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
樣品編號	樣品名稱	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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[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.

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