红外光谱技术在塑料鉴定中的研究

摘 要：本文按照一定的程序和科学的方法从初步目测检验、红外光谱分析鉴定塑料（无色透明颗粒物）主要成分，分析阐述了待测样品与标准品红外谱图的差异原因，论述了红外光谱技术在鉴定未知物所含官能团不可替代的突出优势，为物质鉴定提供可靠的技术依据，鉴定的结果是综合评断的客观依据。

关键词：塑料;红外光谱;鉴定

1 引言

采用傅里叶变换红外光谱的特征吸收峰位置可推测待测样品的官能团，与标准物质的红外光谱图进行比对鉴定待测物质，进一步判断被测物成分。大多数微量未知物（纤维、金属、橡胶、塑料等）属于混合物，化学组分差异，会造成红外谱图的差异。红外特征谱带4000～1330cm-1处是-OH、-NH2、-CH3、-CH2-、-COOH等官能团的特征吸收峰;指纹区1330～660cm-1处的振动频率差异小，振动的耦合作用较强，易受邻近基团的影响，同时吸收峰数目较多，大部分吸收峰不容易找到歸属[1]，使鉴定工作难度增加，需要综合核磁、XRD等现代分析仪器并配合化学计量算法（模式识别、遗传算法、人工神经网络等）推断未知物组成[2]。

塑料是以合成树脂或天然树脂为原料，再加入填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂等助剂，在一定温度和一定的压力下加工成型[3]。以不同原料制备的塑料，其红外吸收光谱有明显差异。本文从技术角度对应用红外光谱鉴定塑料的过程进行分析。

2 塑料物质红外光谱分析

2.1 取样及目视外观初步鉴别

从化学品生产现场取得1mm左右未知无色透明颗粒样品，经过样品分离、清洁提取检材，通过初步鉴定、红外精确鉴定获得具有可比性的检测数据。

以灼热的针尖接触无色透明颗粒，材质有融化形变，可初步推断为塑料材质[3]。值得注意的是，针尖的温度不足，塑料材质的物质基本不会发生形变。对不同塑料材质的未知物进行红外光谱分析，可进一步确定塑料类型。

2.2 塑料成分FT-IR鉴别

无色透明颗粒表面用无水乙醇处理清洁，干燥后，使用傅里叶变换红外光谱仪对样品进行全波段扫描，对所得图谱进行分析。

待测未知物的红外谱图经红外谱图库中的标准品谱图分析比对后，以聚苯乙烯的红外谱图与之吻合度最高（>96%），可基本确定未知的塑料物质为聚苯乙烯。

标准品的峰型尖锐，3010cm-1处有丰富的吸收峰，2810～3000cm-1为甲基或亚甲基的伸缩振动吸收峰，3000～ 3150cm-1为苯环上-CH=的伸缩振动吸收峰，1500cm-1和1610cm-1是苯环的骨架振动的强吸收峰，1700cm-1、1800cm-1、1900cm-1附近的吸收峰，可证聚合反应为苯环的单取代反应。未知物检测样的红外吸收峰整体强度低于标准物，3200～1800cm-1范围的特征吸收峰与标准品基本吻合，指纹区峰型存在差异。

理论而言，检测样品与标准品红外吸收峰位置与强度应完全吻合。但实际的比对分析中，主要看特征吸收峰的出峰位置和峰型，出峰强度和指纹区解谱是未知物成分分析的次要因素。这是由于塑料制品中含有大量的添加剂，成分复杂，这会导致待测物官能团吸收峰位置漂移，指纹区差异增强。对于高分子聚合物，由于聚合度、聚合序列、端基结构不同而产生的物质构型（构象）差异也会增加待测物与标准物的红外谱图的比对、解析难度。

2.3 红外光谱对塑料鉴定的优势与弊端

化工生产过程中常会涉及到危险化学品的使用和储存，有些化学品生产反应装置集中，反应条件苛刻，一旦发生安全事故极易造成大量的人员伤亡和难以预计的财产损失，对环境有难以修复的污染，不利于经济的持续增长与社会的稳定发展。红外光谱分析可较准确、快速的判定塑料的官能团结构，进而确定塑料的组成形式，通过化学反应过程的光谱分析，及时发现、消除生产、储存、运输过程中的危险因素，避免安全事故发生，便于密切关注、实时控制危险化学品的安全生产过程[4]。

塑料属于高分子聚合物，聚合过程的不均一性，对红外光谱的出峰位置及峰型强度有一定的影响，不均一性主要表现形式：①聚合物的聚合度和分子质量不均一;②聚合物分子间构型的不均一变化会引起指纹区峰型（强度）变化;③聚合物的形态（无定型或结晶）不均一会引起特征峰出峰位置的变化。因此，在成分较为复杂的塑料物质鉴定，单纯的红外光谱也无法准确判定塑料的成分，需要有经验的人员配合多种谱图相互印证分析。

3 总结

本文按照一定的程序和科学的方法从初步目测检验、红外光谱分析鉴定塑料（无色透明颗粒物）主要成分，分析阐述了待测样品与标准品红外谱图的差异原因，论述了红外光谱技术在鉴定未知物所含官能团不可替代的突出优势，为物质鉴定提供可靠的技术依据，鉴定的结果是综合评断的客观依据，可监控化学品安全生产过程，及时排查安全隐患，避免事故发生。

参考文献：

[1]刘荣仲，刘俊松.用红外光谱鉴定塑料成分[J].塑料科技， 2008（06）：72-77.

[2]杨东琪.环境样品中微塑料理化特征的检测和表征方法[D].上海：华东师范大学，2017.

[3]连俊青，温馨.塑料物证的检验现状[J].山东化工，2018， 47（02）：90-91+99.

[4]谢建兵，周家铭，施祖建，郁颖蕾.危险化学品火灾爆炸事故鉴证[J].中国安全科学学报，2007（04）：131-135+179.

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