使用 FTIR 光谱仪对塑料碎片进行快速 简单的材料鉴定

前言在合成塑料的发明、开发和早期生产阶段，合成塑料产量较小，塑料废弃物的处理相对可控。但在过去的几十年里，塑料产量的增长速度超过了其他任何材料。据估计，目前全球每年会产生大约 4 亿吨的塑料废弃物，其中很大一部分最终进入了自然环境[1]。

在最近的一些研究中，研究人员一直在探索塑料污染对陆地生态系统（包括海滩生态系统）的影响[2,3]。要了解塑料污染对环境的影响，其中一个重要步骤就是改进用于鉴定塑料废弃物和微塑料颗粒的分析方法。傅立叶变换红外 (FTIR) 光谱能够提供可靠的性能、高质量的数据以及经济高效的分析，非常适合用于鉴定不同类型的塑料。本研究重点介绍了 Agilent Cary 630 FTIR 光谱仪（图 1）如何为研究人员提供一种简单的工作流程，帮助他们实现塑料碎片的材料鉴定。该工作流程包括样品前处理、谱库生成、样品分析和数据报告。

仪器本研究使用配备钻石晶体 ATR 附件并由 Agilent MicroLab 软件控制的 Cary 630 FTIR 光谱仪（图 1）。该软件使用图片式向导界面指导分析人员完成所有分析步骤。为了尽可能增大样品与钻石晶体的接触面积，使用刀片将每个硬质塑料样品切成薄片（约 2 mm）。将样品放置在平台上，使用表 1 所列的操作参数通过 FTIR-ATR 直接进行测量。生成谱库通过参考用户生成的聚合物谱库鉴定塑料碎片样品，该谱库包含塑料行业中常用的聚合物的 ATR 光谱。

该谱库使用聚合物样品套装（Scientific Polymer Products, Inc.；货号 205；批号 600801012）开发，该聚合物样品套装包括聚苯乙烯、聚丙烯、高密度和低密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、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。

谱库搜索方法采用相似度检索算法（表 1）。使用 MicroLab软件可以轻松创建、维护并管理谱库。只需几秒即可创建新谱库。可以在创建时或其他任意时间点向谱库中添加谱图，包括直接从结果界面添加。

尽管图 2 中不同样品的颜色不同，但 9 个塑料碎片样品中有 8 个样品经鉴定为聚丙烯，1 个样品经鉴定为高密度聚乙烯。如表 2 所示，聚丙烯结果的匹配质量指数 (HQI) 范围为0.94651–0.99405，高密度聚乙烯的 HQI 为 0.97110。针对每个谱库项目都会自动计算 HQI，该值表示实测光谱与谱库谱图的匹配程度。在原辅料鉴定中，HQI 通常用作合格/不合格标准。本研究使用用户自定义标准，详见表 1（采用不同颜色表示不同的置信度阈值）。