生物塑料中生物基含量检测的前处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种生物塑料中生物基含量检测的前处理方法。最终产物为苯。包括生物塑料样品的燃烧，乙炔的制备及苯的合成三个步骤。本发明首次提出了生物塑料中生物基含量检测的前处理方法；适用于对各类生物塑料及其制品中生物基含量检测进行前处理，测定结果准确。前处理方法直接决定了测定结果的准确性。
【专利说明】生物塑料中生物基含量检测的前处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测方法【技术领域】，尤其是涉及一种生物塑料中生物基含量检测的前处理方法。
【背景技术】
[0002]生物塑料又称生物基塑料，指的是部分或全部以可再生原料制成的塑料。与传统的石油基塑料相比，生物塑料可降低30%?50%的石油资源消耗，还具有可生物降解、化学助剂用量少的特点，从而大大降低对环境和消费者的危害。因此，生物塑料作为一种重要的生物基产品，被认为将成为未来塑料的发展方向。
[0003]生物基含量是生物塑料的核心评价指标之一，而生物基含量检测则是规范生物塑料产业发展的核心技术。生物基含量检测技术基于碳-14同位素的放射性定年法，该方法最早被用于考古学和地质学研究中。生物基含量测定由两大步骤组成，分别是样品前处理和同位素分析(常用的同位素分析设备包括液体闪烁计数仪和同位素加速质谱等)。由于同位素分析设备无法直接对原始形态的生物塑料样品进行测定，因此必须通过合适的样品前处理方法将待测样品转化为仪器可直接分析的化合物。样品前处理方法的性能直接决定了测定结果的准确性。
[0004]由于生物塑料与考古学或地质学研究中的植物、纺织品、木材、土壤、沉积物等样品的物理化学性质差别巨大，因此在上述领域中应用的前处理方法无法适用。目前，还没有建立起适用于生物塑料中生物基含量测定的前处理方法，极大的严重制约了生物塑料产业的健康发展。
【发明内容】
[0005]本发明所解决的技术问题是提供一种生物塑料中生物基含量检测的前处理方法。
[0006]本发明提供的生物塑料生物基含量检测的前处理方法最终产物为苯。包括生物塑料样品的燃烧，乙炔的制备及苯的合成三个步骤。
[0007]根据一种优选的实施方式，本发明的生物塑料生物基含量检测的前处理方法包括步骤:
[0008]第一步:生物塑料样品的燃烧；
[0009]称取5?15g生物塑料样品置于燃烧管中，抽系统真空至低于IOOPa ;置于燃烧炉中加热，至80?200°C时，通入氧气开始燃烧生物塑料样品，并逐渐提高温度，每次提高幅度为10?50°C，至温度为600?800°C，保持30?60min，使生物塑料样品完全燃烧，关闭加热并且停止通氧气；同时不断收集产生的二氧化碳气体，二氧化碳经冷阱除杂，用氨水吸收；继而向其中加入氯化锶溶液，形成碳酸锶沉淀，抽滤后将沉淀烘干，称量碳酸锶沉淀的质量;
[0010]第二步:乙炔的制备；
[0011]称取碳酸锶沉淀质量的0.3?0.5倍的镁粉，并与碳酸锶沉淀充分混合均匀，置于高温电炉中；抽炉膛真空；设置高温电炉温度为300?500°C，保持I?2h后，继续加热至600?900°C，保持I?2h ;反应结束后，关闭加热和真空泵；待高温电炉冷却至室温后，通过分液漏斗向高温电炉中缓慢滴加去离子水，不断收集反应产生的乙炔气体；观察压力表变化，直至压力表再无变化，反应结束，停止滴加去离子水；
[0012]第三步:苯的合成；
[0013]将收集的乙炔气体经过除杂后富集，缓慢释放乙炔气体，使之在催化剂的作用下合成苯。合成期间温度控制在100?180°C，压力控制在0.02-0.04MPa范围内变化。
[0014]本发明进一步提供一种生物塑料中生物基含量的检测方法，所述的前处理方法之后，将苯收集于特富龙瓶中，加入化工苯及闪烁液，暗室中静置7天后采用液体闪烁技术仪进行测定。
[0015]本发明首次提出了生物塑料中生物基含量检测的前处理方法；适用于对各类生物塑料及其制品中生物基含量检测进行前处理，测定结果准确。前处理方法直接决定了测定结果的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为步骤I的燃烧装置示意图；
[0017]图2为步骤2的乙炔生成装置示意图；
[0018]图3为步骤3的苯合成装置示意图。
【具体实施方式】
[0019]为进一步说明本发明，结合以下实施例具体说明:
[0020]实施例1:生物基Sorona塑料中生物基含量检测的前处理方法
[0021]下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0022]生物基Sorona塑料样品；苯(光谱纯)=DUKSAN公司；BETAPLATE SCINT闪烁液:PerkinElmer公司；其他试剂均为分析纯。
[0023]步骤1:生物基Sorona塑料的燃烧
[0024]图1为一种可实施上述步骤的燃烧装置示意图。其中:T1-温度表I ;Ρ1、Ρ2、Ρ3-压力表-;V1、V2、V3、V4、V5-阀门；a、b、C、d、e、f、g、h_ 冷阱；
[0025]操作如下所述:1)将样品槽清洗干净并烘干；燃烧管前炉加热至600°C，后炉加热至700°C，预热4h，冷却至室温。准确称取IOg生物基SOTona塑料置于样品槽，将样品槽推至炉中，密闭炉膛，打开燃烧管冷却水。打开真空泵1，抽至系统真空度低于100Pa(数显压力表P2〈100Pa)。设定燃烧管前炉初始温度为200°C，后炉设定为700°C。当前炉温度达到200°C时，将前四个冷阱(U型冷阱a、b、C、d)套上冷冻液罐，后三个冷阱(e、f、g)套上液氮罐，通入氧气，生物基Sorona塑料开始燃烧。
[0026]2)观察炉温Tl及压力表Pl变化，当前炉温度上升到一定程度并维持不变时，缓慢提高设定温度，每次提高50°C，温度稳定后保持lmin。继续提高设定温度，直至设定温度提高至600°C，并保持60min，生物基Sorona塑料完全燃烧。生物基Sorona塑料燃烧过程中，不断收集产生的二氧化碳气体，使压力表Pl维持在0.01-0.02MPa。[0027]3)反应结束后，依次关闭氧气、反应炉电源、液氮冷阱阀门V2、真空泵阀V3和真空泵I。将最后一个冷阱(h)套上液氮罐，打开CO2转移阀门开关V4，依次撤下前三个液氮罐(e、f、g)，让CO2收集到最后一个冷阱里形成干冰，待CO2全部转移后，关闭CO2转移阀门V4。
[0028]4)配制200mL氨水和水的混合液(V氨水:V水=1:1),倒入CO2吸收瓶内。撤掉液氮罐(h)，待压力表(P3)接近一个大气压时打开阀门V5，让干冰转移至吸收瓶，直至CO2气体全部被氨水吸收，关闭阀门V5。
[0029]5)称取无水氯化锶200g，溶于500mL去离子水中，从漏斗倒入吸收瓶内，轻微晃动吸收瓶，充分生成碳酸锶沉淀。用大量的去离子水(I?5升)冲洗吸收瓶内的沉淀并抽滤，烘干得沉淀质量为38.0Og0
[0030]步骤2:乙炔的制备
[0031]图2为一种可实施上述步骤的乙炔生成装置示意图。其中:P5-压力表；V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12-阀门；1、j、k、1、m、η、ο-冷阱。
[0032]I)称取镁粉15.0Og,与步骤I所得沉淀混合，研磨至粉末状态。将粉末倒入不锈钢炉膛压实，密封不锈钢炉膛。打开真空泵2，微开真空泵阀门V6使真空表(Ρ4)压力缓慢抽至最低刻度。
[0033]2)打开冷却水和高温反应炉电源，炉温设定为300°C，达到设定温度后维持lh。关闭真空阀V6和真空泵2，温度设定至600°C，达到设定温度后维持lh。反应结束后，关闭电源，待炉膛温度降至室温后关闭冷却水。打开真空泵3及真空泵阀门V9、扩散泵I及其阀门VII,抽系统真空,维持真空度低于IMPa。撤掉真空泵2，换上分液漏斗，并加满去离子水。将前三个冷阱套(i，j，k)上冷冻液罐，后两个冷阱(l，m)套上液氮罐。
[0034]3)微开真空阀V6，观察压力表P4变化，产生乙炔时P4迅速增加，此时关闭真空阀V6。打开出口阀V7，让乙炔转移至气体收集瓶内，继而打开阀门V8收集乙炔气体，直至不锈钢炉膛内的压力显示(P4)降至最低刻度，关闭真空阀V7。重复此操作，直至不锈钢炉膛内的压力不再有任何变化，此时，乙炔全部生成。
[0035]步骤3:苯的合成
[0036]图3为一种可实施上述步骤的装置示意图。其中:P5、P6-压力表；V8、V9、V10、V11、V12、V13-阀门；T2-温度表，1、m、η、ο-冷阱。
[0037]I)关闭液氮阀门V8，关闭真空阀V9及真空泵3，撤下冷冻液罐和液氮罐，并在最后两个冷阱(η，ο)上分别套上冷冻液罐和液氮罐，打开乙炔转移阀门V10，让乙炔转移至最后一个冷讲(O)内。
[0038]2)打开阀门V13通入氧气，加热催化剂至300°C保持lh，取下加热套停止加热，关闭阀门V13，停止通氧。当真空表读数(P5)低于10_2pa时，关闭真空阀Vll及扩散泵1，待温度降至100°C时，打开通气阀V12，取下最后一个冷阱(ο)的液氮罐，开始合成苯。合成苯过程中，保持温度表T2温度低于150°C，压力表P6控制在0.02-0.04MPa范围内变化。
[0039]3)当乙炔气体全部气化并合成苯，反应结束。关闭V12，打开通气阀V13，取下苯收集瓶，称量得合成苯的质量为1.20g。
[0040]将苯收集于特富龙瓶中，加入0.8g化工苯及Ig闪烁液，暗室中静置7天后采用液体闪烁技术仪进行测定。经测量，此生物基SOTona塑料中生物基含量为27.89%。
[0041]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种生物塑料中生物基含量检测的前处理方法，包括生物塑料样品的燃烧，乙炔的制备及苯的合成三个步骤。
2.根据权利要求1所述的前处理方法，其特征在于: 第一步:生物塑料样品的燃烧； 称取5?15g生物塑料样品置于燃烧管中，抽系统真空至低于IOOPa ;置于燃烧炉中加热，至80?200°C时，通入氧气开始燃烧生物塑料样品，并逐渐提高温度，每次提高幅度为10?50°C，至温度为600?800°C，保持30?60min，使生物塑料样品完全燃烧，关闭加热并且停止通氧气；同时不断收集产生的二氧化碳气体，二氧化碳经冷阱除杂，用氨水吸收；继而向其中加入氯化锶溶液，形成碳酸锶沉淀，抽滤后将沉淀烘干，称量碳酸锶沉淀的质量；第二步:乙炔的制备； 称取碳酸锶沉淀质量的0.3?0.5倍的镁粉，并与碳酸锶沉淀充分混合均匀，置于高温电炉中；抽炉膛真空；设置高温电炉温度为300?500°C，保持I?2h后，继续加热至600?900°C，保持I?2h ;反应结束后，关闭加热和真空泵；待高温电炉冷却至室温后，通过分液漏斗向高温电炉中缓慢滴加去离子水，不断收集反应产生的乙炔气体；观察压力表变化，直至压力表再无变化，反应结束，停止滴加去离子水； 第三步:苯的合成； 将收集的乙炔气体经过除杂后富集，缓慢释放乙炔气体，使之在催化剂的作用下合成苯。
3.—种生物塑料中生物基含量的检测方法，其特征在于:在权利要求1或2所述的前处理方法之后，将苯收集于特富龙瓶中，加入化工苯及闪烁液，暗室中静置7天后采用液体闪烁技术仪进行测定。
【文档编号】G01N1/28GK103592165SQ201310560151
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】郭项雨, 张庆, 王烨, 白桦, 王超 申请人:中国检验检疫科学研究院