SPEKTROSKOPIE
VYUŽITÍ ATR-FTIR SPEKTROSKOPIE PRO STANOVENÍ POLYMERNÍHO ODPADU A IDENTIFIKACI FTALÁTŮ
ČÍHALOVÁ J., VÁCLAVÍKOVÁ M. ALS Czech Republic, s.r.o., Praha, jitka.cihalova@alsglobal.com, marta.vaclavikova@alsglobal.com
Recyklace plastů společně s efektivní a správnou likvidací pevného plastového odpadu představují klíčové body v procesu postupného snižování množství plastů z životního prostředí. Identifikace a klasifikace plastových materiálů, jejich příměsí a nečistot, hraje v tomto procesu důležitou roli a umožňuje efektivní nakládání s plastovými odpady. ATR-FTIR spektroskopie je jednoduchá, rychlá a nedestruk- tivní technika, která účinně rozlišuje plasty na základě jejich charakteristického infračerveného spektra.
Využití FTIR spektroskopie pro identifikaci polymerního odpadu Vzhledem k faktu, že celosvětová spotřeba plastů neustále roste, je efek- tivní likvidace pevného plastového odpadu zásadní otázkou udržitelného odpadového hospodářství, která minimalizuje negativní dopady plastů na životní prostředí. Většina druhů plastu není biologicky odbouratelná, díky čemuž jsou způsoby jejich likvidace omezeny na recyklaci nebo skládkování a spalování, což jsou metody ekonomicky nevýhodné a ekologicky neudržitelné. Zmíněná recyklace plastů je tedy v současné době stále nejlepší řešení likvidace pevného plastového odpadu. Plasty, které se dnes využívají prakticky v každé oblasti lidské čin- nosti, jsou velmi různorodé a vznikají tak jejich specifické směsi. Otázka správné klasifikace plastu před finálním zpracováním je tedy obzvláště důležitá, protože jednotlivé plasty mají různou teplotu tání, což celý proces likvidace významně komplikuje. Pro efektivní recyklaci je ne- zbytné znát složení polymerů obsažených v odpadu. Kvalitní identifikace a třídění materiálů před recyklací může také minimalizovat negativní dopady na požadované vlastnosti polymerů a umožnit vytvoření kvalit- ního recyklátu. Pro tuto identifikaci je vhodnou technikou infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací [1]. Infračervená spektroskopie obecně představuje efektivní metodu pro identifikaci organických látek. Je unikátní svou jednoduchostí a rych- lostí, ale především nedestruktivní povahou analýzy, kterou lze využít jak pro kvantitativní, tak kvalitativní stanovení látek. Pro analýzu poly- merních materiálů, identifikaci plastů a určení charakteru neznámých směsí polymerního odpadu se používá především technika ATR-FTIR spektroskopie (Attenuated Total Reflectance). ATR technika pracuje v MIR oblasti infračerveného spektra (střední infračervené záření; 4000–400 cm –1 ) a využívá odrazu záření na fázovém rozhraní krystal/ vzorek. Nevýhodou je, že záření do vzorku proniká pouze v jednotkách µm, lze tedy identifikovat pouze povrchovou vrstvu vzorku, která je v pří- mém kontaktu s krystalem [2]. Materiál, ze kterého je krystal vyroben, může být různý (diamant, ZnSe, ZnS). Dle použitého materiálu se pak liší optické vlastnosti krystalu, odolnost vůči žíravinám nebo tvrdost [3]. Naměřené IČ spektrum je u polymerních materiálů zpravidla velmi ostré, přehledné, a má jasně oddělené pásy. Na obr. 1 je uveden příklad spektra polymerního materiálu. V tomto případě se jedná o spektrum polyamidu 6, který je znám jako Silon. Identifikace plastů a jejich příměsí může být provedena dvěma způsoby. Spektrum může být porovnáno s knihovnou spekter, což je databáze naměřených spekter standardů. Pokud není v knihovně nalezena shoda, nebo je potřeba zjistit bližší informace o vzorku, přistupuje se k identifi- kaci dle jednotlivých pásů. Příklad postupu stanovení několika častých polymerních materiálů je uveden na obr. 2. Technika ATR-FTIR spektroskopie umožňuje v polymerním odpadu identifikovat nebezpečné látky, jako jsou například ftaláty, které mohou mít nepříznivý vliv na lidský organismus. Ftaláty v plastovém odpadu Při výrobě polymerních materiálů jsou používána různá aditiva pro zlep- šení jejich vlastností. Některé z nich, například ftaláty, však mohou být velmi nebezpečné. Ftaláty patří do skupiny esterů kyseliny ftalové a mají široké spektrum průmyslových aplikací [4]. Především jsou využívány
Obr. 1: Infračervené spektrum Polyamidu 6 (Silonu)
Obr. 2: Příklad postupu stanovení některých polymerních materiálů
jako plastifikátory při výrobě plastových materiálů, kde zlepšují jejich měkkost, pružnost, flexibilitu a odolnost. Využívají se pro výrobu PVC, vinylu, ale také u dalších materiálů. Ftaláty nejsou k polymerům nijak vázány a mohou se tak snadno uvolňovat do okolního prostředí, které je tak těmito látkami silně kontaminováno. Nepříznivý vliv těchto látek na zdraví lidí a zvířat je již jasně popsán [5]. Primární cesta, kterou se ftaláty dostávají do organismu, je jejich požití. Navzdory jejich nízké těkavosti se uvolňují a zůstávají v obytných prostorech. V tabulce 1 jsou uvedeny často používané ftaláty a jejich vliv na organismus. Při analýze domovního odpadu, recyklovaného odpadu a původních plastů bylo zjištěno, že ftaláty jsou identifikovány ve většině těchto plastů. Nejčastěji jsou v polymerních odpadech detekovány dibutyl-ftalát (DBP), diisobutyl-ftalát (DiBP) a di(2-etylhexyl)-ftalát (DEHP). Je zřejmé, že velké množství ftalátů je přidáváno až v pozdější fázi výroby plastových materiálů, například při lepení a označování výrobků. V rámci testování také nebyl nelezen významný rozdíl v obsahu ftalátů v plastovém a recy- klovaném odpadu. Během recyklace plastových materiálů se tedy ftaláty dostávají do recyklátu, což má za následek hromadění množství ftalátů, kterému je populace vystavována. Pokud je recyklát následně používán na plastové výrobky citlivé na obsah ftalátů, jako jsou například hračky nebo potravinové obaly, je nutné v těchto materiálech přítomnost ftalátů pečlivě sledovat [7]. Pro sledování ftalátů v polymerním odpadu může být s velkou výhodou využívána právě FTIR spektroskopie.
10
CHEMAGAZÍN • 1 / XXXIV (2024)
Made with FlippingBook Ebook Creator