一些塑料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制造，回收利用很簡(jiǎn)單。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(dú)特的光譜特征，印在塑料上的回收代碼（圖1）也與此密切相關(guān)）。此外，使用近紅外光譜測(cè)試技術(shù)幾乎無需樣品制備，測(cè)試靈活簡(jiǎn)單。
圖1 大多數(shù)編碼塑料在NIR中有明顯的特征光譜。
為證明Flame-NIR+光譜儀在塑料識(shí)別方面的有效性，海洋光學(xué)測(cè)試了幾個(gè)樣品的漫反射率：PETE（聚對(duì)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)板。同時(shí)采用OceanView軟件設(shè)置參數(shù)，積分時(shí)間為6 ms ，多次掃描平均為50。在OceanView的反射率模式下采集數(shù)據(jù)，得到樣品的反射率R。根據(jù)反射率可繪制log（1/R）VS Wavelength的圖表。從化學(xué)分析角度講，這是一種更直觀的顯示反射光譜的方法，因?yàn)閺闹锌煞从吵鰸舛入S信號(hào)強(qiáng)度的變化。
圖2 使用Flame-NIR+測(cè)試塑料樣品的漫反射率。
在沒有采用基線校正的情況下，采用 Flame-NIR+ 進(jìn)行光譜測(cè)試（圖2）。為更容易辨別光譜特征，我們從光譜中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中減去 1303 nm 處的反射率來進(jìn)行基線校正。這是一個(gè)數(shù)據(jù)處理的步驟，有助于消除光纖移動(dòng)或其他問題可能導(dǎo)致的強(qiáng)度偏移，更容易查看譜形差異（圖3）。
圖3 基線校正后，使用Flame-NIR+測(cè)試的漫反射光譜。
與使用Flame-NIR+測(cè)試時(shí)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(biāo)準(zhǔn)板WS-1來測(cè)量塑料聚丙烯樣品PP。在 OceanView 軟件中將積分時(shí)間設(shè)置為5 ms，多次掃描平均為25。測(cè)試結(jié)果如圖4所示。
圖4 使用 NIRQuest+1.7測(cè)試聚丙烯的漫反射率。
通過采集的近紅外光譜數(shù)據(jù)，可構(gòu)建強(qiáng)大的數(shù)學(xué)模型，但不同物質(zhì)的數(shù)學(xué)模型不同。近紅外光譜提供了豐富的樣本信息，前提是擁有分析這些數(shù)據(jù)的“工具”。例如，主成分分析是一種化學(xué)計(jì)量分析方法，可根據(jù)樣品的光譜特征進(jìn)行分組和分類。
隨著塑料品的消費(fèi)量不斷增大，廢舊塑料品也不斷增多，給生態(tài)平衡帶來了很大影響?；诠庾V學(xué)技術(shù)，回收商可簡(jiǎn)化塑料分揀流程，提高運(yùn)營(yíng)成本效益，為環(huán)境可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
1 Becker, W., Sachsenheimer, K. And Klemenz, M., “Detection of Black Plastics in the Middle Infrared Spectrum (MIR) Using Photon Up-Conversion Technique for Polymer Recycling Purposes,“ Polymers (Basel). 2017 Sep; 9(9): 435.