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使用 FTIR 光譜儀對(duì)塑料碎片進(jìn)行快速 簡(jiǎn)單的材料鑒定
閱讀：461 發(fā)布時(shí)間：2024-10-25前言在合成塑料的發(fā)明、開發(fā)和早期生產(chǎn)階段，合成塑料產(chǎn)量較小，塑料廢棄物的處理相對(duì)可控。但在過去的幾十年里，塑料產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度超過了其他任何材料。據(jù)估計(jì)，目前全球每年會(huì)產(chǎn)生大約 4 億噸的塑料廢棄物，其中很大一部分最終進(jìn)入了自然環(huán)境[1]。
在最近的一些研究中，研究人員一直在探索塑料污染對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)（包括海灘生態(tài)系統(tǒng)）的影響[2,3]。要了解塑料污染對(duì)環(huán)境的影響，其中一個(gè)重要步驟就是改進(jìn)用于鑒定塑料廢棄物和微塑料顆粒的分析方法。傅立葉變換紅外 (FTIR) 光譜能夠提供可靠的性能、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)以及經(jīng)濟(jì)高效的分析，非常適合用于鑒定不同類型的塑料。本研究重點(diǎn)介紹了 Agilent Cary 630 FTIR 光譜儀（圖 1）如何為研究人員提供一種簡(jiǎn)單的工作流程，幫助他們實(shí)現(xiàn)塑料碎片的材料鑒定。該工作流程包括樣品前處理、譜庫生成、樣品分析和數(shù)據(jù)報(bào)告。
儀器本研究使用配備鉆石晶體 ATR 附件并由 Agilent MicroLab 軟件控制的 Cary 630 FTIR 光譜儀（圖 1）。該軟件使用圖片式向?qū)Ы缑嬷笇?dǎo)分析人員完成所有分析步驟。為了盡可能增大樣品與鉆石晶體的接觸面積，使用刀片將每個(gè)硬質(zhì)塑料樣品切成薄片（約 2 mm）。將樣品放置在平臺(tái)上，使用表 1 所列的操作參數(shù)通過 FTIR-ATR 直接進(jìn)行測(cè)量。生成譜庫通過參考用戶生成的聚合物譜庫鑒定塑料碎片樣品，該譜庫包含塑料行業(yè)中常用的聚合物的 ATR 光譜。
該譜庫使用聚合物樣品套裝（Scientific Polymer Products, Inc.；貨號(hào) 205；批號(hào) 600801012）開發(fā)，該聚合物樣品套裝包括聚苯乙烯、聚丙烯、高密度和低密度聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚甲醛、聚酰胺和聚四氟乙烯。
譜庫搜索方法采用相似度檢索算法（表 1）。使用 MicroLab軟件可以輕松創(chuàng)建、維護(hù)并管理譜庫。只需幾秒即可創(chuàng)建新譜庫?？梢栽趧?chuàng)建時(shí)或其他任意時(shí)間點(diǎn)向譜庫中添加譜圖，包括直接從結(jié)果界面添加。
盡管圖 2 中不同樣品的顏色不同，但 9 個(gè)塑料碎片樣品中有 8 個(gè)樣品經(jīng)鑒定為聚丙烯，1 個(gè)樣品經(jīng)鑒定為高密度聚乙烯。如表 2 所示，聚丙烯結(jié)果的匹配質(zhì)量指數(shù) (HQI) 范圍為0.94651–0.99405，高密度聚乙烯的 HQI 為 0.97110。針對(duì)每個(gè)譜庫項(xiàng)目都會(huì)自動(dòng)計(jì)算 HQI，該值表示實(shí)測(cè)光譜與譜庫譜圖的匹配程度。在原輔料鑒定中，HQI 通常用作合格/不合格標(biāo)準(zhǔn)。本研究使用用戶自定義標(biāo)準(zhǔn)，詳見表 1（采用不同顏色表示不同的置信度閾值）。
