NIR-Chemical-Imaging: Neue Möglichkeiten zur (Alt-)Papieranalyse

1415
NIR-Modul von DOMASmultispec mit chemischen Bild und NIR-Spektren (Foto: Papiertechnische Stiftung)

Heidenau — Schwingungsspektroskopische Messmethoden wie die Nahinfrarot (NIR)-, Infrarot (IR)- und Raman-Spektroskopie, sind besonders gut geeignet, Papiere und Papieroberflächen chemisch zu analysieren. Mit entsprechenden Reflexionsmethoden können Papierproben direkt und ohne Probenvorbereitung gemessen werden. Die Spektren enthalten dabei sowohl qualitative als auch quantitative Informationen.

Erst seit relativ kurzer Zeit sind diese spektroskopischen Messverfahren auch als sogenannte Chemical-Imaging-Techniken anwendbar. Die Chemical-Imaging-Technik ermöglicht die Kombination der chemischen Information aus spektroskopischen Analysemethoden mit der örtlichen Information zur Verteilung von chemischen Substanzen. Damit lassen sich analytische Fragen beantworten, wie und wo die chemischen Inhaltsstoffe verteilt sind.

Besonders gut für flächiges Material

Das neue Bildanalyse-System DOMASmultispec der Papiertechnischen Stiftung wird verschiedene Chemical-Imaging-Mess- und Auswertemodule zur Verfügung stellen, u.a. für NIR- und Raman-Imaging-Messungen. Die Nahinfrarot (NIR)-Spektroskopie ist besonders gut für die Messung des flächigen Materials Papier geeignet. Die Messung ist berührungslos, erfordert keine Probenvorbereitung und ist somit zerstörungsfrei. Die Messungen erfolgen sehr schnell und ermöglichen das Abscannen von großen Flächen bzw. vielen Proben in kurzer Zeit. Des Weiteren besitzt die NIR-Strahlung eine relativ hohe Eindringtiefe von bis zu 250 µm und ermöglicht daher auch die Analyse von Partikeln und chemischen Substanzen im Innern des Papiers. Die maximal erreichbare Ortsauflösung in der Fläche beträgt ca. 100 µm.

Die chemischen Bilder einer Probe werden durch die Farbkodierung der chemischen Informationen in jedem Spektrum der gemessenen Spektrenmatrix erzeugt. Durch die Variation der Auswerteparameter ist es möglich, aus einem Spektrendatensatz mehrere chemische Bilder zu erzeugen, die jeweils die Verteilung von verschiedenen Substanzen darstellen können.

Ergebnisse auch als Verteilungskurven oder Histogramme

Die Auswertung der erhaltenen chemischen Bilder kann zwar rein visuell erfolgen; Ziel der Analyse sollte es jedoch sein, die Verteilungen auch quantitativ zu bewerten. Dazu stehen verschiedene Methoden und Verfahren zur Verfügung. Anhand der erhaltenen Zahlenwerte für jeden Bildpunkt können Verteilungskurven oder Histogramme erstellt werden. Weiterhin kann man die Homogenität von Verteilungen durch Verteilungs- oder Bewertungsindexe beurteilen. Ergänzend können die chemischen Bilder als Grau- oder RGB-Bilder abgespeichert und mit bildanalytischen Methoden ausgewertet werden. All diese Funktionen beinhaltet das neue DOMAS-Modul „NIR-Chemical Imaging“.

Die NIR-Chemical-Imaging-Technik bietet völlig neue Möglichkeiten der Papieranalyse. Die große Anzahl, die hohe Dichte und die stoffliche Spezifität der erhaltenen Daten für große Papierflächen, ermöglichen Einsichten in den Aufbau von Papier, wie es mit bisher angewendeten Analysemethoden nicht möglich war.

Die Erkenntnisse über die NIR-Chemical-Imaging-Technik wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens MF110110 „NIR-Imaging“ gewonnen, das mit Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums gefördert wurde. Der Forschungsbericht kann unter ptspaper.de heruntergeladen werden.

Quelle: Papiertechnische Stiftung