“禁塑令”進入倒計時！手持拉曼可快速高效鑒別違禁塑料

『前言』

在過去的幾十年中，塑料垃圾已成為危害全球環(huán)境的主要污染物。在全國實施了12年的“限塑令”已于2020年12月底在部分城市升級為“禁塑令”，30多地 “禁塑令”槍響。

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

由于多數(shù)塑料粒子和塑料制品的成分從外觀上很難區(qū)分，但是在不少應(yīng)用場景下快速識別塑料成分卻是個必須的過程，例如塑料制品回收、塑料粒子進料檢驗、進貨檢驗等。目前，對塑料的分析方法主要有目視分析法、光譜法 （如傅立葉變換紅外光譜法和拉曼光譜法）、熱分析法以及其他分析方法等 （如質(zhì)譜法以及掃描電子顯微鏡－能譜儀聯(lián)用法）。其中，拉曼光譜分析，由于具有無破壞性、低樣品量測試、高通量篩選等特點，成為檢測和鑒別塑料的主要分析技術(shù)之一。

卓立漢光手持式拉曼光譜儀便攜，可以高效快速地對塑料制品進行分析，此外，儀器搭載的實用軟件和簡單的操作方式，使得用戶不需要擁有任何專業(yè)的分析化學(xué)知識，就可在現(xiàn)場應(yīng)用中使用手持式拉曼設(shè)備，方便非光譜專業(yè)人員在現(xiàn)場進行快速鑒別。在本文中，將探索利用手持式拉曼光譜儀來鑒別塑料制品，以期為“禁塑令”在全國通行，提供一定助力。

『實驗部分』

2．1實驗儀器及樣品

實驗儀器：Finder Edge 1064nm手持式拉曼光譜儀（北京卓立漢光分析儀器有限公司）、某實驗室搭建的科研拉曼光譜儀。

手持式拉曼實驗條件：1064nm激光器，激光功率300mW－350mW，光譜范圍200cm－1－2500cm－1，采集時間5s。

科研式拉曼實驗條件：1064nm激光器，激光功率200mW－250mW，光譜范圍200cm－1－2500cm－1，采集時間15s。

2．2實驗樣品

純材質(zhì)塑料、不同配比的混合塑料樣品及市場上塑料制品，包括純PE、純PP、純PS、純PVC、純EVA、純PET等，不同配比的混合塑料樣品及市場上商品包裝袋（不同顏色購物袋、日用塑料袋、紙塑復(fù)合包裝袋）、不同顏色垃圾袋、一次性餐具（飯盒、碗、碟、盤子、飲料杯、不同顏色吸管等）等共計400余種，下面選取幾種典型的PE、PP、PS、PVC、EVA、PET六種常見塑料制品進行結(jié)果分析。

2．3實驗方法

將待測樣品放在樣品測試區(qū)（固定或粉末樣品采用固體測試頭， 樣品緊貼測試頭），實驗中對每一個樣品測定三次，取平均值。

『結(jié)果分析』

3．1根據(jù)純樣品拉曼光譜標(biāo)準(zhǔn)圖譜對設(shè)備進行可靠性驗證

首先將樣品聚丙烯（PP）的手持式和科研式拉曼光譜圖與其拉曼光譜標(biāo)準(zhǔn)圖譜（見圖1）［1］進行比對。

圖1 聚丙烯的拉曼光譜標(biāo)準(zhǔn)圖譜

聚丙烯有2954cm－1、2923cm－1、2903cm－1、2885cm－1、2841cm－1、2723cm－1、1459cm－1、1438cm－1、1360cm－1、1330cm－1、1167cm－1、1167cm－1、1147cm－1、973cm－1、842cm－1、810cm－1、529cm－1、456cm－1、399cm－1的特征振動峰。3000－2600cm－1的譜峰多為CH3和CH2中C－H鍵的伸縮振動峰；1500－800cm－1的譜峰多為C－C鍵的伸縮振動和C－H的彎曲振動峰，550－300cm－1的譜峰多為聚丙烯碳鏈骨架的搖擺振動峰［2］。

圖2為樣品PP，利用手持式拉曼和實驗室科研拉曼進行對比，譜圖基本一致。

圖2 純樣品PP的拉曼光譜圖譜

圖3 六種純樣品用手持拉曼測試的譜圖信息

同時測試了另外5種純樣品，經(jīng)分析基本與標(biāo)準(zhǔn)譜圖一致，且手持式和科研式的匹配度≥90％。

3．2不同配比混合樣品拉曼光譜標(biāo)準(zhǔn)圖譜對設(shè)備進行可靠性驗證

任選上述六種材質(zhì)的一種做不同配比的結(jié)果分析，以PS－PLA為例。

（1）圖4為PS：PLA＝1：9混合樣品，利用手持式拉曼和實驗室科研拉曼進行對比，匹配度為0．93599。

手持式                                科研式

圖4 PS：PLA＝1：9混合樣品的拉曼光譜圖譜

（2）圖5為PS：PLA＝5：5混合樣品，利用手持式拉曼和實驗室科研拉曼進行對比，匹配度為0．97962

手持式                                科研式

圖5 PS：PLA＝5：5混合樣品的拉曼光譜圖譜

（3）圖6為PS：PLA＝9：1混合樣品，利用手持式拉曼和實驗室科研拉曼進行對比，匹配度為0．97622。

手持式                                科研式

圖6 PS：PLA＝9：1混合樣品的拉曼光譜圖譜

3．3不同塑料制品的拉曼光譜圖譜對設(shè)備進行可靠性驗證

選取市面上用量很多且污染嚴(yán)重的各種塑料袋進行結(jié)果分析。

（1）圖7為黃色醫(yī)療廢棄物專用袋，利用手持式拉曼和實驗室科研拉曼進行對比，匹配度為0．97977。

手持式                                科研式

圖7 黃色醫(yī)療廢棄物專用袋的拉曼光譜圖譜

（2）圖8為綠色塑料袋，利用手持式拉曼和實驗室科研拉曼進行對比，匹配度為0．9679。

手持式                                科研式

圖8 綠色塑料袋的拉曼光譜圖譜

（3）圖9為白色塑料袋，利用手持式拉曼和實驗室科研拉曼進行對比，匹配度為0．92689。

手持式                                科研式

圖9 白色塑料袋的拉曼光譜圖譜

（4）圖10為紅色塑料袋，利用手持式拉曼和實驗室科研拉曼進行對比，匹配度為0．95685。

手持式                                科研式

圖10 紅色塑料袋的拉曼光譜圖譜

測試了典型的10余種樣品，經(jīng)分析比對手持式拉曼與實驗科研型拉曼的匹配度均≥90％，因此手持拉曼光譜儀可以作為快速高效鑒別違禁塑料的檢測儀器。

『結(jié)束語』

基于拉曼光譜的塑料快速鑒別技術(shù)對塑料生產(chǎn)質(zhì)量控制和回收時進行塑料分類具有重要作用。聚合物的拉曼峰明顯而尖銳，能夠?qū)⑵渥鳛樵摬牧系奶卣餍盘?，在工廠，實驗室或其他地方都能夠快速獲取該信號從而實現(xiàn)該材料的無損鑒別。該方法簡便快速，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，且無損樣品。檢測方法簡單易操作，結(jié)果直觀明了，根據(jù)檢驗結(jié)果可以對塑料制品進行分類，為全國“禁塑令”的有效執(zhí)行提供幫助。

『參考文獻』

［1］陳和生，孫育斌．幾種塑料的傅里葉變換拉曼光譜分析［J］．塑料科技，2012（6）：69－72．

［2］楊遙，黃正粱，王靖岱，蔣斌波，等．利用拉曼光譜檢測丙烯共聚物的性質(zhì)［J］．光譜學(xué)與光譜分析，2012（12）：3262－3266．

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