傅立叶红外光谱仪（ATR）法鉴别塑料食品包装盒
发布时间：2024-10-19来源：网络点击：次
常见的食品包装盒有聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等几种材质。聚丙烯（PP）相对是一种比较安全的材质，无毒无味，高强度、耐酸碱、耐高低温，不会释放对人体有害的物质，可以用于微波炉加热等用途。而聚苯乙烯（PS）材质却不耐高温，它可以用于盛装温热的食物，但切勿使用这种材料的食品盒直接加热[1]，因其在高温、微波炉中会分解有害物质存在安全隐患；其次PS包装盒盛装强酸(如柳橙汁)、强碱性物质，会分解出苯乙烯，对人体健康造成潜在威胁。过去一直认为苯乙烯是低毒性的，近来对它的致突变、致崎、致癌和胎毒作用也有论述，并怀疑对人有致癌作用。
目前，食品包装盒材质分析尚未形成国家标准，一般通过外观、燃烧试验、密度、热解等方法进行鉴别,这些方法不同程度都存在着破坏样品、操作复杂、实验时间长、准确度不够高等问题。因此需要一种能准确快速鉴别食品包装盒材质的鉴别方法。本文研究采用傅立叶红外光谱ATR(Attenuated Total Refraction，衰减全反射）法，通过傅立叶变换红外光谱仪采集两件食品包装盒样品的红外光谱图，根据样品红外光谱图中官能团的特征峰位置鉴别定性食品包装盒样品盒的材质。傅立叶红外光谱ATR法具有灵敏度高、检出速度快、所用试样量少、污染小、准确度高等优点。
1 实验部分
1.1 实验仪器设备
傅立叶红外光谱（FT-IR）仪、水平ATR附件。
1.2 实验目的
分别鉴别出两件塑料包装盒样品的材质（1#、2#）。
1.3 实验方法
(1)仪器实验参数的设定：设定扫描范围为4000～650 cm-1，设定扫描次数为32次，设定分辨率为4cm-1，然后扫描背景光谱。
(2)从两件包装盒样品上分别刮下一小块薄片，置于水平ATR附件的锗晶体表面上，大小盖住锗晶体（直径约2mm）即可，压头压平。
(3)两件包装盒样品各扫描约1min，采集其红外光谱图，如图1、图2所示。
(4)分析处理两件包装盒样品的红外光谱图。
图1 1#样品红外光谱图
Fig.1 IR spectra of sample No.1
图2 2#样品红外光谱图
Fig.2 IR spectra of sample No.2
2 结果分析
分析PS的红外标准谱图图3可得，PS的红外标准谱图[4][5]的特征峰出现在3059cm-1、3026cm-1、3000cm-1、2923cm-1、2850cm-1、1940cm-1、1870cm-1、1801cm-1、1743cm-1和1670cm-1、1600cm-1、1493cm-1、756cm-1和698cm-1等波数附近。3000～3100 cm-1的谱带属于苯环上CH的伸缩振动，2800～3000 cm-1的谱带是饱和CH或CH2的伸缩振动。PS主要吸收峰是2923cm-1和2850cm-1处的亚甲基伸缩振动吸收峰，1600cm-1和1493cm-1处苯环的骨架振动强峰。PS另外一个主要特点，是苯环不同平面上的C-H键的弯曲振动强吸收峰出现在756cm-1和698cm-1波数附近，是单取代苯环上氢的面外弯曲振动峰，它们的组频和倍频出现在1940cm-1、1870cm-1、1801cm-1、1743cm-1和1670cm等波数附近，这些表明了存在单取代苯。
图3 PS红外标准谱图（出自设备谱图库）
Fig.3 IR spectra of PS(From equipment spectrum library)
分析PP的红外标准谱图图4可得，PP的红外标准谱图[6][7]的特征峰出现在2952cm-1、2868cm-1、1460cm-1、1378cm-1、1155cm-1和970cm-1等波数附近。CH2的伸缩振动与CH3和CH的伸缩振动叠加在一起，在2800～3000cm-1处出现了特征的多重峰。甲基的吸收峰出现在2952cm-1、2868cm-1和1377cm-1处。甲基的扭曲变形振动与亚甲基的扭曲变形振动吸收峰重叠，这个吸收峰轻微漂移到1460cm-1波数附近。由于每两个碳就有一个甲基支链，因此除了出现在1460cm-1波数处的CH2弯曲振动外，还有很强的甲基弯曲振动谱带出现在1378cm-1波数附近。PP谱图的另一个主要特点是出现在1155cm-1和970cm-1波数处的[CH2CH(CH3)]n的特征峰。PP红外标准谱图的次甲基吸收峰很弱，不具有分析价值。
对比红外光谱图（图1～图4），分别分析PS和PP红外光谱图特征峰出现的位置。可见，图1与图4、图2与图3特征谱峰出现的位置整体上基本相符，均只存在位置微小的偏移。综上分析得出结论：图1与图4是同一种材质，即1#样品应为相对安全的聚丙烯（PP）材质；图2与图3是同一种材质，即2#样品应为对人体有安全隐患的聚苯乙烯（PS）材质。
图4 PP红外标准谱图（出自设备谱图库）
Fig.4 IR spectra of PP(From equipment spectrum library)
3 结论
从本研究得出，使用傅立叶红外光谱ATR法定性鉴定塑料食品包装盒材质，具有灵敏度高、检出速度快、所用试样量少、污染小、准确度高等优点，能快速准确地鉴别出塑料食品包装盒的材质，对加强塑料食品包装盒的质量监督及市场调研能力提供可靠的技术依据。近年来食品包装与器具质量有一定提高，但还存在不少质量问题，国家与地方质量检验机构也应加强监督管理。有关部门需建立健全食品包装检测规章体系，和认证管理体系和卫生、技术监督、工商管理等部门需联合起来，从源头抓起，以确保规范食品包装材料的安全生产和使用。