塑料水杯的傅立葉紅外光譜(ATR) 法鑒別

李 建

( 煙臺市產品質量監督檢驗所，山東煙臺264003）

人們天天都必須飲水，飲水自然離不開水杯。人們在重視水質的同時，對飲水工具也給予了很多關注［1］。現在塑料水杯是我們生活中很常見的一種容器，因其多變的造型、鮮艷的顏色、不怕摔打的特性，受到了許多人特別是兒童和青少年的喜愛，是一種比較時尚、不易摔壞、攜帶方便的杯具。常見的塑料水杯材質有聚丙烯（PP）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）等幾種。塑料本身是無毒的，它對食品的污染主要來源于其殘留的催化劑、單體和添加劑［2］。有研究表明，聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）這種容器長時間使用可能會釋放出致癌物鄰苯二甲酸二辛酯（DOP），對人體具有毒性傷害，其他某些材質的塑料杯裝熱水或開水時有毒的化學物質也很容易析入水中。專家提醒除了PP 制品可以作為日常飲用水容器外，其他材質都不是十分安全的。

日常生活中，各種塑料水杯的材質人們僅從外觀上很難進行鑒別。本文研究試驗采用傅立葉紅外光譜(ATR)法對兩件塑料水杯樣品材質進行鑒定。通過傅立葉變換紅外光譜儀采集塑料水杯樣品的紅外特征譜圖，根據樣品紅外光譜圖中特征峰出現的位置鑒別出塑料水杯樣品的材質，對塑料水杯進行材質定性，該方法具有干擾小、特征性好、分析時間短、所用試樣量少、污染小等優點［3］。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器設備

Nicolet 6700 型傅立葉紅外光譜（FT-IR）儀、水平ATR 附件。

1.2 實驗樣品

兩件塑料水杯樣品。

1.3 實驗目的

鑒別兩件塑料水杯樣品的材質（1 號、2 號）。

1.4 實驗方法

(1) 儀器實驗參數的設定： 設定掃描范圍為4000～650 cm-1，設定掃描次數為32 次，設定分辨率為4cm-1，然后掃描背景光譜。

(2) 從塑料水杯上刮下一小薄片置于水平ATR 附件的鍺晶體表面上，大小蓋住鍺晶體（直徑約2 mm）即可，壓頭壓平。

(3) 每件樣品掃描約1min，采集兩件塑料水杯樣品的紅外光譜譜圖，如圖1、圖2 所示。

(4)進行樣品紅外光譜譜圖的處理。

圖1 1 號塑料水杯紅外譜圖Fig. 1 Infrared spectrogram of plastic cup No.1

圖2 2 號塑料水杯紅外譜圖Fig.2 Infrared spectrogram of plastic cup No.2

2 結果分析

由圖3 可得，PET 的紅外標準譜圖的特征峰出現在1715、1504、1453、1408、1339、1241、1102、1015、723 cm-1等波數附近。由于和苯環直接相連［4］，受苯環誘導效應的影響吸收峰產生紅移，C=O 伸縮振動峰漂移到1715cm-1附近波數處；1504、1453、1408 cm-1等波數處是苯環的骨架振動吸收峰；在1102cm-1和1241cm-1處強度相似的兩個強峰是C-O-C 伸縮振動，它們可共同表明酯類的存在。受到羰基基團的影響［5］，苯環上C-H搖擺振動吸收峰漂移到723cm-1處。

圖3 PET 紅外標準譜圖（出自設備譜圖庫）Fig. 3 Infrared standard spectrogram of PET（From equipment spectrogram library）

由圖4 可得，PP 的紅外標準譜圖的特征峰出現在2952、2869、1459、1377、1165、970、718 cm-1等 波數附近［6］。PP 屬于飽和聚烴類，CH3和CH 的伸縮振動與CH2的伸縮振動疊加在一起，在3000～2800 cm-1區域有極強的吸收譜帶。甲基的吸收峰出現在2952、2869、1377 cm-1等處；亞甲基的扭曲變形振動與甲基的扭曲變形振動吸收峰相互重疊，這個特征峰輕微漂移到了1459cm-1處［7］。由于每兩個碳就有一個甲基支鏈，因此除了1459cm-1CH2的彎曲振動外，還有在1377cm-1處很強的甲基彎曲振動譜帶。718cm-1附近處有一中等強度的譜帶，它源于［CH2］n（n≥3）搖擺振動的吸收。PP 紅外譜圖的另一個重要特點是在1165cm-1和970 cm-1處有［CH2CH(CH3)］n的特征峰。

圖4 PP 紅外標準譜圖（出自設備譜圖庫）Fig. 4 Infrared standard spectrogram of PP（From equipment spectrogram library）

觀察紅外光譜圖特征峰出現的位置，對比紅外光譜圖（圖1～圖4）。可見，圖1 與圖4、圖2 與圖3 特征譜峰出現的位置整體上基本相符，均只存在位置微小的偏移。分析得出結論， 圖1 與圖4 是同一種材質，即1號樣品應為聚丙烯（PP）；圖2 與圖3 是同一種材質，即2 號樣品應為聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）。

3 結論

從本試驗中得出使用傅立葉紅外光譜(ATR) 法定性鑒定塑料水杯材質，具有特征性好、分析時間短、所用試樣量少、污染小、干擾小等優點，能快速準確地鑒別出塑料水杯的材質，對加強塑料水杯的質量監督及市場調研能力有一定的實用價值。