Classification of polyethylene by Raman spectroscopy
Aplikace | 2022 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Polyethylen (PE) je jedním z nejrozšířenějších plastů s roční produkcí kolem 80 milionů tun. Rozlišení vysokohustotního (HDPE) a nízkohustotního (LDPE) PE je zásadní pro správné aplikace vzhledem k rozdílným mechanickým vlastnostem. Standardní metody měření hustoty vyžadují čisté vzorky a složitou přípravu v případě vícevrsvých fólií. Ramanova mikroskopie umožňuje konfokální analýzu v místě vzorku bez nutnosti separace vrstev a poskytuje molekulární informace o krystalinitě, která koreluje s hustotou.
Cílem bylo ověřit schopnost konfokální Ramanovy mikroskopie v kombinaci s diskriminační analýzou (PCA) k rozlišení HDPE a LDPE ve formě granulí i tenkých fólií. Pro kalibraci bylo použito 12 vzorků (mix granulí a fólií) a k validaci 4 nezávislé vzorky s předem známou hustotou.
Spektra byla snímána na Thermo Scientific DXR2 Raman Microscope s laserem 532 nm (2 mW), objektivem 10× a štěrbinou 50 µm. Data byla akumulována 30 s (10×3 s) na 3–4 bodech vzorku a zprůměrována. Předzpracování zahrnovalo Norrisovu 2. derivaci a standardní normální variaci (SNV). Chemometrická analýza byla provedena v softwaru TQ Analyst s PCA zaměřenou na oblasti CH2 ohybu (1398–1470 cm⁻¹) a CH strečinku (2825–2970 cm⁻¹).
- Oblasti 1416 a 1440 cm⁻¹ (CH2 ohyb) a 2848 a 2882 cm⁻¹ (CH2 strečink) se liší podle míry krystalinity a hustoty PE.
- PCA model se 5 hlavními komponentami pokryl 99,7 % variability spekter.
- Vzorové třídy HDPE a LDPE byly úspěšně rozlišeny s Mahalanobisovou vzdáleností M<3.
- Validace na 4 referenčních vzorcích potvrdila správnou klasifikaci.
Konfokální Ramanova mikroskopie ve spojení s PCA diskriminační analýzou je efektivní a rychlá metoda pro klasifikaci PE granulí i fólií podle hustoty. Metoda je nedestruktivní, vyžaduje minimální přípravu a umožňuje in situ analýzu vícevrsvých materiálů.
RAMAN Spektrometrie, Mikroskopie
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Polyethylen (PE) je jedním z nejrozšířenějších plastů s roční produkcí kolem 80 milionů tun. Rozlišení vysokohustotního (HDPE) a nízkohustotního (LDPE) PE je zásadní pro správné aplikace vzhledem k rozdílným mechanickým vlastnostem. Standardní metody měření hustoty vyžadují čisté vzorky a složitou přípravu v případě vícevrsvých fólií. Ramanova mikroskopie umožňuje konfokální analýzu v místě vzorku bez nutnosti separace vrstev a poskytuje molekulární informace o krystalinitě, která koreluje s hustotou.
Cíle a přehled studie
Cílem bylo ověřit schopnost konfokální Ramanovy mikroskopie v kombinaci s diskriminační analýzou (PCA) k rozlišení HDPE a LDPE ve formě granulí i tenkých fólií. Pro kalibraci bylo použito 12 vzorků (mix granulí a fólií) a k validaci 4 nezávislé vzorky s předem známou hustotou.
Použitá metodika a instrumentace
Spektra byla snímána na Thermo Scientific DXR2 Raman Microscope s laserem 532 nm (2 mW), objektivem 10× a štěrbinou 50 µm. Data byla akumulována 30 s (10×3 s) na 3–4 bodech vzorku a zprůměrována. Předzpracování zahrnovalo Norrisovu 2. derivaci a standardní normální variaci (SNV). Chemometrická analýza byla provedena v softwaru TQ Analyst s PCA zaměřenou na oblasti CH2 ohybu (1398–1470 cm⁻¹) a CH strečinku (2825–2970 cm⁻¹).
Hlavní výsledky a diskuse
- Oblasti 1416 a 1440 cm⁻¹ (CH2 ohyb) a 2848 a 2882 cm⁻¹ (CH2 strečink) se liší podle míry krystalinity a hustoty PE.
- PCA model se 5 hlavními komponentami pokryl 99,7 % variability spekter.
- Vzorové třídy HDPE a LDPE byly úspěšně rozlišeny s Mahalanobisovou vzdáleností M<3.
- Validace na 4 referenčních vzorcích potvrdila správnou klasifikaci.
Přínosy a praktické využití metody
- Nedestruktivní analýza bez nutnosti separace vrstev.
- Rychlé výsledky v řádu minut.
- In situ měření vícevrsvých fólií.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Quantitativní kalibrace pro přesné stanovení hustoty PE.
- Nasazení v reálném čase pro průmyslovou kontrolu kvality.
- Využití modernějšího přístroje DXR3 pro zvýšení rychlosti a citlivosti.
Závěr
Konfokální Ramanova mikroskopie ve spojení s PCA diskriminační analýzou je efektivní a rychlá metoda pro klasifikaci PE granulí i fólií podle hustoty. Metoda je nedestruktivní, vyžaduje minimální přípravu a umožňuje in situ analýzu vícevrsvých materiálů.
Reference
- Piringer O.G. a Baner A.L.: Plastic Packaging: Interactions with Food and Pharmaceuticals, Wiley-VCH, 2008.
- ISO 1183-1:2012, ISO 1183-2:2004, ASTM D792-13, ASTM D1505-10, ASTM D4883-08.
- Strobl G.R. a Hagedorn W.: J. Polym. Sci. B Polym. Phys. 1978, 16, 1181–1193.
- Sato H. et al.: J. Appl. Polym. Sci. 2002, 86, 443–448.
- Migler K.B. et al.: Macromolecules 2015, 48, 4555–4561.
- Simone E. et al.: Chem. Eng. Res. Des. 2014, 92, 594–611.
- Huang J. et al.: Am. Pharm. Rev. 2010, 13(6).
- Thermo Scientific Product Overview: TQ Analyst Software Chemometric Algorithms, 2009.
- Mieth A. et al.: Guidance for the identification of polymers in multilayer films, EUR 27816 EN, 2016.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
In situ density determination of polyethylene in multilayer polymer films using Raman microscopy
2018|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
APPLICATION NOTE AN53001 In situ density determination of polyethylene in multilayer polymer films using Raman microscopy Authors Introduction Mohammed Ibrahim, Ph.D. Herman He, Ph.D. and Rui Chen, Ph.D. Thermo Fisher Scientific Madison, WI, USA Polyethylene (PE) is one of the…
Klíčová slova
lldpe, lldpehdpe, hdpedensity, densityldpe, ldperaman, ramancalibration, calibrationpls, plsmicroscopy, microscopyfilms, filmsmultilayer, multilayersquares, squaressitu, situlayers, layersdetermination, determinationmodel
FTIR Talk Letter (vol. 42)
2024|Shimadzu|Ostatní
C103-E421 Vol. 42 UEBAESOU is Japan’s oldest artist paint store. The solid paint they developed during the Meiji Period is still a popular product today. Development of Dual Functional Catalytic Materials for CO2 Capture and Selective Hydrogenation and Mechanistic Elucidation…
Klíčová slova
mirror, mirrorinfrared, infraredraman, ramanvibration, vibrationstretching, stretchingairsight, airsightmicroscope, microscopeswitching, switchingpeaks, peaksorientation, orientationlight, lightccr, ccrrevolver, revolverldpe, ldpewavenumber
Distinction of Polyethylene and Polypropylene by Infrared Spectrum
2024|Shimadzu|Aplikace
IRSpirit™-X Series / IRXross™/IRTracer™-100 Fourier Transform Infrared Spectrophotometer Application News Distinction of Polyethylene and Polypropylene by Infrared Spectrum Hirokazu Abo User Benefits The ATR method using the IRSpirit-TX enables easy qualitative analysis of resins. Polyethylene and polypropylene can…
Klíčová slova
vibration, vibrationstretching, stretchingpolyethylene, polyethyleneldpe, ldpehdpe, hdpesymmetric, symmetricasymmetric, asymmetricabsorption, absorptionpolypropylene, polypropylenedifferences, differencesbending, bendingscissoring, scissoringnews, newsinfrared, infrareddensity
FTIR talk letter (Vol. 43)
2024|Shimadzu|Ostatní
C103-E152 Vol. 43 A tranquil autumn day in the historic capital of Kyoto. Visitors travel from all corners of Japan and the world to view the autumnal foliage. Spectrum Advisor Feature ------- 02 Notes on Infrared Spectral Analysis – Aliphatic…
Klíčová slova
abs, absvinylene, vinylenegroup, groupinfrared, infraredvibrations, vibrationsbending, bendingbutadiene, butadieneplane, planevibration, vibrationstretching, stretchingcis, cisadvisor, advisorrubber, rubbersubstituted, substitutedaromatics