液體閃爍計(jì)數(shù)器法測(cè)定生物基泡沫中生物質(zhì)含量

(江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，南京 210007)

液體閃爍計(jì)數(shù)器法測(cè)定生物基泡沫中生物質(zhì)含量

王燕朱宇宏曹麗芬余輝郭靜卓

(江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，南京 210007)

分別采用液體閃爍計(jì)數(shù)器和加速質(zhì)譜儀對(duì)3塊不同生物質(zhì)含量的生物基泡沫進(jìn)行測(cè)試。發(fā)現(xiàn)以二氧化碳吸收作前處理的液體閃爍計(jì)數(shù)器法的測(cè)定結(jié)果中生物質(zhì)百分含量分別為13.41%、19.51%和28.05%；加速器質(zhì)譜法測(cè)定的結(jié)果為14.12%、20.39%和27.61%，兩種方法的相對(duì)偏差為5.00%、4.30%和1.59%。結(jié)果表明：以二氧化碳吸收作前處理的液體閃爍計(jì)數(shù)器法能對(duì)生物基泡沫塑料進(jìn)行鑒定，并能很好的測(cè)試出生物質(zhì)的含量。

生物基泡沫 液體閃爍計(jì)數(shù)器 加速質(zhì)譜儀 生物質(zhì)含量 二氧化碳吸收法

泡沫材料因密度小、熱導(dǎo)率低、緩沖和吸音等性能被廣泛用于包裝材料、緩沖材料、隔熱保溫材料和隔音材料中[1]。但石油基泡沫塑料垃圾不易降解對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的威脅越來(lái)越大，被許多國(guó)家立法禁止生產(chǎn)。生物基泡沫能減少石油的耗損，且來(lái)源豐富、環(huán)保、可再生、可降解和生物相容性好[2]，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但市場(chǎng)上生物基和石油基泡沫塑料產(chǎn)品參差不齊，標(biāo)識(shí)不明，對(duì)生物基與石油基泡沫塑料的鑒別成為研究的熱點(diǎn)。

所有生物體死亡時(shí)的碳十二同位素(12C)和碳十四同位素(14C)的比例都是一樣的，但是14C將以5730年的半衰變期衰變減少，但12C的數(shù)量保持不變，因此石化基材料中14C的含量幾乎為零，可以通過(guò)比較材料中14C含量來(lái)確定生物基含量。歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制定了CEN/TS 15440:2006[3]測(cè)定固體可再生燃料中的生物基含量，采用選擇性溶解法作為技術(shù)規(guī)范。Ariyaratne等[4]采用該方法對(duì)垃圾衍生燃料進(jìn)行了生物基含量的測(cè)定。美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)制定了ASTM D6866[5]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定放射性同位素14C來(lái)確定材料中生物基含量，包括液體閃爍計(jì)數(shù)法(LSC, liquid scintillation counter)和加速器質(zhì)譜法(AMS, accelerator mass spectrometry)兩種方法。LSC根據(jù)樣品前處理的不同又可分為CO2吸收法、直接液體閃爍計(jì)數(shù)法和苯合成法。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[6]和Bronic等[7，8]采用了吸收液和閃爍液的組合直接吸收CO2，用于測(cè)定生物基材料中生物質(zhì)含量，但誤差較大。Brunnermeier等[9]單獨(dú)采用閃爍液來(lái)直接吸收CO2，用液體閃爍計(jì)數(shù)器對(duì)象牙樣品進(jìn)行年代鑒定，但存在一些不確定因素，影響測(cè)試結(jié)果。Noakes[10]等和郭項(xiàng)雨[11]等利用苯合成法測(cè)定了化肥、潤(rùn)滑油、脫脂劑和生物塑料等生物質(zhì)基產(chǎn)品中的生物基含量，該方法相較于CO2吸收法、直接液體閃爍計(jì)數(shù)法較為復(fù)雜，并且費(fèi)時(shí)。AMS法測(cè)試成本高，且國(guó)內(nèi)儀器數(shù)量較少。本文研究使用CO2吸收法作為樣品前處理方法，通過(guò)液體閃爍計(jì)數(shù)器測(cè)定生物基泡沫塑料中生物質(zhì)的含量，并與加速器質(zhì)譜儀測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較來(lái)判斷方法的優(yōu)劣性。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

Quantulus 1220超低本底液體閃爍分析儀(美國(guó)PerkinElmer公司)；氧彈燃燒裝置(Parr儀器公司)；C-MAG HS7磁力攪拌器(德國(guó)IKA公司)。

吸收液Carbo-Sorb、閃爍液Permafluor E +(美國(guó)PerkinElmer公司)；分析純氫氧化鈉、鹽酸(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；分析純甲基橙(阿拉丁試劑有限公司)；生物基泡沫塑料、大豆油多元醇、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)(廣州海珥瑪植物油有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將約2.0g的生物基泡沫在氧彈燃燒裝置的陰陽(yáng)極固定好，再將裝有2mol/L NaOH吸收液和小磁子的燒杯放入氧彈燃燒裝置中，將氧彈密閉后通入約20bar的O2用于排出空氣，點(diǎn)火。將氧彈放到磁力攪拌器上攪拌1h，讓NaOH充分吸收二氧化碳，將碳酸鈉溶液倒入三口燒瓶，加入甲基橙指示劑，通過(guò)鹽酸進(jìn)行滴定和通入N2將釋放的二氧化碳用吸收液吸收，后加入9mL的閃爍液，在暗箱靜置24h，放入超低本底液體閃爍分析儀進(jìn)行測(cè)試500min。

實(shí)驗(yàn)步驟見(jiàn)圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)步驟

2 結(jié)果與討論

2.1 碳含量

實(shí)驗(yàn)中使用2mol/L NaOH溶液吸收生物基泡沫燃燒后生成的CO2，然后在通入氮?dú)獾臈l件下，使用鹽酸進(jìn)行反應(yīng)和甲基橙指示，通過(guò)carbo-sorb吸收液完全吸收CO2，并稱量吸收前后吸收閃爍瓶的重量計(jì)算出CO2的量。按照相對(duì)分子質(zhì)量計(jì)算出碳吸收量(表1)。

2.2 樣品中每克有機(jī)碳放射性活度

按公式(1)計(jì)算出樣品中每克有機(jī)碳放射性活度：

(1)

式中：A—樣品中每克有機(jī)碳放射性活度，Bq/g碳；

nc—樣品計(jì)數(shù)率，cpm；

nb—本底計(jì)數(shù)率，cpm；

Eff—樣品在液閃譜儀14C道的計(jì)數(shù)效率，%；

mc—樣品碳的質(zhì)量，g。

表1 樣品中每克有機(jī)碳放射性活度

2.3 生物基泡沫塑料中生物質(zhì)含量

按公式(2)計(jì)算生物基泡沫塑料生物質(zhì)含量，結(jié)果見(jiàn)表2。

(2)

式中：C—樣品中生物基含量，%；

As—樣品中每克有機(jī)碳放射性活度，Bq/g碳；

Ar—參比樣中每克有機(jī)碳放射性活度，Bq/g碳；

Ab—本底樣中每克有機(jī)碳放射性活度，Bq/g碳；

表2 不同方法測(cè)得生物質(zhì)含量

從表2可以看出，當(dāng)以西安加速器質(zhì)譜中心的加速器質(zhì)譜儀測(cè)得的生物質(zhì)含量為理論值，以液體閃爍計(jì)數(shù)器測(cè)試結(jié)果為實(shí)際值，得到相對(duì)偏差為1.59%～5.00%之間，可以得出液體閃爍計(jì)數(shù)器法能夠準(zhǔn)確的測(cè)定出生物基泡沫塑料中生物質(zhì)含量。

3 結(jié)論

利用二氧化碳吸收作為前處理的方法，再采用液體閃爍計(jì)數(shù)器測(cè)定生物基泡沫塑料中生物質(zhì)含量相較于轉(zhuǎn)苯法作為前處理方法具有快速、簡(jiǎn)便且不確定性影響因素小的優(yōu)點(diǎn)。該方法測(cè)試的精密度較高相對(duì)偏差小于等于5%，能夠很好的鑒別生物質(zhì)基和石油基泡沫塑料。

[1]付慶偉, 于九皋, 馬驍飛.淀粉類生物降解泡沫塑料的研究進(jìn)展[J]. 高分子通報(bào),2006,9:79-84.

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Determinationofbio-basedcontentinbio-basedfoamsbyliquidscintillationcounting.

WangYan，ZhuYuhong，CaoLifen，YuHui，GuoJingzhuo

(JiangsuProvincialSupervisingamp;TestingResearchInstituteforProductsQuality,Nanjing210007,China)

Liquid scintillation counter (LSC) and accelerator mass spectrometry (AMS) were used to determine the bio-based content of three bio-based foams. It was found that the bio-based contents of foams tested by LSC were 13.41%, 19.51% and 28.05% respectively, while the results determined by AMS were 14.12%, 20.39% and 27.61% respectively. The relative deviations were 5.00%, 4.30% and 1.59% for the two above methods. The results indicated that the LSC method based on the preparation method of CO2absorption could well identify bio-based foams and determine the bio-based content.

bio-based foam; liquid scintillation counter (LSC); accelerator mass spectrometry (AMS); the bio-based content; CO2absorption method

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.06.010

2017-05-09

王燕，碩士，研究員級(jí)高工，主要從事高分子材料性能測(cè)試研究和標(biāo)準(zhǔn)化，E-mail：wangy03@126.com。