TWI823229B - 塑膠微粒鑑別方法 - Google Patents
塑膠微粒鑑別方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI823229B TWI823229B TW111101852A TW111101852A TWI823229B TW I823229 B TWI823229 B TW I823229B TW 111101852 A TW111101852 A TW 111101852A TW 111101852 A TW111101852 A TW 111101852A TW I823229 B TWI823229 B TW I823229B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- plastic
- plastic particles
- pvc
- pet
- peak
- Prior art date
Links
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 title claims abstract description 189
- 239000004033 plastic Substances 0.000 title claims abstract description 189
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 title abstract 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 78
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 60
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 60
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims abstract description 56
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims abstract description 55
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 28
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 50
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 50
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims description 9
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N nitrobenzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CC=C1 LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 37
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 26
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 13
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 2
- 229960001701 chloroform Drugs 0.000 description 2
- NEHMKBQYUWJMIP-UHFFFAOYSA-N chloromethane Chemical compound ClC NEHMKBQYUWJMIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000005662 Paraffin oil Substances 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229940050176 methyl chloride Drugs 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 150000003109 potassium Chemical class 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005464 sample preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000010187 selection method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 238000000003 thermogravimetry coupled to Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3563—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/44—Resins; Plastics; Rubber; Leather
- G01N33/442—Resins; Plastics
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J2003/2859—Peak detecting in spectrum
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N2021/3595—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using FTIR
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
一種塑膠微粒鑑別方法，包括：針對塑膠微粒進行紅外光分析，以鑑別出該塑膠微粒是否包含聚對苯二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯及尼龍66，其中，該鑑別係判定塑膠微粒是否具有各塑膠之特徵峰，且該特徵峰係選自各塑膠之紅外光譜訊號中彼此不重疊及干擾的訊號。
Description
本揭露係關於一種塑膠微粒鑑別方法，尤係關於一種於未知塑膠混合物微粒中鑑別出聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，簡稱PET)、聚乙烯(polyethylene，簡稱PE)、聚丙烯(polypropylene，簡稱PP)及尼龍66(nylon 66，簡稱NY)等塑膠成份之鑑別方法，亦可鑑別出聚氯乙烯(polyvinyl chloride，簡稱PVC)。
根據2017年的研究統計顯示，在全球生產之塑膠總量中，PE佔36%、PP佔21%、PVC佔12%、PET佔小於10%、聚氨酯(polyurethane，簡稱PUR)佔小於10%、聚苯乙烯(polystyrene，簡稱PS)佔小於10%，這幾種塑膠已佔全球所有塑膠總量之92%以上(Geyer et al,2017)。而纖維型塑膠NY，也是人類經常使用的塑膠產品。這些大量使用的塑膠產品被廢棄於環境之中，隨經年累月的風化作用，結構被破壞，形成尺寸極小的塑膠微粒。此種塑膠微粒累積於各種環境，並藉由循環作用進入飲用水、河川湖泊與海洋之中，對環境、生物、更特別是人類造成衝擊。
先前公開發表的文獻已使用許多評估方法與分析程序來檢測塑膠微粒，例如Yu et al.(2019)的研究應用TGA-FTIR量化PVC和PS；Olesen et al.(2019)採用FPA-μFTIR來對蓄水池中的塑膠微粒進行分佈成像和自動數據分析；Huang et al.(2020)使用micro-FTIR調查河口環境塑膠微粒的大小與含量，並量化此環境中魚類體內的塑膠微粒累積含量；Araujo et al.(2018)則使用拉曼光譜對環境中的塑膠微粒進行種類分析與成像。
由前述的研究成果可以看出大部分的塑膠微粒檢測是將樣品中所有的塑膠成份以一個整體樣品來看待，著重在計數塑膠微粒的數量及重量以展現出塑膠微粒的多寡。然而，塑膠微粒可能包含各種不同成份的塑膠成份，各塑膠成份因分子結構之差異而具有獨特的物理及化學性質，除了對環境有不同程度的威脅之外，亦可能於各種評估分析方法中造成誤差。為了正確評估塑膠微粒對環境及生物的影響，需要能對塑膠微粒中所含之各種塑膠成份進行區分及鑑別方法。
前述所提及之文獻係如下所示：
Geyer, R., Jambeck, J. R., and Law, K. L. 2017. Production, use, and fate of all plastics ever made. Science advances, 3(7), e1700782.
Yu, J., Wang, P., Ni, F., Cizdziel, J., Wu, D., Zhao, Q., and Zhou, Y. (2019). Characterization of microplastics in environment by thermal gravimetric analysis coupled with Fourier transform infrared spectroscopy. Marine pollution bulletin, 145, 153-160.
Olesen, K. B., Stephansen, D. A., van Alst, N. and Vollertsen, J. (2019). Microplastics in a stormwater pond. Water, 11(7), 1466.
Huang, J. S., Koongolla, J. B., Li, H. X., Lin, L., Pan, Y. F., Liu, S., and Xu, X. R. (2020). Microplastic accumulation in fish from Zhanjiang mangrove wetland, South China. Science of The Total Environment, 708, 134839.
Araujo, C. F., Nolasco, M. M., Ribeiro, A. M., and Ribeiro-Claro, P. J. 2018. Identification of microplastics using Raman spectroscopy: Latest developments and future prospects. Water research, 142, 426-440.
有鑑於此，本揭露提供一種塑膠微粒鑑別方法，包括：對該塑膠微粒進行紅外光分析，以鑑別出該塑膠微粒是否包含至少一種選自由PET、PE、PP及NY組成群組之塑膠，其中，該鑑別係判定該塑膠微粒是否具有各該塑膠之特徵峰，且該特徵峰係選自各該塑膠之紅外光譜訊號中彼此不重疊及干擾的訊號。
於一具體實施例中，PET之特徵峰位置係793±5cm-1、PE之特徵峰位置係1472±5cm-1及1462±5cm-1、PP之特徵峰位置係841±5cm-1以及NY之特徵峰位置係3295±5cm-1。
於一具體實施例中，本揭露之塑膠微粒定性方法復包括於進行該紅外光分析前，對該塑膠微粒施以清洗前處理。
於一具體實施例中，該清洗前處理包括以芬頓反應去除有機物以及以水沖洗該塑膠微粒。
於一具體實施例中，本揭露之塑膠微粒定性方法復包括於進行該紅外光分析前，使該塑膠微粒與溴化鉀進行造錠前處理。
於一具體實施例中，本揭露之塑膠微粒定性方法復包括於進行該紅外光分析前，對該塑膠微粒進行溶劑萃取。
於一具體實施例中，該溶劑萃取係以選自四氫呋喃、硝基苯、環己酮、二氯甲烷、三氯甲烷及四氯化碳組成群組之溶劑進行。
於一具體實施例中，本揭露之塑膠微粒定性方法復包括使該溶劑萃取所得之萃取液形成結晶，並對該結晶進行紅外光分析，以進一步鑑別出該塑膠微粒是否包含PET、PE、PP及NY以外之成份。
於一具體實施例中，本揭露之塑膠微粒定性方法復包括鑑別出該塑膠微粒是否包含PVC。
於一具體實施例中，PVC之特徵峰位置係712±5cm-1。
圖1A至圖1E分別係個別的PET、PE、PP、PVC及NY之傅立葉轉換紅外光譜圖(Fourier-transform infrared spectroscopy，簡稱FTIR)。
圖2係包含PET、PE、PP、PVC及NY五種塑膠之塑膠混合物之FTIR圖譜，其中，(a)表示PET貢獻之峰、(b)表示PE貢獻之峰、(c)表示PP貢獻之峰、(d)表示PVC貢獻之峰、(e)表示NY貢獻之峰。
圖3係包含PET、PE、PP、PVC及NY五種塑膠與包含PE、PP、PVC及NY四種塑膠之兩塑膠混合物之FTIR圖譜。
圖4係包含PET、PE、PP、PVC及NY五種塑膠與包含PET、PP、PVC及NY四種塑膠之兩塑膠混合物之FTIR圖譜。
圖5係包含PET、PE、PP、PVC及NY五種塑膠與包含PET、PE、PVC及NY四種塑膠之兩塑膠混合物之FTIR圖譜。
圖6係個別的PET、PE、PP、PVC及NY之FTIR圖譜。
圖7係包含PET、PE、PP、PVC及NY五種塑膠與包含PET、PE、PP及PVC四種塑膠之兩塑膠混合物之FTIR圖譜。
圖8係本揭露塑膠微粒鑑別方法之流程圖。
圖9係本揭露實施例1各樣品之FTIR圖譜於選定之PET特徵峰位置之比較。
圖10係本揭露實施例1各樣品之FTIR圖譜於選定之PE特徵峰位置之比較。
圖11係本揭露實施例1各樣品之FTIR圖譜於選定之PP特徵峰位置之比較。
圖12係本揭露實施例1各樣品之FTIR圖譜於選定之NY特徵峰位置之比較。
以下藉由特定的具體實施例說明本揭露的實施方式，本揭露所屬技術領域中具有通常知識者可根據本文所記載的內容輕易地瞭解本揭露的範圍及功效。然而，本文所記載的具體實施例並非用以限定本揭露，所列舉的各技術特徵或方案可彼此組合，本揭露亦可藉由其它不同的實施方式加以實現或應用，本文所記載的各項細節亦可根據不同的觀點與應用，在不悖離本揭露下賦予不同的變化或修飾。
本文中所述的「包括」、「包含」或「具有」特定要件時，除非另有說明，否則可另包含其他要件、元件、組成分、結構、區域、部位、裝置、系統、步驟或連接關係等要件，而非排除該等其他要件。
除非本文中另有明確說明，否則本文中所述的單數形式「一」及「該」亦包含複數形式，且本文中所述的「或」與「及/或」可互換使用。
本文中所述的數值範圍是包含且可合併的，落在本文所述數值範圍內的任何數值皆可作為最大值或最小值以導出其次範圍；舉例而言，「250目以上」的數值範圍應可理解為被包含於最小值為250目以上的任何次範圍，例如：250目以上、300目以上、及500目以上等次範圍；此外，若一數值落在本文所述的各範圍內(如500目落在250目以上的範圍內)，即該數值當視作包括在本揭露的範圍內。
本揭露係考量到PET、PE、PP及NY之生產量及使用量極大，對於環境造成諸多影響，故特別著眼於在未知塑膠微粒中鑑別出PET、PE、PP及NY。另一方面，由於PVC也是廣泛使用之塑膠，本揭露也進一步提供在未知塑膠微粒中鑑別出PET、PE、PP、PVC及NY之鑑別方法。本揭露之特點在於，對未知塑膠微粒可於單次的紅外光譜中鑑別出多種塑膠成分，不需要進行多次且複雜的成分萃取分離步驟，簡便又具有相當的準確性。
在分析及鑑別材料領域中，紅外光譜是一種廣泛使用的技術，例如傅立葉轉換紅外光譜(Fourier-transform infrared spectroscopy，簡稱FTIR)。不同成份因為分子結構差異，對於光學射線的反應有所區別，FTIR通過不同成份在紅外光區段中對各波長紅外光有不同程度的吸收，從而建立出可對應出特定成份的紅外光圖譜。
如圖1A至1E所示，常見塑膠PET、PE、PP、PVC及NY因單體的分子結構及聚合情形而在結構上有所差異，故各自具有獨特的FTIR圖譜。根據FTIR圖譜，可發現物質可能在同一個波數位置上有訊號，當分析一個具有多種塑膠及其他雜質的樣品時，各塑膠及雜質對紅外光各自有不同的吸收，彼此相
互干擾呈現一個混雜、總和的吸收訊號，導致在判斷樣品包含何種成分時產生誤判。因此，對於未知成份之混合物不能只是直接地以某一成分的強峰作為特徵峰進行鑑別，而是必須排除可能彼此相互干擾的反應訊號後，再選定出相對強峰作為特徵峰。舉例而言，如圖1B所示PE之FTIR圖譜，其峰訊號依強度出現在2916±5cm-1、2850±5cm-1及716±5cm-1，但這些峰訊號會受到其他如PET、PP、PVC和NY塑膠之干擾或覆蓋(如圖1A、1C、1D及1E所示)，如果樣品包含多種成份，不能直接由2916±5cm-1、2850±5cm-1及716±5cm-1的峰訊號來清楚地鑑別出PE；相對地，本揭露所述之塑膠微粒鑑別方法，將所述各種常見塑膠之FTIR圖譜相互比對，並經過不同塑膠組合之FTIR圖譜進一步確認，選定出PE特徵峰為1472±5cm-1及1462±5cm-1雙峰，這樣的特徵峰強度雖低於前述2916±5cm-1、2850±5cm-1及716±5cm-1的峰訊號，但不易與其他塑膠之特徵峰重疊。因此，本揭露之塑膠微粒鑑別方法可在包含有至少一種選自PE、PET、PP和NY之塑膠的塑膠混合物中，準確地鑑別出塑膠混合物是否具有PE、PET、PP、NY或其組合之塑膠成份。另一方面，本揭露復可在包含有至少一種選自PE、PET、PP、PVC和NY之塑膠的塑膠混合物中，準確地鑑別出塑膠混合物是否具有PE、PET、PP、PVC、NY或其組合之塑膠成份。因此，本揭露可在未知塑膠樣品中也準確地鑑別出其是否具有PE、PET、PP、PVC、NY或其組合之塑膠成份。
本揭露的選定程序使特徵峰強度通常較習知的最強峰小得多，若圖譜設定在較大範圍，如4000cm-1至650cm-1，不易分辨出來，需要依據特徵峰來選出合適的較小範圍，以提高對特徵峰的辨識能力，提高成份辨別的準確度。如本揭露選定PE特徵峰為1472±5cm-1及1462±5cm-1雙峰，其在較小的
FTIR圖譜範圍內進行辨別可以較為清楚及準確，例如在1550cm-1至1350cm-1範圍內可以明顯看出上述的PE特徵峰。
如上所述，為了鑑別出塑膠微粒中所含之塑膠成份，本揭露將五種常見的塑膠：PET、PE、PP、PVC和NY混合、造錠形成塑膠混合物，並進行FTIR分析，結果如圖2所示，可發現大部分峰訊號由兩種以上之塑膠成份貢獻，必須嚴格地比對並選定特徵峰才能準確鑑別出特定塑膠成份。經過本揭露後述之比對及確認，PET特徵峰選定為793±5cm-1、PE特徵峰選定為1472±5cm-1及1462±5cm-1、PP特徵峰選定為841±5cm-1和NY特徵峰選定為3295±5cm-1。另一方面，PVC特徵峰亦選定為712±5cm-1。
本揭露進行以下的比對及確認程序，以建立出自塑膠混合物微粒鑑別出是否包含PET、PE、PP及NY的方法。
如圖3所示，本揭露將混合有PET、PE、PP、PVC及NY等五種塑膠之塑膠混合物與混合有PE、PP、PVC及NY等四種塑膠之塑膠混合物進行FTIR圖譜比對，觀察到五種塑膠混合物(包含PET)相對於四種塑膠混合物(不包含PET)在793±5cm-1位置上具有明顯的峰訊號，顯示該峰係由PET所貢獻，且與其他塑膠所貢獻之峰訊號彼此不重疊及干擾，可選定為PET特徵峰。不過此峰訊號強度較弱，FTIR圖譜範圍設定在890cm-1至690cm-1、或者更小的840cm-1至740cm-1、820cm-1至760cm-1、810cm-1至770cm-1，以更清楚地辨識出PET特徵峰。
如圖4所示，本揭露將混合有PET、PE、PP、PVC及NY等五種塑膠之塑膠混合物與混合有PET、PP、PVC及NY等四種塑膠之塑膠混合物進行FTIR圖譜比對，觀察到五種塑膠混合物(包含PE)相對於四種塑膠混合物(不
包含PE)在1472±5cm-1和1462±5cm-1位置上具有明顯的雙峰訊號，顯示該雙峰係由PE所貢獻，且與其他塑膠所貢獻之峰訊號彼此不重疊及干擾，可選定為PE特徵峰。不過此峰訊號強度較弱，FTIR圖譜範圍設定在1550cm-1至1350cm-1、或者更小的1500cm-1至1400cm-1、1520cm-1至1420cm-1、1490cm-1至1430cm-1、1480cm-1至1440cm-1，以更清楚地辨識出PE特徵峰。
如圖5所示，本揭露將混合有PET、PE、PP、PVC及NY等五種塑膠之塑膠混合物與混合有PET、PE、PVC及NY等四種塑膠之塑膠混合物進行FTIR圖譜比對，觀察到五種塑膠混合物(包含PP)相對於四種塑膠混合物(不包含PP)在841±5cm-1位置上具有明顯的峰訊號，顯示該峰係由PP所貢獻，且與其他塑膠所貢獻之峰訊號彼此不重疊及干擾，可選定為PP特徵峰。不過此峰訊號強度較弱，FTIR圖譜範圍設定在940cm-1至740cm-1、或者更小的890cm-1至790cm-1、870cm-1至810cm-1、860cm-1至820cm-1，以更清楚地辨識出PP特徵峰。
又如圖7所示，本揭露將混合有PET、PE、PP、PVC及NY等五種塑膠之塑膠混合物與混合有PET、PE、PP及PVC等四種塑膠之塑膠混合物進行FTIR圖譜比對，觀察到五種塑膠混合物(包含NY)相對於四種塑膠混合物(不包含NY)在3295±5cm-1位置上具有明顯的峰訊號，顯示該峰係由NY所貢獻，且與其他塑膠所貢獻之峰訊號彼此不重疊及干擾，可選定為NY特徵峰。不過此峰訊號強度較弱，FTIR圖譜範圍設定在3450cm-1至3150cm-1、或者更小的3400cm-1至3200cm-1、3350cm-1至3250cm-1、3340cm-1至3260cm-1，以更清楚地辨識出NY特徵峰。
除了上述自混合塑膠混合物微粒鑑別出是否包含PET、PE、PP及NY塑膠的方法之外，本揭露還於一具體實施例中提供進一步鑑別出是否包含PVC的方法。
如圖6所示，本揭露將個別的PET、PE、PP、PVC及NY等塑膠進行FTIR圖譜比對，觀察到PVC相對於其他塑膠在712±5cm-1位置上具有峰訊號，可選定為PVC特徵峰。不過此PVC特徵峰訊號強度較弱，FTIR圖譜範圍設定在760cm-1至660cm-1、或者更小的740cm-1至680cm-1、730cm-1至690cm-1、720cm-1至700cm-1，以更清楚地辨識出PVC特徵峰。
本揭露發現到部分塑膠之特徵峰的訊號較弱，於一具體實施例中，於進行紅外光分析之前對樣品進行溶劑萃取，以萃取出特定的塑膠成份。例如，於一具體實施例中，由於選定特徵峰的訊號強度較弱，可能容易被其他成份所干擾或覆蓋，本揭露先以選自四氫呋喃、硝基苯、環己酮、二氯甲烷、三氯甲烷及四氯化碳組成群組之溶劑對塑膠微粒萃取，再進行過濾，使經萃取之塑膠微粒繼續下一步之紅外光分析，而萃取液則可經過結晶析出塑膠，再使該結晶析出之塑膠經紅外光分析進行鑑別。於一具體實施例中，PVC特徵峰712±5cm-1的訊號強度較弱，先以四氫呋喃對混合有PET、PE、PP、PVC及NY等五種塑膠之塑膠混合物進行萃取，接著使經萃取之塑膠混合物繼續下一步之紅外光分析，而萃取液則可經過結晶析出PVC，該結晶析出之PVC經紅外光分析確認。因此，本揭露確認此種先萃取PVC之步驟可應用於鑑別未知塑膠混合物微粒是否包含有PVC之方法上。
如上所述，本揭露之塑膠微粒鑑別方法係包括針對塑膠微粒進行紅外光分析，以鑑別出該塑膠微粒是否包含特定塑膠成份，且該鑑別係判定
塑膠微粒是否具有各塑膠之特徵峰，該特徵峰之選定係自各塑膠的紅外光譜訊號中彼此不重疊及干擾的訊號。
於一具體實施例中，於紅外光分析前，可對塑膠微粒施以清洗前處理，該清洗前處理包括以芬頓反應去除有機物，亦可包括以水沖洗塑膠微粒。通過清洗前處理可減少有機物及雜質對FTIR圖譜產生干擾。
所述芬頓反應傳統係以二價鐵離子(Fe2+)和過氧化氫(H2O2)為試劑，其中，二價鐵離子和過氧化氫在溶液中會反應產生氫氧根自由基(HO．)和氧化羥基自由基(HOO．)，故可藉由這些自由基來氧化分解塑膠微粒上的有機汙染物。其他基於傳統芬頓法的改進技術，諸如高級氧化處理技術(Advanced Oxidation Processes，AOPs)的光芬頓、電芬頓、光電芬頓、超音波芬頓、類芬頓等，亦包含於本揭露之芬頓反應前處理步驟之中。
於一具體實施例中，於紅外光分析前，使塑膠微粒與溴化鉀進行造錠前處理。由於殘存於環境(如水源)之塑膠微粒尺寸微小，類似於粉末之維度，且通常一次能採集到的樣品量很少，因此，為了便於進行紅外光分析，可將微量的塑膠微粒與溴化鉀(KBr)粉末混合或視需要研磨，並置於錠劑成型器內，以抽真空下的加壓環境來製作出透明錠劑。
於其他具體實施例中，亦可採用其他樣品製備法，如Nujol法以石蠟油等液體與樣品粉末混合塗在鹽片上以測定、溶液法使樣品溶於溶劑直接以液體測定、或者薄膜法使樣品熔融或溶於溶劑後形成薄膜以測定。
於一具體實施例中，適於分析的塑膠微粒之粒徑為250目以上、300目以上、500目以上，例如250目、300目、400目、500目、600目。
根據本揭露所述內容，可將塑膠微粒鑑別方法建立出一簡易流程圖，如圖8所示。對於一未知塑膠成份之樣本，可依路徑①進行塑膠微粒鑑
別，首先，可視樣本之汙染程度施行清洗前處理，所述清洗前處理可參考前述；之後，為便於進行紅外光分析，樣本需製備為適用於FTIR分析的試料，所述試料同樣可參考前述，於本揭露之實施例中，採用溴化鉀造錠；最終即可對試料進行FTIR分析，此FTIR分析係於上述之特徵峰選定程序後執行，通過判讀試料FTIR圖譜是否具有選定之特定塑膠特徵峰，從而鑑別出試料是否包含該特定塑膠成份。另一方面，未知塑膠成份之樣本亦可依路徑②進行塑膠微粒鑑別，此與路徑①之差異在於清洗步驟之前，路徑②先對樣本施行溶劑萃取。所述溶劑萃取如前所述，使樣本沉浸於溶劑中並充分攪拌，使特定塑膠成份溶解於溶劑中，然後過濾；其中，固體部分(與溶劑不相溶之塑膠)續行與路徑①相同之步驟，而濾液部分(與溶劑相溶之塑膠)則使溶劑揮發、溶解之塑膠結晶才續行與路徑①相同之步驟。
本揭露將參照下列實施例敘述進一步細節，然而該等實施例絕非意圖用於限制本揭露的範圍。
實施例1
自國立臺灣大學內之地面水體進行樣品採集，樣品分別採自國立臺灣大學水工試驗所旁彼此相連之試驗用水蓄水池(A1)、與蓄水池連接之供水引道(A2及A3)以及實驗農地旁之狹長型生態池(B1)。所述樣品係以抽水機(型號：型鋼力2HP)抽取水體，並以孔徑500目(25μm)之尼龍網進行過濾而採集到之懸浮微粒，以比重法分離雜質後收集於500mL錐形瓶內。A1、A2、A3及B1之樣品量為2mg、4mg、6mg、2mg，其於採樣水體之濃度各為8.0ppb、2.2ppb、3.0ppb、1.0ppb。
添加20mL四氫呋喃至錐形瓶中並攪拌進行萃取，之後以抽氣過濾裝置將溶液通過500目之尼龍網進行過濾，然後進行芬頓反應。芬頓反應係以滴管分別取5mL之1M硫酸亞鐵與5mL、濃度為0.5M、30wt%的過氧化氫溶液滴於尼龍網上，反應30秒後重複一次芬頓反應操作。接著以水沖洗尼龍網上之塑膠微粒樣品，然後將塑膠微粒樣品洗入燒杯內，置於烘箱以75℃烘乾。另一方面，萃取液則置於抽風櫃內使四氫呋喃揮發產生結晶析出，以水清洗並乾燥。所獲得之塑膠微粒樣品與適量之溴化鉀混合，以打錠機造錠，進行FTIR分析。
如圖9所示，樣品A1、A2及A3於793±5cm-1位置上具有峰，即具有PET特徵峰，可鑑別出此三樣品包含PET；相對地，樣品B1則不包含PET。如圖10所示，樣品A1、A2、A3及B1於1472±5cm-1及1462±5cm-1位置上具有雙峰，即具有PE特徵峰，可鑑別出此四樣品均包含PE。如圖11所示，樣品A1、A2及A3於841±5cm-1位置上具有峰，即具有PP特徵峰，可鑑別出此三樣品包含PP；而樣品B1於841±5cm-1位置上峰極不清楚且吸收度明顯低於其他訊號，故判定樣品B1不包含PP。繼續參照圖12，樣品A1、A2及A3於3295±5cm-1位置上不具有峰，顯示樣品不包含NY；不過樣品B1於3295±5cm-1位置則具有明顯的峰，具有NY特徵峰，因此判定樣品B1包含NY。另一方面，萃取液塑膠的結果顯示樣品A1、A2、A3及B1均不包含PVC。
本實施例之結果顯示：
樣品A1包含PET、PE、PP；
樣品A2包含PET、PE、PP；
樣品A3包含PET、PE、PP；
樣品B1包含PE、NY；
由於樣品A1與A2至A3的採樣區域為彼此相連之試驗用水蓄水池及供水管道，故塑膠微粒具有相似的成份；而樣品B1的採樣區域則為另一個實驗農地旁之狹長型生態池，其塑膠成份與樣品A1至A3有明顯的區別。據此，本揭露之塑膠微粒鑑別方法可以有效地達成對未知塑膠微粒之成份鑑別。
Claims (9)
- 一種塑膠微粒鑑別方法，包括：對該塑膠微粒進行紅外光分析，以鑑別出該塑膠微粒是否包含至少一種選自由聚對苯二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯及尼龍66組成群組之塑膠，其中，該鑑別係判定該塑膠微粒是否具有各該塑膠之特徵峰，且該特徵峰係選自各該塑膠之紅外光譜訊號中彼此不重疊及干擾的訊號，其中，於進行該紅外光分析前，對該塑膠微粒進行溶劑萃取，使該溶劑萃取所得之萃取液形成結晶，並對該結晶進行紅外光分析。
- 如請求項1所述之方法，其中，該聚對苯二甲酸乙二酯之特徵峰位置係793±5cm-1、聚乙烯之特徵峰位置係1472±5cm-1及1462±5cm-1、聚丙烯之特徵峰位置係841±5cm-1以及尼龍66之特徵峰位置係3295±5cm-1。
- 如請求項1所述之方法，復包括於進行該紅外光分析前，對該塑膠微粒施以清洗前處理。
- 如請求項3所述之方法，其中，該清洗前處理包括以芬頓反應去除有機物以及以水沖洗該塑膠微粒。
- 如請求項1所述之方法，復包括於進行該紅外光分析前，使該塑膠微粒與溴化鉀進行造錠前處理。
- 如請求項1所述之方法，其中，該溶劑萃取係以選自四氫呋喃、硝基苯、環己酮、二氯甲烷、三氯甲烷及四氯化碳組成群組之溶劑進行。
- 如請求項1所述之方法，復包括鑑別出該塑膠微粒是否包含該聚對苯二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯及尼龍66以外之成份。
- 如請求項1所述之方法，復包括鑑別出該塑膠微粒是否包含聚氯乙烯。
- 如請求項8所述之方法，其中，該聚氯乙烯之特徵峰位置係712±5cm-1。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111101852A TWI823229B (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 塑膠微粒鑑別方法 |
| US17/833,936 US20230228678A1 (en) | 2022-01-17 | 2022-06-07 | Identification method of plastic microparticles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111101852A TWI823229B (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 塑膠微粒鑑別方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202331231A TW202331231A (zh) | 2023-08-01 |
| TWI823229B true TWI823229B (zh) | 2023-11-21 |
Family
ID=87161666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111101852A TWI823229B (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 塑膠微粒鑑別方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230228678A1 (zh) |
| TW (1) | TWI823229B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111122634A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-08 | 同济大学 | 基于扫描电镜-拉曼技术鉴定水溶液中纳米塑料颗粒的方法 |
| US20200309669A1 (en) * | 2019-03-31 | 2020-10-01 | Agilent Technologies, Inc. | Mid-Infrared Scanning System for Analyzing Particulates |
| US20210215584A1 (en) * | 2018-08-16 | 2021-07-15 | Simpore Inc. | Devices, methods, and kits for sample analysis using microslit filters |
| US20210403346A1 (en) * | 2020-06-30 | 2021-12-30 | University Of Kentucky Research Foundation | Detection and extraction of plastic contaminants within water using hydrophobic deep eutectic solvents |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4340914A1 (de) * | 1993-11-27 | 1995-06-08 | Bruker Analytische Messtechnik | Verfahren zur routinemäßigen Identifikation von Kunststoffen |
| US20170336264A1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-11-23 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Optoelectronic device for multi-spectral spectroscopic identification of the polymer composition of an unknown plastic object and related methods |
| IT201800003337A1 (it) * | 2018-03-07 | 2019-09-07 | Margherita Anna Letizia Ferrante | Metodo per l’estrazione e la determinazione di microplastiche in campioni a matrici organiche e inorganiche |
| WO2021231396A1 (en) * | 2020-05-11 | 2021-11-18 | Woods Hole Oceanographic Institution | Optical system and method to identify plastic |
-
2022
- 2022-01-17 TW TW111101852A patent/TWI823229B/zh active
- 2022-06-07 US US17/833,936 patent/US20230228678A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210215584A1 (en) * | 2018-08-16 | 2021-07-15 | Simpore Inc. | Devices, methods, and kits for sample analysis using microslit filters |
| US20200309669A1 (en) * | 2019-03-31 | 2020-10-01 | Agilent Technologies, Inc. | Mid-Infrared Scanning System for Analyzing Particulates |
| CN111122634A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-08 | 同济大学 | 基于扫描电镜-拉曼技术鉴定水溶液中纳米塑料颗粒的方法 |
| US20210403346A1 (en) * | 2020-06-30 | 2021-12-30 | University Of Kentucky Research Foundation | Detection and extraction of plastic contaminants within water using hydrophobic deep eutectic solvents |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 期刊 Andrea Corti et al Thorough Multianalytical Characterization and Quantification of Micro- and Nanoplastics fromBracciano Lake’s Sediments Sustainability 2020, 12, 878 Published: 24 January 2020. all * |
| 期刊 Manikanda Bharath K et al Microplastics as an emerging threat to the freshwater ecosystems of Veeranam lake in south India: A multidimensional approach Chemosphere 264 (2021) 128502 Available online 5 October 2020 all; * |
| 期刊 Nabyla Rianda et al Macroplastic and Microplastic Analysis of Marine Fish and Aquatic Fish Using the Fourier Transform Infrared Spectrophotometry (FTIR) Method IOSR Journal Of Pharmacy And Biological Sciences Volume 15, Issue 3 Ser. V May –June 2020 PP 15-22; * |
| 期刊 Sadia Afrin et al Microplastics contamination in the soil from Urban Landfill site, Dhaka, Bangladesh Heliyon 6 (2020) Accepted 18 November 2020 all; * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230228678A1 (en) | 2023-07-20 |
| TW202331231A (zh) | 2023-08-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lv et al. | A simple method for detecting and quantifying microplastics utilizing fluorescent dyes-Safranine T, fluorescein isophosphate, Nile red based on thermal expansion and contraction property | |
| Xu et al. | Microplastics in the wastewater treatment plants (WWTPs): occurrence and removal | |
| Ye et al. | The development and application of advanced analytical methods in microplastics contamination detection: A critical review | |
| Li et al. | Effects of chemical pretreatments on microplastic extraction in sewage sludge and their physicochemical characteristics | |
| Xu et al. | How to detect small microplastics (20–100 μm) in freshwater, municipal wastewaters and landfill leachates? A trial from sampling to identification | |
| Wright et al. | Raman spectral imaging for the detection of inhalable microplastics in ambient particulate matter samples | |
| Mani et al. | Repeated detection of polystyrene microbeads in the lower Rhine River | |
| Mukotaka et al. | Rapid analytical method for characterization and quantification of microplastics in tap water using a Fourier-transform infrared microscope | |
| Hildebrandt et al. | Spatial distribution of microplastics in the tropical Indian Ocean based on laser direct infrared imaging and microwave-assisted matrix digestion | |
| Monteiro et al. | A straightforward method for microplastic extraction from organic-rich freshwater samples | |
| Mai et al. | Measurement, quantification, and potential risk of microplastics in the mainstream of the Pearl River (Xijiang River) and its estuary, Southern China | |
| CN110108629A (zh) | 一种日化品中微塑料颗粒的检测方法 | |
| CN107632077B (zh) | 一种垃圾渗滤液中微塑料的定量方法 | |
| dos Santos Galvão et al. | Critical steps for microplastics characterization from the atmosphere | |
| Gupta et al. | Microplastics in freshwater environment: occurrence, analysis, impact, control measures and challenges | |
| CN109187823A (zh) | 基于浊点萃取-热裂解气相色谱质谱法测定纳塑料的方法 | |
| Sharma et al. | Adsorption-desorption dynamics of synthetic and naturally weathered microfibers with toxic heavy metals and their ecological risk in an estuarine ecosystem | |
| Tian et al. | Quantification of polyethylene terephthalate micro-and nanoplastics in domestic wastewater using a simple three-step method | |
| Liu et al. | Separation of false-positive microplastics and analysis of microplastics via a two-phase system combined with confocal Raman spectroscopy | |
| TWI823229B (zh) | 塑膠微粒鑑別方法 | |
| CN106084188B (zh) | 一种咪唑基多孔有机离子聚合物的制备方法 | |
| CN104530064B (zh) | 基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法及应用 | |
| CN114108183B (zh) | 一种用于快速检测铁离子的荧光纳米纤维膜及其制备方法 | |
| Dyachenko et al. | Method development for microplastic analysis in wastewater | |
| Hyeon et al. | Exploring the transformation of polyethylene and polyamide microplastics during membrane filtration through FlowCam analysis |