【微光譜應用】-- 塑膠上的這些編號你都知道嗎

塑膠在我們日常生活中幾乎無處不在。隨著大眾環保意識的增強和政策的影響，塑膠的回收和利用也引起了更多的關注。
今天，我們來探討一下在塑膠回收領域中，如何運用光譜學技術對各種塑膠進行鑒定和分類。

應用背景
一些塑膠的合成使用大分子材料（如聚合物），這些聚合物通常在低溫下通過注塑成型製造，回收利用很簡單。然而，不同塑膠使用的聚合物不同。因此很有必要在回收流中分離不同的聚合物。在近紅外波段，不同聚合物因其成分不同，具有獨特的光譜特徵，印在塑膠上的回收代碼（圖1）也與此密切相關）。此外，使用近紅外光譜測試技術幾乎無需樣品製備，測試靈活簡單。

圖1 大多數編碼塑膠在NIR中有明顯的特徵光譜。

使用Flame-NIR+進行漫反射測試
為證明Flame-NIR+光譜儀在塑膠識別方面的有效性，海洋光學測試了幾個樣品的漫反射率：PETE（聚對苯二甲酸乙二醇酯）、熱塑性LDPE（低密度聚乙烯）、PP（聚丙烯）和 PS（聚苯乙烯）。

測試使用 Flame-NIR+光譜儀、高功率鹵鎢燈光源HL-3P、600 µm纖芯的反射探頭和WS-1漫反射標準板。同時採用OceanView軟體設置參數，積分時間為6 ms ，多次掃描平均為50。在OceanView的反射率模式下採集資料，得到樣品的反射率R。根據反射率可繪製log（1/R）VS Wavelength的圖表。從化學分析角度講，這是一種更直觀的顯示反射光譜的方法，因為從中可反映出濃度隨信號強度的變化。

圖2 使用Flame-NIR+測試塑膠樣品的漫反射率。

在沒有採用基線校正的情況下，採用 Flame-NIR+ 進行光譜測試（圖2）。為更容易辨別光譜特徵，我們從光譜中的每個數據點中減去 1303 nm 處的反射率來進行基線校正。這是一個資料處理的步驟，有助於消除光纖移動或其他問題可能導致的強度偏移，更容易查看譜形差異（圖3）。

圖3 基線校正後，使用Flame-NIR+測試的漫反射光譜。

使用NirQuest+光譜儀進行漫反射測試

與使用Flame-NIR+測試時一致，使用高功率鹵鎢燈光源HL2000、600 µm 芯徑的反射探頭和漫反射標準板WS-1來測量塑膠聚丙烯樣品PP。在 OceanView 軟體中將積分時間設置為5ms，多次掃描平均為25。測試結果如圖4所示。

圖4 使用 NIRQuest+1.7測試聚丙烯的漫反射率。

如何處理近紅外測試資料？
通過採集的近紅外光譜資料，可構建強大的數學模型，但不同物質的數學模型不同。近紅外光譜提供了豐富的樣本資訊，前提是擁有分析這些資料的“工具”。例如，主成分分析是一種化學計量分析方法，可根據樣品的光譜特徵進行分組和分類。

隨著塑膠品的消費量不斷增大，廢舊塑膠品也不斷增多，給生態平衡帶來了很大影響。基於光譜學技術，回收商可簡化塑膠分揀流程，提高運營成本效益，為環境可持續發展做出貢獻。