應用分享

拉曼光譜應用 塑膠領域

785nm可擕式拉曼光譜儀在塑膠鑑別中的應用

研究背景

塑膠在給人們的生產生活提供便利的同時,也給環境帶來了大量的塑膠廢棄物。據統計,1950~2015年間全球的塑膠垃圾約為63億噸。塑膠污染正成為陸地生態系統最嚴重的威脅之一,並已引起全球政府和科學界的廣泛關注。從2008年提出“禁塑令”到現在,禁塑政策都在一步步扎實推進。塑膠-按理化分類可分為熱固性塑膠和熱塑性塑膠。熱塑性塑膠是應用最廣的類型,年產量較大,生產成本低,在一定的溫度條件下,能軟化或熔融成任意形狀,冷卻後形狀不變。熱塑性塑膠如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯等均是不可降解的高分子材料,但是重塑性強,因此對廢舊塑膠進行回收再利用有利於解決環境污染問題,使資源得到充分利用。然而,要想取得理想的回收效果,對這些材料進行鑑別分類就尤為重要。

(圖1) 熱塑性塑膠(圖片來源於網路)


常用熱塑性塑膠的主要鑑別方法有外觀鑑別、加熱鑑別、燃燒試驗、密度鑑別等,這些方法受到檢測者主觀因素的干擾,或操作步驟複雜,檢測時間久,並且具有破壞性。因此,找到一種快速無損的方法對塑膠進行鑑別很有必要。拉曼光譜作為一種振動光譜,具有非破壞性、無標記、高空間解析度和低水干擾的特點,可用於內部成分的檢測以及物質分析,近年來已逐漸被廣泛應用。本次實驗將使用如海光電的Portman785可擕式拉曼光譜儀對12種熱塑性塑膠進行了鑑別。


 

測試樣品及實驗儀器搭建

本次檢測使用如海光電的Portman785可擕式拉曼光譜儀對12種熱塑性塑膠進行檢測。

測試樣品

                                  (圖2) 測試樣品

儀器搭建

(圖3) 測試系統搭建圖

 

實驗結果

測試條件:Portman可擕式拉曼光譜儀,中心波長785 nm。

本實驗首先使用Portman-785採集12種塑膠拉曼訊號,採集訊號後對資料進行預處理,利用預處理資料建立12種塑膠拉曼資訊譜庫,再結合如海HQI演算法實現12種不同塑膠樣品的鑑別區分。物質測試資訊見下表:
            表1 12種塑膠拉曼光譜的採集參數
樣品編號 樣品名稱 採集參數
雷射功率 積分時間
1 聚苯乙烯 500 mW 300 ms
2 聚雙酚A 500 mW 2000 ms
3 乙烯-醋酸乙烯共聚物 500 mW 10000 ms
4 聚丙烯 500 mW 10000 ms
5 聚己內醯胺粉 500 mW 10000 ms
6 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物 500 mW 5000 ms
7 聚對苯二甲酸乙二醇酯 500 mW 1000 ms
8 聚乙烯醇 500 mW 10000 ms
9 聚苯硫醚 500 mW 300 ms
10 聚氯乙烯 500 mW 2000 ms
11 高密度聚乙烯粉 500 mW 5000 ms
12 低密度聚乙烯粉 500 mW 5000 ms

12種熱塑性塑膠的拉曼測試結果如下方圖4:

                                   (
圖4) 12種熱塑性塑膠拉曼測試譜圖


利用上述測試結果建立拉曼譜庫,並採用如海光電自研的HQI演算法進行識別,識別率可以達到100%。圖5-6是HQI識別結果。

(圖5) HQI識別結果


(圖6) HQI識別結果

 

實驗結論

本實驗利用如海Portman-785可擕式拉曼光譜儀檢測了12種熱塑性塑膠,測試資料與HQI演算法結合後可實現不同種類的熱塑性塑膠鑑別。

 

參考文獻

[1] 曹豔曉,陳田甜,陳諾等.大塑膠和微塑膠對土壤性質與鎘生物有效性的影響[J].中國環境科學,2023:1-13.

[2] Pei W, Hu R, Liu H, et al. Advanced Raman spectroscopy for nanoplastics analysis: Progress and perspective[J]. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2023, 166.

[3] 楊俊秋.常用熱塑性塑膠的鑑別與回收再利用[J].塑膠製造,2007(05):116-119.
 

產品推薦

Portman 785可擕式拉曼光譜儀


 

產品簡介

Portman-785可擕式拉曼光譜儀是一款高性能的小型化拉曼光譜儀;結構簡單,快速檢測,可滿足實驗室、野外以及工業現場等多種實驗場景。預留USB和序列通訊,方便多功能系統整合。可擕式拉曼光譜儀廣泛應用於食品安全、國防安全、珠寶鑑定、醫藥等需對原材料快速篩選、現場快速檢測及物質分析鑑定等行業。
 

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