不同应用需求，多层膜中间层材质会根据包装柔韧性的相关要求而调整。根据不同应用领域及使用需求，聚合物中多层膜的成分存在较大变化，会有多种材质互相组合实现不同功能，故对这类多层材料进行详细成分分析极其重要。
带有ATR成像附件的珀金埃尔默Spotlight™ 400红外成像系统(图1)，可实现对厚度低至2-3μm的多层膜进行快速结构分析以及成分研究。
图1.Spotlight 400红外成像系统
◀ 实验 ▶
将样品垂直放置在样品夹中，并水平切割至与样品夹表面齐平，露出用于分析的平整样品表面。仪器测试参数如表1所示。
与传统的非接触式成像技术(6.25×6.25μm)相比，ATR成像附件可以测试更小尺寸样品(1.56×1.56μm)，从而可实现更薄多层膜样品的材料层成分分析。
本次测试过程中，分别对两种不同材质的聚合物多层膜样品进行化学成像分析。
表1.多层膜化学成像分析测试条件
◀ 结果与讨论 ▶
1 样品1
第一个多层膜样品由五层聚合物材质组成，总厚度约为125微米。该多层膜样品的可见光图像如图2所示。
图2.聚合物多层膜样品1的可见图像
图2为样品的可见光放大图像，仅通过观察该可见光图像几乎无法推断出有关聚合物的信息。进一步使用Spotlight 400系统获得的样品红外图像分布图，较可见光图像更直接形象，如图3所示。
图3.多层膜样品1的红外ATR成像图像
ATR成像附件可以分别采集每层膜红外谱图，得到化学成分分布图，利用红外数据库检索，从而分析每层膜化学成分材质，表2所示为多层膜样品1中每层的材质分析结果和膜层厚度。
表2.多层膜样品1中各层材质和厚度
多层膜样品1中每个膜层的结构图像和相应的红外光谱图如附录1中所示。
2 样品2
第二个多层膜材料由八层组成，总厚度约为100微米。该多层膜样品的可见光图像如图4所示。
图4.多层膜样品2的可见光图像
该可见光图像提供的信息比第一个多层膜可见图信息略多，因为该样品膜层中包含一层高反射率的金属材质，故可见光图像的层次较明显。借助红外成像功能得到多层膜样品2的红外图像图，较可见光图像更加直接形象，如图5所示。
图5.多层膜样品2的红外ATR成像图像
表3为多层膜样品2中每层的化学成分和厚度信息。该样品测试结果表明ATR成像能够分辨厚度小于3微米的样品截面化学成分分布信息。
表3.多层膜样品2中各层的化学成分和厚度
多层膜样品2中每层的结构图像和相应的红外光谱图如附录2中所示。
结论
配备ATR成像功能的珀金埃尔默Spotlight 400红外成像系统可用于多层膜样品各膜层微观材质化学成分分析，Spectrum IMAGE™软件可以很方便轻松的进行数据分析处理，得到样品微观区域详细数据，测试过程简单方便。
参考文献
1. Chanda, M., & Roy, S. K. (2008). Industrial polymers, specialty polymers, and their applications. London: CRC Press
附录1
在每个测试过程中，红外光谱图颜色均与化学结构图像中各层颜色对应一致，而参考光谱则以黑色显示。
第1层–聚乙烯（37μm）
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第2层–聚乙烯+TiO2(10μm)
这一层中，参考光谱是TiO2，表示添加的助剂对红外光谱的影响。
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第3层–乙烯-乙烯醇共聚物（32μm）
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第4层–聚乙烯+群青颜料（30μm）
这一层中，参考光谱是群青颜料，表示添加的颜料对红外光谱的影响。
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第5层–聚对苯二甲酸乙二酯（14μm）
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附录2
第1层–聚乙烯/聚丙烯共聚物（6μm）
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第2层–聚丙烯（40μm）
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第4层–聚酰胺 6（15μm）
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第3、5和7层–聚氨酯（分别为3μm、2μm和3μm）
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第8层–聚对苯二甲酸乙二酯（14μm）
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