Analyse des matières étrangères par FTIR Traitement des spectres des matières étrangères

Fig. 1 Résultats de Mesure des Matières Étrangères Fibreuses dans les Aliments Spectre supérieur : Matières étrangères fibreuses ; Spectre intermédiaire : Graisse ou huile ; Spectre inférieur : Spectre différentiel

Le spectre intermédiaire de la Fig. 1 est le résultat de l'analyse de l'aliment dans lequel les matières étrangères ont été découvertes, en utilisant la même méthode d'analyse. Ces résultats mesurés sont le spectre d'un ester d'acide gras (graisse ou huile), et ce spectre correspond partiellement au spectre des matières étrangères ci-dessus.
Le spectre inférieur de la Fig. 1 est le spectre différentiel des deux ci-dessus (matières étrangères fibreuses - graisse/huile). L'élimination de la graisse ou de l'huile révèle le spectre de la cellulose.
Comme dans ce cas, l'analyse des matières étrangères échantillonnées peut être affectée par l'endroit où elles ont été découvertes. De plus, comme l'échantillonnage peut être effectué en utilisant du ruban adhésif, un papier ou un autre filtre, ou par séchage, il est possible que l'adhésif ou une partie du filtre adhère aux matières étrangères. Ces effets doivent être identifiés et éliminés avant de procéder à l'étape qualitative ou d'analyse suivante.

Fig. 2 Spectres Mesurés pour des Matières Étrangères Non Uniformes Supérieur : Position de mesure A ; Inférieur : Position de mesure B ; Les cadres bleus sur les photos montrent les positions (20×20μm)

Des analyses multiples sont effectuées lorsque des échantillonnages répétés sont réalisés pour plusieurs éléments de matières étrangères ou lorsque l'échantillon de matières étrangères est suffisamment grand pour changer la position de mesure. Même s'il existe des différences dans les intensités des pics ou la ligne de base dans les résultats mesurés, les substances sont considérées comme étant les mêmes (ou uniformes) si les formes des spectres correspondent. Il est possible de passer directement à l'étape qualitative ou d'analyse suivante.
Cependant, des différences dans les formes des spectres mesurés indiquent des erreurs possibles dans la collecte des échantillons ou d'autres opérations de mesure, des échantillons différents ou des contaminants non uniformes. Le premier cas peut être corrigé en répétant les opérations d'échantillonnage et autres. Si plusieurs répétitions conduisent à des résultats identiques, la cause est probablement l'un des facteurs suivants.
Si les résultats mesurés diffèrent selon la position de mesure, les matières étrangères sont considérées comme non uniformes ou non un seul élément. Si les matières étrangères se composent de substances individuelles distinctes, les spectres mesurés sont également complètement distincts. Dans ce cas, il est possible de passer directement à l'étape qualitative ou d'analyse suivante.

Fig. 3 Spectres Différentiels Supérieur : Position de mesure A - Position de mesure B (protéine) ; Inférieur : Position de mesure B - Position de mesure A (polyisoprène)

Cependant, un mélange non uniforme de plusieurs composants donne des spectres similaires avec des intensités de pics différentes. Dans ce cas, le spectre différentiel est utilisé pour obtenir des informations plus détaillées. La Fig. 2 montre le spectre des matières étrangères enroulées sur une cellule en diamant et mesurées en utilisant la microscopie infrarouge en transmission. Elle montre des différences dans les rapports d'intensité des pics près de 2900 cm^-1 et 1650 cm^-1 en fonction de la position de mesure. Cependant, comme le nombre et les positions des pics ne diffèrent pas de manière significative, cet échantillon est considéré comme un mélange non uniforme de deux composants.
La Fig. 3 montre les spectres différentiels des deux spectres de la Fig. 2 (position de mesure A - position de mesure B et position de mesure B - position de mesure A).
Ils représentent respectivement la protéine (A - B) et le polyisoprène (B - A), suggérant que l'échantillon est un mélange non uniforme de ces deux composants.

Fig. 4 Spectres Mesurés pour une Zone Décolorée de Résine Haut : Zone décolorée ; Bas : Zone normale

Lors de l'analyse des défauts, il est courant de comparer la zone défectueuse avec une zone normale ou une pièce neuve pour déterminer la cause du défaut. En particulier, si le défaut ne résulte pas de l'infiltration d'une substance complètement différente telle que des matières étrangères, mais est dû à une détérioration ou à un autre changement dans une partie du produit, la comparaison avec une zone normale clarifie les différences avant et après le changement et indique quel type de changement s'est produit.
La Fig. 4 montre les résultats de l'analyse ATR à réflexion unique (prisme en diamant) sur une zone normale et une zone décolorée, après la découverte d'une zone décolorée sur un composant en résine. Les deux spectres mesurés sont les spectres de la résine acrylonitrile butadiène styrène (ABS). Cependant, une comparaison des deux révèle que les pics dans le spectre de la zone décolorée près de 1720 cm^-1 et 3400 cm^-1 sont plus intenses que pour la zone normale, tandis que le pic près de 968 cm^-1 est beaucoup plus faible.
Les pics près de 1720 cm^-1 et 3400 cm^-1 sont considérés comme des vibrations d'étirement C = O et des vibrations d'étirement O - H, respectivement, et aucun de ces pics n'existe dans la résine ABS.
Le pic près de 968 cm^-1 est considéré comme résultant des vibrations hors plan = C - H du groupe trans-vinylène dans le butadiène de la résine ABS. Ces résultats suggèrent que la décoloration est due à une dégradation oxydative qui a rompu les doubles liaisons C = C du groupe trans-vinylène, formant un groupe C = O et un groupe O - H.

Fig. 5 Microphotographie Infrarouge d'une Zone Anormale sur une Surface de Film Cadre rouge : 100×100μm

La spectroscopie infrarouge utilisant le FTIR est une méthode efficace pour l'identification et l'analyse qualitative des substances lors de l'analyse des matières étrangères. Cependant, le FTIR seul ne suffit souvent pas à identifier les matières étrangères et à déterminer la cause du défaut. Ces cas nécessitent une évaluation multifacette en utilisant des informations obtenues par d'autres méthodes d'analyse. Les instruments couramment utilisés pour l'analyse des matières étrangères comprennent le microscope électronique à balayage/spectromètre à dispersion d'énergie des rayons X (SEM-EDS ; imagerie et informations sur les éléments provenant d'un microscope électronique) et le spectromètre de fluorescence X à dispersion d'énergie (EDX ; obtient facilement des informations sur les éléments à pression atmosphérique). Cependant, l'exemple d'analyse présenté ci-dessous utilise le microscope confocal à balayage laser (CLSM).

Fig. 6 Résultats Mesurés sur la Surface du Film Noir : Zone normale ; Rouge : Zone anormale

Ensuite, des observations de surface et une évaluation de la forme de surface en 3D de la surface du film ont été effectuées en utilisant un microscope confocal à balayage laser (CLSM). Un CLSM peut prendre des images haute résolution à l'air de spécimens non conducteurs sans nécessiter de traitement spécial préalable. L'évaluation de la forme de surface en 3D acquiert simultanément des informations dans la direction de la hauteur. Le grossissement est d'environ 100× à 15000×.
La Fig. 7 montre l'image CLSM de la zone anormale du film. Le champ observé est de 64×48μm. Une image claire a été obtenue montrant les particules et ce qui semble être des rayures. La Fig. 8 montre le profil de hauteur le long de la ligne rouge au centre de la Fig. 7. En plus des augmentations de hauteur attendues là où une particule adhère à la surface du film (hauteur de la surface plane du film plus la hauteur de la particule saillante), le profil de hauteur révèle également des dépressions en forme de vallée dans la surface du film.
L'analyse par le microscope infrarouge a révélé que les zones normale et anormale étaient toutes deux du PET, et les observations et l'évaluation de la forme de surface en 3D par CLSM ont révélé des irrégularités minimes dans la zone anormale du film. Cela suggère que les particules de PET ne se sont pas collées à la surface du film, mais que la surface du film n'est pas lisse mais rugueuse à une échelle minime.