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この技術資料では、ラマン分光法による各種染料中のポリマー(ABS、PE、PS、PET、PMMAなど)同定について紹介しています。適切なスペクトルデータベースが作成された後、迅速かつ非破壊的な測定が行われます。ラマン分光計Mira M-1を使用した測定では、サンプルの準備は不要で、即座かつ明確な結果が得られます。

Raman spectra of differente polystyrene samples
Figure 1. Raman spectra of differente polystyrene samples

今日の産業だけでなく、日常生活でも、ポリマーなしでは考えられません。ハンドヘルドのラマン分光法は、一般的に使用されるポリマーの同定に最適であり、明白な結果が数秒で得られるためです。さらに、ラマン分析は非破壊であるため、後の使用やサンプルのリサイクルが制限されることはありません。

この研究では、さまざまな色の広く使用されているポリマーのライブラリが構築され、その後、未知のポリマーサンプルの同定に使用されました。


全てのスペクトルは、Mira M-1ハンドヘルドラマン分光計を自動取得モードで使用して測定されました。つまり、積分時間は自動的に決定されました。785 nmのレーザー波長とオービタル・ラスター・スキャン(ORS)技術が使用されました。ポリマーサンプルの多くが非常に薄かったため、ポイント・アンド・シュートアダプターを使用してスペクトルを記録しました。これは短い作業距離(SWD)に適しています。

ABS(アクリロニトリルブタジエンスチレン)、PA(ポリアミド)、PC(ポリカーボネート)、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PS(ポリスチレン)、PET(ポリエチレンテレフタラート)、PVC(ポリ塩化ビニル)、およびPMMA(ポリメチルメタクリレート)ポリマー標準および異なる色のサンプルの広範なコレクションが使用され、Mira Calソフトウェアを使用して包括的なライブラリが構築されました。

Overlay of the spectra of selected polymer samples (plot made with MATLAB)
Figure 2. Overlay of the spectra of selected polymer samples (plot made with MATLAB)


各ポリマー種について、1つのスペクトル(つまり、1つの色)が選択され、これらのスペクトルが重ね合わされました。オーバーレイ(図2)には、各ポリマーが他の分析されたプラスチックと区別される独自のスペクトルを持っていることが示されています。ピークの大部分を含むスペクトル領域は、600から1800 cm^-1まで広がっており、Mira M-1のスペクトル範囲がポリマーサンプルの測定に適していることを証明しています。

Items measured against the library
Figure 3. Items measured against the library


さまざまな未知のポリマーおよび異なる色の日常品や実験室のアイテムのスペクトル(図3)がライブラリと照合されました。異なる色のポリマー標準を使用して構築されたライブラリは、テストサンプルの同定に役立ちました。不透明なサンプルは色に特化して同定されましたが、透明や半透明なサンプルは、多くの場合、色としてのみ識別されます。

Overlay of the spectra various dark-colored polymers
Figure 4. Overlay of the spectra various dark-colored polymers


図4に示されているように、黒、グレー、濃い青などの暗いサンプルの信号は非常に低い強度であり、ポリマー固有のピークは観察されませんでした。これは多くの分光技術で見られる現象であり、レーザー光が炭素ブラックによって吸収されることに起因しています。

暗いサンプル(主に濃いグレーと黒)の同定が不可能であったため、それらはライブラリから除外され、透明、半透明、および薄い色のサンプルのみがライブラリに残されました。

測定されたすべてのサンプル(図3に示されているものを含む)のスペクトル相関値は、参照スペクトルとの一致度を示し、すべて0.90を超えました。したがって、すべてのポリマーサンプルはMira M-1分光計を使用して明確に同定されました。

この研究は、Mira M-1がスペクトルを測定し、それをライブラリと照合することで、異なる色のさまざまなポリマーを明確に同定するために使用できることを示しています。同定はわずか数秒で行われます。

問題が発生するのは、暗い色のポリマーを分析する場合にのみです。このようなサンプルは、分光計のレーザー光を強く吸収するため、いくつかのポリマー固有のピークがスペクトルに現れません。したがって、暗い色のサンプルはラマン分光法では同定できません。

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