X射線熒光光譜法檢驗塑料飲料瓶的研究

姜 紅,高春芳,務(wù)瑞杰,滿 吉,張嘉楠

(1. 中國人民公安大學, 北京 100038; 2. 北京華儀宏盛技術(shù)有限公司, 北京 100123)

X射線熒光光譜法檢驗塑料飲料瓶的研究

姜 紅1,高春芳1,務(wù)瑞杰1,滿 吉2,張嘉楠1

(1. 中國人民公安大學, 北京 100038; 2. 北京華儀宏盛技術(shù)有限公司, 北京 100123)

建立了檢驗塑料飲料瓶物證的分析方法。使用傅里葉變換紅外光譜對57個塑料飲料瓶樣品檢驗，使用X射線熒光光譜儀，對塑料飲料瓶樣品檢驗，采用X-MET專用操作軟件，選用Plastic-FP方法對樣品中所含鈣元素分析，并結(jié)合厚度儀對塑料飲料瓶樣品的檢驗結(jié)果，達到區(qū)分目的。試驗結(jié)果表明：該方法操作簡便快速，結(jié)果準確可靠且無損檢材，可用于檢驗塑料飲料瓶。

傅里葉變換紅外光譜；X射線熒光光譜法；塑料飲料瓶；元素分析；厚度

0 引言

隨著人們生活水平不斷提高，飲料消費量不斷增長。在各類案件現(xiàn)場中，飲料瓶出現(xiàn)的幾率也越來越大。例如：在縱火、爆炸案件現(xiàn)場可能會留有盛裝過助燃劑之類的塑料飲料瓶或殘片；在盜竊、搶劫、殺人等案件現(xiàn)場也可能會留有盛裝過具有腐蝕性液體或有毒液體的塑料飲料瓶或殘片。如果能及時準確地檢驗出塑料飲料瓶的成分，從而推斷出它的品牌，可以為偵破案件提供線索，指明方向，為證實犯罪提供依據(jù)。

飲料瓶所用的塑料是食品用特種工業(yè)塑料，國家衛(wèi)生安全部門對該類塑料的成分控制嚴格，要求安全無毒。塑料飲料瓶的主要成分是聚乙烯(PE)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。PE和PET塑料在包裝領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，PE和PET塑料瓶具有質(zhì)量輕、強度大、不易破碎、攜帶方便等特點，其中PET材料的良好阻隔性使其成為各種碳酸飲料、果汁、奶乳制品、茶飲料、礦泉水等食品和飲料的首選包裝材料[1]。為了提高塑料的力學性能，如強度和耐熱性等，降低成本，在加工制作過程中通常要加入一些填料，如碳酸鈣等[2]。這就為檢驗塑料飲料瓶物證提供了有利條件。

1 實驗

1.1 儀器

傅里葉變換紅外光譜儀 NICOLLET 6700，美國賽默飛世爾公司；Smart Performer采樣器 波數(shù)范圍為4 000 cm-1～600 cm-1，掃描次數(shù)為32次，分辨率為4 cm-1。

能量色散型X射線熒光光譜儀 X-MET 8000英國牛津公司，Rh靶，工作電壓40 kV，電流60 mA。

測厚儀 YTH-4C，杭州研特科技有限公司；

數(shù)顯(千分)指示表 分辨率0.001 mm。

1.2 樣品

不同品牌不同顏色塑料飲料瓶樣本57個，如表1所示。

表1 塑料飲料瓶樣品表

1.3 利用紅外光譜儀對塑料飲料瓶樣品檢驗

將塑料飲料瓶樣品剪成直徑約為15 mm的圓形，用酒精棉簽將飲料瓶樣品擦拭晾干、待測。利用傅里葉變換紅外光譜儀NICOLLET6700，Smart Performance采樣器，對57個塑料飲料瓶樣品進行分析，依據(jù)飲料瓶的紅外吸收峰對樣品分類。

1.4 利用X射線熒光光譜儀對塑料飲料瓶樣品檢驗

利用X射線熒光光譜儀對傅里葉變換紅外光譜分析過的塑料飲料瓶樣品分析。采用X-MET專用操作軟件，選用Plastic-FP方法分析。每個樣品平行測定3次，取其平均值，依據(jù)樣品中鈣元素的質(zhì)量分數(shù)對其進一步區(qū)分。

1.5 利用測厚儀對塑料飲料瓶樣品測量

對于紅外光譜和X射線熒光光譜法無法進行區(qū)分的樣品，采用測厚儀測量，每個樣品重復測定3次，取其平均值。

1.6 重現(xiàn)性試驗

為了驗證塑料飲料瓶樣本的均勻性和X射線熒光光譜法在檢驗過程中的重現(xiàn)性，隨機選取9號樣品“天喔茶莊C滿E(檸檬汁+奇異果汁)”飲料瓶，在上述試驗條件下，用X射線熒光光譜儀分別進行10次重復性試驗，每次測定時間為60 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜對塑料飲料瓶樣品的分類結(jié)果

首先依據(jù)塑料飲料瓶樣品的顏色將57個樣品分為無色透明、白色、藍色和綠色等四組，然后根據(jù)紅外光譜分析結(jié)果，將每組樣品分為PE和PET兩大類，如表2所示。根據(jù)樣品在1 470 cm-1附近有較強的吸收峰，在731 cm-1和720 cm-1附近有特征的吸收譜帶，可以判斷該類樣本的主要成分為PE，如圖1所示。根據(jù)樣品在1 716 cm-1附近出現(xiàn)強吸收峰，在1 408 cm-1附近出現(xiàn)中強吸收峰，在1 244 cm-1、1 100 cm-1附近都出現(xiàn)強吸收峰，可以判斷該類樣本的主要成分為PET，如圖2所示[3-4]。

表2 塑料飲料瓶樣品分類結(jié)果

圖1 PE類樣本紅外光譜圖

圖2 PET類樣本紅外光譜圖

2.2 X射線熒光光譜對塑料飲料瓶樣品的檢驗結(jié)果

利用X射線熒光光譜儀依次對57個塑料飲料瓶樣品測定，每個樣品重復測定3次，取其平均值，每次測定時間為60 s。去掉背景干擾后，樣品中鈣元素的質(zhì)量分數(shù)，如表3所示。

2.3 測厚儀對塑料飲料瓶樣品的測定結(jié)果

利用厚度儀對57個塑料飲料瓶樣品測定，每個樣本測定3次，取其平均值，結(jié)果見表3。

對上述試驗結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)不同品牌同種顏色的塑料飲料瓶樣品可以通過上述三種方法區(qū)分。例如：對于第三組藍色樣品，一共有7個，分別為5、12、18、22、23、46和30號樣品；根據(jù)紅外光譜分析結(jié)果，可以將其區(qū)分為PE[3](30號樣品，見圖3)和PET[4](46號樣品，見圖4)兩類，然后再通過X射線熒光光譜分析結(jié)果，依據(jù)Ca元素的質(zhì)量分數(shù)，對PET組的6個樣品進一步區(qū)分，如表4所示。

圖3 PE類第30號樣品的紅外光譜圖

對于同一品牌、同種顏色、不同系列的塑料飲料瓶樣品也可以區(qū)分。例如：對于無色透明的PET組“康師傅”不同系列的1、8、15、34、37、38、49、54號8個樣品，也可以根據(jù)樣品中Ca元素的質(zhì)量分數(shù)，對其進行區(qū)分。

表3 塑料飲料瓶樣品中Ca元素的質(zhì)量分數(shù)及樣品厚度分析結(jié)果

圖4 PET類第46號樣品的紅外光譜圖

表4 藍色PET類塑料飲料瓶樣品Ca含量分析結(jié)果

樣品編號51218222346ω(Ca)/10-634.0030.0058.3332.3341.3337.33

對于同一品牌、同種顏色、同一系列、不同批次的塑料飲料瓶樣品也可以進行區(qū)分。例如：對于無色透明的PET組“可口可樂(冰露)”2號和31號樣品，“娃哈哈(C驅(qū)動-檸檬汁)”6號和10號，“統(tǒng)一(鮮橙多)”32號和36號，均為不同批次的樣品，也可以根據(jù)樣品中Ca元素的質(zhì)量分數(shù)及厚度，對其進行區(qū)分。

對于白色PET組的35號和41號樣品，Ca元素的質(zhì)量分數(shù)均為0，可以根據(jù)其厚度進行區(qū)分。

2.4 重現(xiàn)性試驗結(jié)果

為了驗證塑料飲料瓶樣本的均勻性和X射線熒光光譜法在檢驗過程中的重現(xiàn)性，隨機選取9號樣品“天喔茶莊C滿E(檸檬汁+奇異果汁)”飲料瓶，在上述試驗條件下，用X射線熒光光譜儀分別進行10次重現(xiàn)性試驗，每次測定時間為60 s。試驗結(jié)果見表5。

表5 9號樣品“天喔茶莊”X射線熒光光譜分析結(jié)果

由表5可見：相對標準偏差小于3%，說明該方法重現(xiàn)性好，結(jié)果準確可靠。

3 結(jié)語

利用傅里葉變換紅外光譜、能量色散型X射線熒光光譜，結(jié)合測厚儀可以對不同品牌、同一品牌不同系列、同一品牌同一系列不同批次的塑料飲料瓶樣品檢驗分析。方法簡單快速，結(jié)果準確可靠，且無損檢材。

[1] 楊曉銘.食品用塑料瓶(PET)標準探討研究[J].中國包裝,2015(11):58-60.

[2] 姜紅.刑事案件現(xiàn)場上微量塑料的檢驗及應(yīng)用[J].中國人民公安大學學報:自然科學版，2005(3)：37-39.

[3] 張嘉楠，姜紅，郭鵬,等.傅里葉變換紅外光譜法檢驗塑料飲料瓶的研究[J].微量元素與健康研究,2016,33(4):61-62.

[4] 杜巖，姜紅，李曉白,等.傅里葉變換紅外光譜法檢驗塑料吸管的研究[J].上海塑料,2014(2):320-326.

[5] 馮計民.紅外光譜在微量物證分析中的應(yīng)用[M].北京：化學工業(yè)出版社.2010:161.

Analysis of Plastics Beverage Bottles by XRF

JIANGHong1,GAOChun-fang1,WURui-jie1,MANJi2,ZHANGJiang-nan1

(1. People’s Public Security University of China, Beijing 100038, China; 2. Beijing Huayi Honrizon Technology Co., Ltd., Beijing 100123, China)

The analytical method of plastics beverage bottles was established. 57 samples of plastics beverage bottles were examined by FT-IR, and classified according to the characteristic absorption peak. Then XRF was applied to analyze the samples, data were analyzed by the software of X-MET and the method was used to determine the calcium element. Combined with the thickness of the plastics measured by the thickness gauge, the plastics beverage bottles were distinguished. Experimental results demonstrate that the method is simple, rapid accurate and none destructive, and can be used for the analysis of plastics beverage bottles.

Fourier transfer infrared spectroscopy; X-ray fluorescopy; plastics beverage bottle; element analysis; thickness

2015年北京市教育委員會共建項目

姜 紅(1963—)，女，碩士，教授，從事微量物證分析研究

O 657.33

A

1009-5993(2016)04-0052-06

2016-08-02)