1. 引言

再生塑料的组分分析是实现精准回收、质量控制及高值化利用的关键。红外光谱（IR）作为分子振动指纹图谱技术，可快速鉴别塑料类型（如 PE、PP、PVC）、检测添加剂（抗氧化剂、增塑剂）及追踪降解产物，为再生塑料的分级分类提供科学依据。本文系统阐述基于红外光谱仪的再生塑料组分分析检测方案。

2. 检测原理与技术优势

• 不同化学键（如 C-H、C=O、C-Cl）在特定波数（cm⁻¹）产生特征吸收峰（表 1）

• 指纹区（1300-600 cm⁻¹）可区分同分异构体及共聚结构

2.2 技术优势

• 非破坏性检测，无需化学预处理

• 可分析固体、液体及薄膜样品

• 检测限低至 0.1%（w/w）

3. 检测方案设计

• 清洗：用丙酮超声去除表面油污

• 干燥：真空烘箱（60℃，24h）消除水分干扰

• 制样：

• 薄膜：直接 ATR 检测

• 颗粒 / 碎片：研磨后 KBr 压片（样品: KBr=1:100）

• 纤维：傅里叶变换显微红外（FTIR-μ）微区分析

• 扫描范围：4000-400 cm⁻¹

• 分辨率：4 cm⁻¹

• 扫描次数：32 次累加

• 检测器：DTGS（中红外）/ MCT（低温冷却型）

  
  

  
  

• 

• 衰减全反射（ATR）：适用于表面分析，穿透深度 2-5 μm

• 漫反射（DRIFT）：适合粉末样品，消除颗粒散射干扰

• 透射模式：需制备 < 100 μm 薄片，用于定量分析

4. 典型应用场景

• 建立标准谱库（NIST、Sadtler），通过比对确定未知样品类型

• 案例：在再生 PP 中检测到 1715 cm⁻¹ 峰，确认混入 PET 杂质

• 抗氧化剂（如 1010）：检测 3500 cm⁻¹（OH 伸缩）

• 增塑剂（如 DEHP）：识别 1770 cm⁻¹（C=O 伸缩）

• 阻燃剂（如溴系）：分析 1260 cm⁻¹（C-Br 伸缩）

• 羰基指数（CI）：1715 cm⁻¹ 峰面积 / 2850 cm⁻¹ 峰面积

• 交联度：通过 1650 cm⁻¹（C=C）峰强度变化判断

• 案例：老化 PE 的 CI 值从 0.05 升至 0.32，表明氧化降解加剧

5. 技术挑战与解决方案

• 问题：共混塑料（如 ABS/PC）光谱重叠严重

• 解决方案：

• 二维相关红外光谱（2D-IR）分离重叠峰

• 偏最小二乘法（PLS）建立定量模型

• 问题：催化剂残留（如 Ti 系）特征峰微弱

• 解决方案：

• 表面增强红外吸收（SEIRA）技术

• 联用 XPS 进行元素验证

• 问题：生产线上难以实时制样

• 解决方案：

• 光纤探头（FPA）实现非接触检测

• 结合深度学习构建快速分类模型

6. 标准方法与质量控制

• ASTM D3418：塑料玻璃化转变温度检测

• ISO 11357：热分析标准

• 质量控制：

• 定期校验波数准确性（聚苯乙烯膜标准品）

• 建立实验室间比对机制

• 使用 CRM 认证的再生塑料标准物质

7. 未来发展趋势

1. 微型化设备：便携式红外光谱仪实现现场快速检测

2. 智能分析系统：AI 算法自动解析光谱并生成报告

3. 多技术联用：IR-GC-MS 同步分析成分与挥发性有机物

4. 3D 成像技术：揭示塑料内部组分分布异质性

8. 结论