“禁塑令”進(jìn)入倒計(jì)時(shí)！手持拉曼可快速高效鑒別違禁塑料

更新時(shí)間：2021-06-21

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在過(guò)去的幾十年中，塑料垃圾已成為危害環(huán)境的主要污染物。實(shí)施了12年的“限塑令”已于2020年12月底在部分城市升級(jí)為“禁塑令”，30多地 “禁塑令”槍響。

由于多數(shù)塑料粒子和塑料制品的成分從外觀(guān)上很難區(qū)分，但是在不少應(yīng)用場(chǎng)景下快速識(shí)別塑料成分卻是個(gè)必須的過(guò)程，例如塑料制品回收、塑料粒子進(jìn)料檢驗(yàn)、進(jìn)貨檢驗(yàn)等。目前，對(duì)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(wú)破壞性、低樣品量測(cè)試、高通量篩選等特點(diǎn)，成為檢測(cè)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(duì)塑料制品進(jìn)行分析，此外，儀器搭載的實(shí)用軟件和簡(jiǎn)單的操作方式，使得用戶(hù)不需要擁有任何專(zhuān)業(yè)的分析化學(xué)知識(shí)，就可在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中使用手持式拉曼設(shè)備，方便非光譜專(zhuān)業(yè)人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速鑒別。在本文中，將探索利用手持式拉曼光譜儀來(lái)鑒別塑料制品，以期為“禁塑令”通行，提供一定助力。

『實(shí)驗(yàn)部分』

2.1實(shí)驗(yàn)儀器及樣品

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室搭建的科研拉曼光譜儀。

手持式拉曼實(shí)驗(yàn)條件：1064nm激光器，激光功率300mW-350mW，光譜范圍200cm-1-2500cm-1，采集時(shí)間5s。

科研式拉曼實(shí)驗(yàn)條件：1064nm激光器，激光功率200mW-250mW，光譜范圍200cm-1-2500cm-1，采集時(shí)間15s。

2.2實(shí)驗(yàn)樣品

純材質(zhì)塑料、不同配比的混合塑料樣品及市場(chǎng)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(chǎng)上商品包裝袋（不同顏色購(gòu)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(pán)子、飲料杯、不同顏色吸管等）等共計(jì)400余種，下面選取幾種典型的PE、PP、PS、PVC、EVA、PET六種常見(jiàn)塑料制品進(jìn)行結(jié)果分析。

2.3實(shí)驗(yàn)方法

將待測(cè)樣品放在樣品測(cè)試區(qū)（固定或粉末樣品采用固體測(cè)試頭，樣品緊貼測(cè)試頭），實(shí)驗(yàn)中對(duì)每一個(gè)樣品測(cè)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(duì)設(shè)備進(jìn)行可靠性驗(yàn)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(jiàn)圖1）[1]進(jìn)行比對(duì)。

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(dòng)峰。3000-2600cm-1的譜峰多為CH3和CH2中C-H鍵的伸縮振動(dòng)峰；1500-800cm-1的譜峰多為C-C鍵的伸縮振動(dòng)和C-H的彎曲振動(dòng)峰，550-300cm-1的譜峰多為聚丙烯碳鏈骨架的搖擺振動(dòng)峰[2]。

圖2為樣品PP，利用手持式拉曼和實(shí)驗(yàn)室科研拉曼進(jìn)行對(duì)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(cè)試的譜圖信息

同時(shí)測(cè)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(duì)設(shè)備進(jìn)行可靠性驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室科研拉曼進(jìn)行對(duì)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(shí)驗(yàn)室科研拉曼進(jìn)行對(duì)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(shí)驗(yàn)室科研拉曼進(jìn)行對(duì)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(duì)設(shè)備進(jìn)行可靠性驗(yàn)證

選取市面上用量很多且污染嚴(yán)重的各種塑料袋進(jìn)行結(jié)果分析。

（1）圖7為黃色醫(yī)療廢棄物專(zhuān)用袋，利用手持式拉曼和實(shí)驗(yàn)室科研拉曼進(jìn)行對(duì)比，匹配度為0.97977。

手持式科研式

圖7 黃色醫(yī)療廢棄物專(zhuān)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(shí)驗(yàn)室科研拉曼進(jìn)行對(duì)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(shí)驗(yàn)室科研拉曼進(jìn)行對(duì)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(shí)驗(yàn)室科研拉曼進(jìn)行對(duì)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(cè)試了典型的10余種樣品，經(jīng)分析比對(duì)手持式拉曼與實(shí)驗(yàn)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(cè)儀器。

『結(jié)束語(yǔ)』

基于拉曼光譜的塑料快速鑒別技術(shù)對(duì)塑料生產(chǎn)質(zhì)量控制和回收時(shí)進(jìn)行塑料分類(lèi)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?hào)，在工廠(chǎng)，實(shí)驗(yàn)室或其他地方都能夠快速獲取該信號(hào)從而實(shí)現(xiàn) 該材料的無(wú)損鑒別。該方法簡(jiǎn)便快速,結(jié)果準(zhǔn)確可靠,且無(wú)損樣品。檢測(cè)方法簡(jiǎn)單易操作，結(jié)果直觀(guān)明了，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果可以對(duì)塑料制品進(jìn)行分類(lèi)，為“禁塑令”的有效執(zhí)行提供幫助。

『參考文獻(xiàn)』

[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(cè)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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