【微光谱应用】光谱学技术在塑料回收领域中的应用

应用背景

一些塑料的合成使用大分子材料（如聚合物），这些聚合物通常在低温下通过注塑成型制造，回收利用很简单。然而，不同塑料使用的聚合物不同。因此很有必要在回收流中分离不同的聚合物。在近红外波段，不同聚合物因其成分不同，具有独特的光谱特征，印在塑料上的回收代码（图1）也与此密切相关）。此外，使用近红外光谱测试技术几乎无需样品制备，测试灵活简单。

图1 大多数编码塑料在NIR中有明显的特征光谱。

使用Flame-NIR+进行漫反射测试

为证明Flame-NIR+光谱仪在塑料识别方面的有效性，海洋光学测试了几个样品的漫反射率：PETE（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、热塑性LDPE（低密度聚乙烯）、PP（聚丙烯）和 PS（聚苯乙烯）。

测试使用 Flame-NIR+光谱仪、高功率卤钨灯光源HL-3P、600 µm纤芯的反射探头和WS-1漫反射标准板。同时采用OceanView软件设置参数，积分时间为6 ms ，多次扫描平均为50。在OceanView的反射率模式下采集数据，得到样品的反射率R。根据反射率可绘制log（1/R）VS Wavelength的图表。从化学分析角度讲，这是一种更直观的显示反射光谱的方法，因为从中可反映出浓度随信号强度的变化。

图2 使用Flame-NIR+测试塑料样品的漫反射率。

在没有采用基线校正的情况下，采用 Flame-NIR+ 进行光谱测试（图2）。为更容易辨别光谱特征，我们从光谱中的每个数据点中减去 1303 nm 处的反射率来进行基线校正。这是一个数据处理的步骤，有助于消除光纤移动或其他问题可能导致的强度偏移，更容易查看谱形差异（图3）。

图3 基线校正后，使用Flame-NIR+测试的漫反射光谱。

使用NirQuest+光谱仪进行漫反射测试

与使用Flame-NIR+测试时一致，使用高功率卤钨灯光源HL2000、600 µm 芯径的反射探头和漫反射标准板WS-1来测量塑料聚丙烯样品PP。在 OceanView 软件中将积分时间设置为5 ms，多次扫描平均为25。测试结果如图4所示。

图4 使用 NIRQuest+1.7测试聚丙烯的漫反射率。

如何处理近红外测试数据？

通过采集的近红外光谱数据，可构建强大的数学模型，但不同物质的数学模型不同。近红外光谱提供了丰富的样本信息，前提是拥有分析这些数据的“工具”。例如，主成分分析是一种化学计量分析方法，可根据样品的光谱特征进行分组和分类。

随着塑料品的消费量不断增大，废旧塑料品也不断增多，给生态平衡带来了很大影响。基于光谱学技术，回收商可简化塑料分拣流程，提高运营成本效益，为环境可持续发展做出贡献。