A Comparative Study of Depth and Cross Section Measurement of Food Packaging

Význam tématu

Analýza obalových materiálů potravin hraje klíčovou roli při zajišťování bezpečnosti a kvality potravin. Moderní metody založené na Ramanově mikroskopii umožňují rychlé, citlivé a neinvazivní rozlišení chemického složení jednotlivých vrstev polymerních fólií, což je zásadní pro kontrolu výrobních procesů a ověřování shody s normami.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem uvedené studie bylo srovnat dva přístupy měření tloušťky a složení vícevrstvých potravinových obalů:

• tradiční vyřezání tenkého příčného řezu a jeho analýzu pomocí Ramanovy mikroskopie,
• novou funkci hloubkového měření Ramanovou mikroskopií bez dodatečné přípravy vzorku.

Studie demonstruje, že hloubkové měření poskytuje porovnatelné výsledky s interním řezy a současně minimalizuje časovou i materiálovou náročnost přípravy vzorku.

Použitá metodika a instrumentace

Pro obě metody byly využity následující přístroje a podmínky:

• AIRsight infračervený a Ramanův mikrospektrometr (Shimadzu).
• Laseroá excitace 785 nm, optika 100×, laserový výkon ~140 mW (ND filtr 55 %).
• Parametry měření: 5 skenů, expoziční čas 10 s, doba předexpozice 5 s, krok skenování 3 μm.

Pro příčné řezy byl použit mikrotom Leica HistoCore AUTOCUT R k přípravě 10μm řezů. Hloubkové měření proběhlo na nepoškozené fólii, krok v hloubce 3 μm, celkem 44 bodů.

Hlavní výsledky a diskuse

Obě metody odhalily stejnou strukturu multilayerového obalu sestávající z:

• vnějších vrstev PET (průměrná tloušťka 12 μm),
• mezivrstev PET + TiO₂ (~4 μm každá),
• dvou vrstev nylonu (16 μm každá),
• středové vrstvy PP (105 μm).

Hloubkové mapování pomocí čistotové analýzy (purity) v softwaru AMsolution generovalo chemické obrazy jednotlivých vrstev, které korespondovaly s výsledky příčných řezů. Tato konzistence potvrzuje platnost neinvazivní metody pro přesné stanovení tloušťek i identifikaci polymerních složek.

Přínosy a praktické využití metody

Nová funkce hloubkového Ramanova měření přináší následující výhody:

• Minimální nebo žádná příprava vzorku – úspora času a nákladů.
• Neinvazivní postup – vzorek zůstává nedotčený.
• Přesné stanovení chemického složení a tloušťky každé vrstvy.
• Možnost integrované analýzy stejných bodů pomocí FTIR i Ramanovy spektroskopie.

Tato metoda je zvláště vhodná pro QA/QC v potravinářském průmyslu, kde není vždy možné připravit příčné řezy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření hloubkového Ramanova měření v dalších oblastech:

• Analýza vícevrstvých filmských materiálů v balicích, elektronice či farmaceutickém průmyslu.
• Vývoj pokročilých softwarových nástrojů pro automatizované zpracování a kvantifikaci vrstev.
• Integrace s dalšími spektroskopickými a zobrazovacími technikami za účelem komplexního materiálového charakteru.

Závěr

Studie potvrzuje, že hloubkové Ramanovo měření prostřednictvím AIRsight mikroskopu je spolehlivou a efektivní alternativou k příčným řezům. Metoda umožňuje rychlou, neinvazivní identifikaci vrstev a jejich tloušťek, což napomáhá lepší kontrole kvality a optimalizaci výrobních procesů.

Reference

1. Application News No.01-00465: Multilayer Film Analysis Using the AIRsight Infrared Raman Microscope, Shimadzu.