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塑料因其低成本和便利性而广泛使用，但它们对环境的影响也引起了诸多争议。这种材料几乎无处不在，从博物馆展示到现代医学应用，甚至在海洋的波浪中都能找到它们的身影。拉曼光谱技术因其在识别、分类和质量检测方面的应用而变得无处不在。

拉曼光谱用于聚合物分析


拉曼光谱技术因其非破坏性、无需样品制备、快速出结果的特点，在聚合物分析中越来越受到青睐。它使用简便，即使是非技术人员也能轻松在现场收集数据。此外，拉曼光谱还是一种环境友好型技术，因为它不依赖于化学品、溶剂或样品制备材料，也不会产生任何废物。

阅读我们的博客文章，了解更多关于拉曼光谱的知识。

拉曼光谱常见问题：理论和应用

图1. 瑞士万通便携式、手持式拉曼光谱仪

拉曼光谱技术在聚合物分析领域具有显著优势，高出了许多其他技术。它的特点包括：

1.         高材料特异性：能够准确识别不同的材料。

2.         丰富的数据库：拥有大量已知物质和混合物的参考信息。

3.         广泛的适用性：能够对透明和彩色的复合材料、涂料和粘合剂等多种塑料形态进行有效分析。

这种高度的准确性和灵活性对于塑料材料及其混合物的准确表征至关重要。任何与标准聚合物混合物的偏差都可能显著影响其物理特性和颜色表现。

独特的拉曼光谱

拉曼光谱之所以独特，是因为它满足了快速、简便、准确、无损和灵活测试的需求，这些是许多光谱技术难以同时达到的。在众多光谱技术中，近红外（NIR）和拉曼光谱技术尤其突出。它们能够定性和定量分析不同的聚合物，广泛应用于研究、分析和质量控制等领域。

图2. 使用拉曼光谱仪透过包装进行测量

使用拉曼光谱进行聚合物和塑料分析的主要优势包括：

  • 通过使用高分辨率的手持拉曼设备，可以实现快速且方便的现场取样。
  • 通过薄屏障进行测试，可以有效避免人员接触和材料污染，从而提高操作的安全性（如图2所示）。
  • 拉曼光谱是区分非常相似物质的理想工具，它能够提供高度特异性的分析结果。
  • 拉曼光谱技术能够分析包括有色塑料在内的多种现代材料，不受荧光干扰，这在传统光谱分析中是一个常见问题。有关更多信息，可以参考相关的白皮书。
  • 拉曼光谱不仅在定性分析中表现出色，还显示出作为定量分析技术的广阔前景。有关更多信息，可以参考相关的白皮书。

拉曼光谱对聚合物行业的影响

拉曼光谱技术对聚合物行业产生了深远的影响，特别是在环球努力实现百分百原材料检测和生产线质量检查的背景下。这种技术提供了一种效率高且资源消耗低的方法，使其成为理想的质量控制工具。

制造商可以利用拉曼光谱在原材料到达生产环节之前，在收货点进行快速检查，从而避免了因等待实验室测试、生产中断和技术人员培训而产生的额外成本。拉曼光谱的简单性和易用性是其非常大的优势之一，因为它允许操作员在没有专业训练的情况下使用。

通过了解原材料和树脂共混物的确切组成，制造商能够更好地控制和优化聚合工艺，生产出更一致的产品，以满足客户的规格要求。

例如，聚合物原材料通常以白色或黑色颗粒的形式出现，仅凭外观很难识别它们的具体成分。瑞士万通的拉曼光谱设备与ResinKit公司提供的聚合物参考库相结合，可以帮助建立一个拉曼光谱库。这个库被一家环球人工关节制造商用于其生产过程的每一个步骤。尽管从外观上难以区分聚酰胺和聚碳酸酯，但它们须被准确识别，因为不同的树脂混合物会显著影响终产品的性能和寿命。

阅读我们的应用报告，了解使用拉曼光谱识别和表征聚合物的更多信息。

拉曼光谱在聚合物鉴定和表征中的优势

聚合物分析应用

拉曼光谱技术以其快速鉴定聚合物的能力而著称，能够在短短两分钟内完成分析。这种技术的应用对Hauff-Technik GmbH & Co. KG这样的企业来说尤其有价值，该公司位于德国Hermaringen，是环球先列的塑料电缆、管道和建筑材料制造商之一。这些产品都是由化学工业提供的聚合物颗粒制成的。

在准备开发来料质量控制（QC）流程时，Hauff-Technik选择了拉曼光谱技术，而不是投资于昂贵的实验室设施。他们现在使用MIRA XTR手持式拉曼设备，这种设备以其快速、简单和方便的特性，使得接收流程中对来自不同供应商的聚合物颗粒进行验证变得轻而易举。

MIRA XTR设备非常适合Hauff-Technik的质量控制流程。尽管许多聚合物颗粒是有色的，可能会对拉曼光谱分析构成挑战，例如黑色聚合物颗粒可能会引起荧光，从而影响拉曼信号的质量，但MIRA XTR能够克服这些挑战。它能够准确且可靠地验证包括有色颗粒和荧光样品在内的各种聚合物颗粒的身份，确保了产品质量的一致性和可靠性。

深入了解更多关于Hauff-Technik使用MIRA进行聚合物鉴定的经验。

 MIRA XTR用于聚合物颗粒的ID验证

拉曼光谱技术在研究早期塑料的化学特性方面发挥了重要作用，尤其是在博物馆藏品的保护和研究中。很早的商业塑料，如赛璐珞，开始是作为天然象牙的替代品开发的，被用于制作台球和假牙等物品。通过拉曼光谱分析，我们可以了解这些早期塑料的组成以及它们随时间降解的风险，而不会损害这些珍贵的历史文物。

约翰·卫斯理·凯悦（John Wesley Hyatt）发明的赛璐珞台球，已有155年的历史，是增强聚合物复合材料的先驱。MIRA拉曼光谱设备被用来揭示史密森学会收藏的1868年凯悦赛璐珞台球的复杂组成，这为我们提供了关于早期塑料材料的宝贵信息 [1].。

此外，MIRA拉曼光谱设备也被用于研究美国国家历史博物馆和Samuel D. Harris国家牙科博物馆收藏的21种不同的早期赛璐珞假牙[2]。这些研究不仅揭示了这些假牙的配方，还评估了它们的降解状态。正如引用的文章[2]中所指出的：“手持式拉曼光谱被证明是研究聚合物材料的一种出色的原位工具[2]。”这表明拉曼光谱技术在保护和研究历史文物方面具有巨大的潜力。

微塑料，即尺寸小于5毫米的塑料碎片，已成为海洋废弃物中非常普遍的形式，引起了环球范围内的广泛关注。研究团队正在利用拉曼光谱技术作为识别微塑料的有效手段。通过这种强大的表征技术，可以揭示微塑料的来源，并有助于预测它们对生物可能产生的影响。

尽管显微镜样品通常不是传统拉曼分析的理想选择，但拉曼显微镜技术能够对微小的单个塑料颗粒进行准确采样。在一项激动人心的应用中，研究者们从美国特拉华州湾的河口沃茨收集了水样，并通过筛分过程分离出微塑料颗粒。随后，他们使用i-Raman EX便携式拉曼光谱仪对这些收集到的微塑料颗粒进行了鉴定，这展示了拉曼光谱技术在环境科学领域的实际应用潜力。

更多信息请参见相关应用报告。

微塑料的拉曼显微鉴别



在地中海远征活动中，MIRA手持式光谱仪发挥了其设计的初衷：在非传统测试环境中提供与实验室相媲美的分析结果。这种便携设备被用来分析和追踪收集到的塑料颗粒的来源，为环境保护措施的制定提供了关键信息。

图3. 常见商业塑料的拉曼光谱

环球研究团队正利用拉曼光谱技术来表征、分类塑料垃圾，并评估长期环境暴露对其造成的影响，以应对回收难题[4]。在提高塑料回收效率和减少环球塑料污染之前，需要解决分类的复杂性以及识别混合和降解材料的挑战。拉曼光谱是应对这些问题的有效工具（如图3所示）。

总结

拉曼光谱技术以其快速、非破坏性、环境友好和易用性而著称。手持和便携式拉曼仪器的普及，使得这项技术得以在各种非传统场所广泛应用。拉曼光谱在分析多种聚合物方面的应用，展示了科技如何助力我们更好地理解和探索世界，无论是在海洋研究还是质量控制（QC）领域。

参考信息

[1] Neves, A.; Friedel, R.; Melo, M. J.; et al. Best Billiard Ball in the 19th Century: Composite Materials Made of Celluloid and Bone as Substitutes for Ivory. PNAS Nexus 2023, 2 (11), pgad360. DOI:10.1093/pnasnexus/pgad360

[2] Neves, A.; Friedel, R.; Callapez, M. E.; et al. Safeguarding Our Dentistry Heritage: A Study of the History and Conservation of Nineteenth–Twentieth Century Dentures. Heritage Science 2023, 11 (1), 142. DOI:10.1186/s40494-023-00989-2

[3] Bruno. A device used by the scientific police to study the nature of plastics collected at sea. Expédition MED. https://www.expedition-med.org/actualites/un-appareil-utilise-par-la-police-scientifique-pour-etudier-la-nature-des-plastiques-preleves-en-mer/ (accessed 2024-08-08).

[4] emmao. The Recycling Conundrum. Plastic Free Communities, 2024.

更多拉曼相关知识

采访：如何快速进行聚合物ID验证

应用报告：使用拉曼显微镜识别微塑料

应用报告：拉曼光谱在聚合物鉴定和表征中的优势

无荧光785纳米材料识别与MIRA XTR DS

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这篇免费的白皮书介绍了荧光抑制方法的综述，MIRA XTR DS的优势，以及应用示例（例如，危险化学物质、非法药物、食品和饮料行业使用的成分和产品，以及制造材料）。

作者
Gelwicks

Dr. Melissa Gelwicks

Marketing Specialist
Metrohm Raman (a division of Metrohm Spectro), Laramie, Wyoming (USA)

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