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
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: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
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[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.
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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。
產品特點
- 便攜快速,搭建簡單:可以快速根據場景搭建適合應用的產品組合
- 高解析度
- 豐富採樣配件:可以滿足微區成像和線上反應監控等多種複雜場景
- 穩定性和重複性高:適合長時間檢測和監控
- 支持單次採集、連續採集、週期採集三種工作模式
- 軟體功能豐富:配置豐富光譜處理分析演算法且軟體支援乙腈,矽片等校準物質進行波長校準