紙是世界各地每天都在使用的日常物品，因此，使用傅立葉變換紅外（FTIR）顯微鏡進行紙張質(zhì)量控制，也就不足為奇了。FTIR顯微鏡可以分析紙制品的化學(xué)成分，并簡化它的質(zhì)量控制工作。在本文中，我們介紹了造紙業(yè)面臨的故障分析挑戰(zhàn)，并展示了如何利用FTIR顯微鏡來克服這些挑戰(zhàn)。
紙張故障分析挑戰(zhàn)
你知道嗎？現(xiàn)代紙張的組成十分復(fù)雜，包含多種不同的成分：纖維、膠料和浸漬劑，還有填料，其中，填料的含量占了紙張成分的30%。這些填料（例如：碳酸鈣）在優(yōu)化紙張的印刷適性、光澤度和不透明度等性能方面，發(fā)揮著重要作用。然而，一旦這些成分組合在一起，就很難從視覺上區(qū)分了。這導(dǎo)致紙張缺陷鑒別或紙張成分分析十分具有挑戰(zhàn)性。
了解FTIR顯微鏡
用FTIR應(yīng)對挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)的宏觀測量方法在處理紙張的不均勻成分和微觀缺陷時通常效果不佳。然而，通過使用FTIR顯微鏡，我們可以深入探索紙張成分的神秘世界。通過進行高橫向分辨率的紅外光譜測量，我們可以揭示缺陷的化學(xué)成分。另外，我們還可以對紙張的成分進行定性分析。通過這種方式，可以為樣品區(qū)域內(nèi)成分的分布提供有價值的洞見。
我們在下文展示了兩個FTIR顯微鏡在造紙業(yè)的應(yīng)用案例。我們使用了布魯克的FTIR顯微鏡LUMOS II進行分析，它可以快速定位并鑒別紙張中的缺陷。
案例1
紙張雜質(zhì)分析
第一個示例展示了如何通過FTIR顯微鏡對紙樣表面的雜質(zhì)進行分析。此類污染可能會影響紙張的印刷能力或?qū)ΡO(jiān)管產(chǎn)生影響，特別是在食品包裝或醫(yī)學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域。
為了分析和精確定位污染，我們使用FTIR顯微鏡進行了網(wǎng)格測量，它包含47 x 35個測量點，覆蓋2.25 x 1.75 mm的區(qū)域。因此，每個譜都對應(yīng)一個50 x 50 μm的區(qū)域。
下圖分別顯示了在干凈的紙張區(qū)域和污染的紙張區(qū)域測得的光譜。測試結(jié)束后，我們使用布魯克的OPUS軟件，通過在數(shù)字譜庫中進行搜索，來對污染物進行鑒定。
通過對1100 cm-1處的譜帶進行積分，我們可以獲得污染物分布的化學(xué)圖像。得到的強度在下圖通過顏色編碼表示。
左：紙張表面的譜（干凈的紙張區(qū)域和污染的紙張區(qū)域）
右：顯示了污染物分布的化學(xué)圖像
與使用光學(xué)顯微鏡觀察到的、均勻的白紙紙張表面相比，紅外圖像提供了更好的對比度，而且準(zhǔn)確地顯示了成分的分布位置。這使我們能夠得出紙張質(zhì)量的結(jié)論。
案例2
點狀缺陷分析
紙張上的小點狀缺陷的化學(xué)圖像
第二個案例鑒定了一個小缺陷（見上），并分析了樣品中的填料分布。下圖顯示了不同位置缺陷和紙張的光譜。紙張光譜顯示了典型的纖維素譜帶和不同含量的碳酸鈣，這些信息在缺陷譜也得到了體現(xiàn)。圖中還顯示了其他無法解釋的譜帶。通過混合物檢索分析，我們可以確定這些成分分別是為紙張、Struktol®和Evatane®（下圖）。
左：缺陷（藍色）、填料（紅色）和紙張（棕色）的代表性譜
右：點狀缺陷的混合物檢索結(jié)果
這種缺陷是怎么發(fā)生的呢？Evatane®被專門添加到紙張配方中，用以改善纖維之間的粘合。因此，該物質(zhì)在生產(chǎn)過程中很可能沒有被均勻分布在紙張中。這同樣適用于Struktol®，因為它經(jīng)常用于改善紙張的表面防水特性。
綜上所述，F(xiàn)TIR通過化學(xué)成分分析和加強質(zhì)量控制，為造紙業(yè)帶來了裨益。通過克服紙張復(fù)雜成分和微觀缺陷分析的挑戰(zhàn)，F(xiàn)TIR顯微鏡能夠深入探索紙張成分的神秘世界。它可以通過化學(xué)成像，來發(fā)現(xiàn)缺陷、對成分進行定性分析，并實現(xiàn)雜質(zhì)可視化。以布魯克LUMOS II為代表的FTIR顯微鏡，能夠快速定位和鑒別缺陷，為造紙業(yè)的故障分析挑戰(zhàn)提供了極大幫助。
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