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塑料水杯的傅立叶红外光谱(ATR)法鉴别

发布时间:2021-06-19作者:admin来源:未知点击:

    人们天天都必须饮水,饮水自然离不开水杯。人们在重视水质的同时,对饮水工具也给予了很多关注[1]。现在塑料水杯是我们生活中很常见的一种容器,因其多变的造型、鲜艳的颜色、不怕摔打的特性,受到了许多人特别是儿童和青少年的喜爱,是一种比较时尚、不易摔坏、携带方便的杯具。常见的塑料水杯材质有聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)等几种。塑料本身是无毒的,它对食品的污染主要来源于其残留的催化剂、单体和添加剂[2]。有研究表明,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)这种容器长时间使用可能会释放出致癌物邻苯二甲酸二辛酯(DOP),对人体具有毒性伤害,其他某些材质的塑料杯装热水或开水时有毒的化学物质也很容易析入水中。专家提醒除了PP制品可以作为日常饮用水容器外,其他材质都不是十分安全的。
 
日常生活中,各种塑料水杯的材质人们仅从外观上很难进行鉴别。本文研究试验采用傅立叶红外光谱(ATR)法对两件塑料水杯样品材质进行鉴定。通过傅立叶变换红外光谱仪采集塑料水杯样品的红外特征谱图,根据样品红外光谱图中特征峰出现的位置鉴别出塑料水杯样品的材质,对塑料水杯进行材质定性,该方法具有干扰小、特征性好、分析时间短、所用试样量少、污染小等优点[3]。
 
1 实验部分
1.1 实验仪器设备
傅立叶红外光谱(FT-IR)仪、水平ATR附件。
 
1.2 实验样品
两件塑料水杯样品。
 
1.3 实验目的
鉴别两件塑料水杯样品的材质(1号、2号)。
 
1.4 实验方法
(1)仪器实验参数的设定:设定扫描范围为4000~650 cm-1,设定扫描次数为32次,设定分辨率为4cm-1,然后扫描背景光谱。
 
(2)从塑料水杯上刮下一小薄片置于水平ATR附件的锗晶体表面上,大小盖住锗晶体(直径约2 mm)即可,压头压平。
 
(3)每件样品扫描约1min,采集两件塑料水杯样品的红外光谱谱图,如图1、图2所示。
 
(4)进行样品红外光谱谱图的处理。
 
图1 1号塑料水杯红外谱图
 
Fig.1 Infrared spectrogram of plastic cup No.1
 
图2 2号塑料水杯红外谱图
 
Fig.2 Infrared spectrogram of plastic cup No.2
 
2 结果分析
由图3可得,PET的红外标准谱图的特征峰出现在1715、1504、1453、1408、1339、1241、1102、1015、723 cm-1等波数附近。由于和苯环直接相连[4],受苯环诱导效应的影响吸收峰产生红移,C=O伸缩振动峰漂移到1715cm-1附近波数处;1504、1453、1408 cm-1等波数处是苯环的骨架振动吸收峰;在1102cm-1和1241cm-1处强度相似的两个强峰是C-O-C伸缩振动,它们可共同表明酯类的存在。受到羰基基团的影响[5],苯环上C-H摇摆振动吸收峰漂移到723cm-1处。
 
图3 PET红外标准谱图(出自设备谱图库)
 
Fig.3 Infrared standard spectrogram of PET(From equipment spectrogram library)
 
由图4可得,PP的红外标准谱图的特征峰出现在2952、2869、1459、1377、1165、970、718 cm-1等波数附近[6]。PP属于饱和聚烃类,CH3和CH的伸缩振动与CH2的伸缩振动叠加在一起,在3000~2800 cm-1区域有极强的吸收谱带。甲基的吸收峰出现在2952、2869、1377 cm-1等处;亚甲基的扭曲变形振动与甲基的扭曲变形振动吸收峰相互重叠,这个特征峰轻微漂移到了1459cm-1处[7]。由于每两个碳就有一个甲基支链,因此除了1459cm-1 CH2的弯曲振动外,还有在1377cm-1处很强的甲基弯曲振动谱带。718cm-1附近处有一中等强度的谱带,它源于[CH2]n(n≥3)摇摆振动的吸收。PP红外谱图的另一个重要特点是在1165cm-1和970 cm-1处有[CH2CH(CH3)]n的特征峰。
 
图4 PP红外标准谱图(出自设备谱图库)
 
Fig.4 Infrared standard spectrogram of PP(From equipment spectrogram library)
 
观察红外光谱图特征峰出现的位置,对比红外光谱图(图1~图4)。可见,图1与图4、图2与图3特征谱峰出现的位置整体上基本相符,均只存在位置微小的偏移。分析得出结论,图1与图4是同一种材质,即1号样品应为聚丙烯(PP);图2与图3是同一种材质,即2号样品应为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
 
3 结论
从本试验中得出使用傅立叶红外光谱(ATR)法定性鉴定塑料水杯材质,具有特征性好、分析时间短、所用试样量少、污染小、干扰小等优点,能快速准确地鉴别出塑料水杯的材质,对加强塑料水杯的质量监督及市场调研能力有一定的实用价值。
 
 
 
 
 
 
 
 

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