首頁 利泓專欄 拉曼(Raman)/FTIR/NIR應用文章 塑膠粒分子結構與氣味分析應用
這篇想讓你知道的是:
塑膠,或者稱之為高分子,而我們周遭滿滿的是塑膠產業末端產品,對於塑膠的分析方式也相當多元,在本篇文章當中,我們提供兩種比較新穎的分析方式:
1)塑膠臭味電子鼻分析方法
2)塑膠微粒分析方法
塑膠臭味不知不覺中麻痺了人類的嗅覺
塑膠臭味在工廠主要是讓品管人員進行人工品評,由人來決定氣味的好壞,這個方法有非常嚴重的主觀意識,加上品管人員因為長期待在工廠,實際上對於味道的靈敏度也下降,直到來到消費者的手中才發現過去習慣的味道變了,這時候溯源就變得非常重要,所以會需要客觀穩定且可以和人體感官相符的分析技術來處理,也因此研究人開發了『電子鼻』的技術。
電子鼻可以為我們做什麼?
1)可以收集揮發性的氣味
2)可以針對氣味樣品進行分析並取得指紋圖譜
3)高階的電子鼻還可以透過化學計量學的統計模型來找出正確的氣味
下面我們舉一個簡單的塑膠粒子的分析結果當作例子,
實驗步驟如下:
1)由品管人員經過適當的休息並且在通風良好的地方將塑膠粒子進行氣味好壞的分組
2)電子鼻取得三組塑膠粒子的層析圖譜
3)將收集的圖譜進行PCA統計計算,取得下方的圖表:
不用再為「有多臭」而煩惱! 讓電子鼻來下判斷
從圖中研究人員可以得知分析樣品的分類,甚至可以進一步為樣品的氣味『打分數』。如下圖,研究人員可以更精準的描述樣品的等級。提供數值化的分析結果,而不只是停留在『很臭』、『臭』『有點臭』。
FTIR透過分子結構的改變推論塑膠變質的原因
在了解樣品的臭味程度之後,我們可以進一步的去了解這些樣品的化學結構。世界上對於有機分子最靈敏的技術,莫過於傅立葉轉換紅外線光譜儀,幾乎所有的有機分子都有屬於自己獨特的紅外線光譜。
傅立葉轉換紅外線光譜法可以提供的塑膠微粒分析方法如下:
1)直接取得分子結構
2)複數塑膠微粒的組成比例
3)塑膠變質的可能原因
下圖是一張過濾含有塑膠微粒水體的濾紙,再經過顯微紅外影像光譜分析技術取得的2D化學影像,以及相對應的粒子形狀與大小統計結果。
我們稱之為化學影像(Chemical Imaging),圖中的綠色至紅色的斑點代表具備紅外線光譜吸收強度的區域,也就是有機物分佈的區域。紅外線光譜儀式透過下方的光譜差異來區分不同有機物,也就是塑膠微粒的分布。
也因為有機分子的官能有一點些微的改變,紅外線光譜就可以觀察到差異,例如下方的例子中,同一個成分的塑膠粒子,在外觀上從白色轉變到黃色中,我們可以先看到光譜有明顯的差異:
接著我們將利用在電子鼻上的統計方法套用在塑膠粒子的分析,就可以在塑膠微粒變質的初期,就先排除異常的塑膠微粒。
總結
對於塑膠粒子我們從本質上的化學結構一直到巨觀的顏色與氣味分析都有適合的分析方式可以提供給想針對這一個題目進行研究的實驗室,同時為了讓現今經費申請不易的大專院校也可以有機會使用到文中所介紹到的資訊,利泓科技基於回饋社會的理想,特別建立共享實驗室租用平台─Labmo來提供給有需要的研究人員。