核磁法定量分析生物降解塑料中聚乳酸等组分

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.08.025

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (8): 181-188.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.08.025

核磁法定量分析生物降解塑料中聚乳酸等组分

陈新启¹, 白云¹, 刘珊珊¹, 高峡¹, 刘伟丽¹, 张梅¹(), 吴毓炜², 黄艳², 赵宏亮²()

^1.北京市理化分析测试中心，有机材料检测技术与质量评价北京市重点实验室，北京 100089
^2.海南省产品质量监督检验所，海口 570203

收稿日期:2021-05-06 出版日期:2021-08-26 发布日期:2021-08-27
基金资助:
国家市场监督管理总局保障性专项项目(2019YJ036);北京市改革与发展专项(2021ZL0118)

Determination of Polylactic Acid and Other Components in Biodegradable Plastics Using Quantitative ¹H⁃NMR Method

CHEN Xinqi¹, BAI Yun¹, LIU Shanshan¹, GAO Xia¹, LIU Weili¹, ZHANG Mei¹(), WU Yuwei², HUANG Yan², ZHAO Hongliang²()

^1.Beijing Key Laboratory of Detection Technology and Quality Evaluation of Organic Material，Beijing Centre for Physical and Chemical Analysis，Beijing 100089，China
^2.Hainan Products Quality Supervision & Testing Institute，Haikou 570203，China

Received:2021-05-06 Online:2021-08-26 Published:2021-08-27
Contact: ZHANG Mei,ZHAO Hongliang E-mail:zhangmei@bcpca.ac.cn;hnxxzhao@126.com

摘要/Abstract

摘要：

采用核磁共振氢谱法，以1，2，4，5?四氯苯为内标，建立了生物降解塑料中聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二酯（PBS）和聚对苯二甲酸?己二酸?丁二酯（PBAT）3种组分的定量分析方法。该方法明确了PLA、PBS和PBAT的定量特征峰，建立了定量计算公式。同时测定了7批市售生物降解购物袋中上述3种组分的含量。结果表明，在内标物与目标物定量特征峰面积比1∶5~5∶1范围内，该方法表现出良好的线性关系，相关系数（R）均＞0.99，3种组分精密度、重复性的相对标准偏差均≤3 %，定量分析结果相对误差绝对值均≤3.0 %，该方法准确且简便可行；该方法适用于生降解塑料样品中PLA、PBS、PBAT含量的快速测定。

关键词: 生物降解, 核磁共振氢谱, 内标法, 定量核磁

Abstract:

The contents of polylactic acid （PLA）， poly（butylene succinate）（PBS） and poly（butylene adipate terephthalate）（PBAT） were detected by hydrogen nuclear magnetic resonance spectroscopy （¹H?NMR） with 1，2，4，5?tetrachlorobenzene as the internal standard. The method identified the characteristic peaks of PLA， PBS and PBAT for quantitative analysis and established their quantitative calculation formulas. The results indicated that good linear relationships （R>0.99） were achieved among the characteristic peak area ratios of 1∶5~5∶1 for the internal standard substance and target substance. The relative standard deviations of the precision and repeatability of the three components were all lower than 3 %. The results indicated that this method was accurate， simple and feasible to detect the contents of PLA， PBS and PBAT. In addition， the contents of PLA， PBS and PBAT in 7 batches of commercial biodegradable shopping bags were determined， and the results demonstrated that the method was suitable for rapid determination of the contents of PLA， PBS， and PBAT in the biodegradable samples.

Key words: biodegradation, ¹H?nuclear magnetic resonance, internal standard method, quantitative nuclear magnetic resonance

中图分类号:

TQ 321

陈新启, 白云, 刘珊珊, 高峡, 刘伟丽, 张梅, 吴毓炜, 黄艳, 赵宏亮. 核磁法定量分析生物降解塑料中聚乳酸等组分[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 181-188.

CHEN Xinqi, BAI Yun, LIU Shanshan, GAO Xia, LIU Weili, ZHANG Mei, WU Yuwei, HUANG Yan, ZHAO Hongliang. Determination of Polylactic Acid and Other Components in Biodegradable Plastics Using Quantitative ¹H⁃NMR Method[J]. China Plastics, 2021, 35(8): 181-188.

图/表 17

参考文献 18

1	GUPTA A K， IBRAHIM S， SHOAIBI AAL. Advances in Sulfur Chemistry for Treatment of Acid gases［J］. Progress in Energy and Combustion Science， 2016（54）： 65⁃92.
2	陶永亮．“限塑令”是治理“白色污染”重要举措［J］．橡塑技术与装备. 2021，47（04）： 39⁃43.
	TAO Y L. Plastic Restriction Order Is an Important Measure to Control White Pollution［J］. China Rubber/Plastics Technology and Equipment （Plastics）， 2021，47（04）： 39⁃43.
3	王雪．淀粉/乳酸接枝共聚物及其淀粉基薄膜的制备与性能研究［D］. 北京：中国地质大学，2018.
4	王燕萍，邓义祥，张承龙，等. 我国一次性塑料污染管理对策研究［J］. 环境科学研究，2020，33（4）：1 062⁃1 068.
	WANG Y P， DENG Y X， ZHANG C L， et al. Study on the Management Policies of Single⁃Use Plastics Pollution in China［J］. Research of Environmental Sciences，2020，33（4）：1062⁃1068.
5	郑宁来. 欧盟2021年后禁用一次性塑料制品［J］. 塑料助剂，2018，132（6）：53.
	DENG N L. Disposable Plastic Products Will be Baned in the European Union After 2021［J］. Plastics Addictives，2018，132（6）：53.
6	海南省人民政府.《海南省全面禁止生产、销售和使用一次性不可降解塑料制品实施方案》［EB/OL］.（2019⁃02⁃21）［2020⁃03⁃12］. .
7	国家发展和改革委员会等.《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》［EB/OL］.（2020⁃07⁃10）［2020⁃03⁃12］. .
8	刁晓倩，翁云宣，宋鑫宇，等. 国内外生物降解塑料产业发展现状［J］. 中国塑料，2020，34（5）：123⁃135.
	DIAO X Q， WENG Y X， SONG X Y， et al. Current Development Situation of Biodegradable Plastic Industry In China and Abroad［J］. China Plastics，2020，34（5）：123⁃135.
9	宋力，赵晶晶，王战勇，等. 生物降解塑料降解技术及其前景展望［J］. 塑料，2020，49（5）：88⁃91.
	SONG L， ZHAO J J， WANG Z Y， et al. Biodegradable Plastic Degradation Technology and the Prospects［J］. Plastics，2020，49（5）：88⁃91.
10	HASHIMA K， NISHITSUJI S， INOUE T. Structure⁃Properties of Super⁃Tough PLA Alloy with Excellent Heat Resistance［J］. Polymer， 2010， 51（17）：3934⁃3939.
11	VIEIRA A C， MARQUES A T， GUEDES R M， et al. Material Model Proposal for Biodegradable Materials［J］. Procedia Engineering， 2011， 10（7）：1597⁃1602.
12	宁永成. 有机化合物结构鉴定与有机波谱学［M］. （第二版）北京：科学出版社， 2000： 27⁃28.
13	DIANNE M T， JEAN⁃BAPTISTE R， ADRIAN L， et al. Direct Measurement of Dimethylsulfoniopropionate （DMSP） in Reef⁃building Corals Using Quantitative Nuclear Magnetic Resonance （qNMR） Spectroscopy ［J］. J Exp Mar Biol Ecol， 2013， 443： 85-89.
14	PAULI G F， JAKI B U， LANKIN D C. Quantitative ¹H NMR： Development and Potential of a Method for Natural Products Analysis［J］. J Nat Prod， 2005， 68： 133⁃149.
15	孙文霞，钟家亮，侯佳威，等．氢核磁共振定量法测定槲皮素原料药中的槲皮素［J］．药物评价研究，2017，40（01）：59⁃62.
	SUN W X， ZHONG J L， HOU J W， et al. Quantitative Determination of the Absolute Content of Quercetin by Proton Nuclear Magnetic Resonance［J］. Drug Evaluation Research， 2017，40（01）：59⁃62.
16	禹珊，郭强胜，王会琳，等．定量核磁共振波谱法同时测定中药虎杖中白藜芦醇和虎杖苷的含量［J］．分析化学，2015，43（1）：69⁃74.
	YU S，GUO Q S，WANG H L， et al. Simultaneous Determination of Resveratrol and Polydatin in Polygonum Cuspidatum by Quantitative Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy［J］. Chinese Journal of Analytical Chemistry， 2015，43（1）：69⁃74.
17	马晓丽，邹萍萍，雷伟，等．定量核磁技术参数的优化及其在中草药定量分析领域的应用［J］．药学学报，2014， 49 （9）：1248-1257.
	MA X L， ZOU P P， LEI W，et al. Optimization of Experimental Parameters for Quantitative NMR （qNMR） and Its Application in Quantitative Analysis of Traditional Chinese Medicines［J］. Acta Pharmaceutica Sinica， 2014， 49 （9）： 1248-1257.
18	谢鸿洲，卢文新，商宽祥. 几种可生物降解塑料的性能与应用比较研究［J］. 化肥设计，2020，58（4）：1⁃7.
	XIE H Z，LU W X，SHANG K X. Comparative Study on the Properties and Application of Several Biodegradable Plastics［J］. Chemical Fertilizer Design， 2020， 58（4）：1⁃7.

样品编号	样品颜色	投料质量比例
1^#	白色	PBAT（75 %）+其他填料
2^#	白色	PBAT（75 %）+其他填料
3^#	白色	PBAT（68 %）+PLA（8.7 %）+其他填料
4^#	白色	PLA（95 %）+其他填料
5^#	白色	PBAT（8.8 %）+PLA（88 %）+其他填料
6^#	白色	PBAT（28.5 %）+PLA（40 %）+PBS（28 %）+其他填料
7^#	白色	PBAT（40 %）+PBS（40 %）+其他填料

样品编号	样品颜色	投料质量比例
1^#	白色	PBAT（75 %）+其他填料
2^#	白色	PBAT（75 %）+其他填料
3^#	白色	PBAT（68 %）+PLA（8.7 %）+其他填料
4^#	白色	PLA（95 %）+其他填料
5^#	白色	PBAT（8.8 %）+PLA（88 %）+其他填料
6^#	白色	PBAT（28.5 %）+PLA（40 %）+PBS（28 %）+其他填料
7^#	白色	PBAT（40 %）+PBS（40 %）+其他填料

氢质子编号	δ_H（PLA）/ppm	δ_H（PBS）/ppm	δ_H（PBAT）/ppm
1	5.17	4.12	4.09
1'	-	-	4.15
2	1.59	1.71	1.69
2'	-	-	1.80
3	-	2.63	2.33
4	-	-	1.66
5	-	-	4.44
5'	-	-	4.38
6	-	-	1.98
6'	-	-	1.87
7	-	-	8.10

氢质子编号	δ_H（PLA）/ppm	δ_H（PBS）/ppm	δ_H（PBAT）/ppm
1	5.17	4.12	4.09
1'	-	-	4.15
2	1.59	1.71	1.69
2'	-	-	1.80
3	-	2.63	2.33
4	-	-	1.66
5	-	-	4.44
5'	-	-	4.38
6	-	-	1.98
6'	-	-	1.87
7	-	-	8.10

序号	1	2	3	4	5
加入PLA质量/mg	21.00	9.76	5.04	5.14	2.06
加入内标标样质量/mg	5.92	4.54	6.97	7.61	14.25
定量峰面积比A_PLA/A_is	5.376	3.221	1.084	1.032	0.214

核磁法定量分析生物降解塑料中聚乳酸等组分

Determination of Polylactic Acid and Other Components in Biodegradable Plastics Using Quantitative ¹H⁃NMR Method

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序号	1	2	3	4	5
加入PBS质量/mg	9.83	6.51	6.48	2.56	1.55
加入内标标样质量/mg	4.74	3.69	5.44	6.45	19.03
定量峰面积比A_PBS/A_is	5.083	4.593	2.954	1.023	0.201

序号	1	2	3	4	5
加入PBAT质量/mg	22.55	13.43	4.69	5.10	2.21
加入内标标样质量/mg	4.45	4.18	4.38	5.02	11.55
定量峰面积比A_y/A_is	4.924	3.208	1.047	1.014	0.195

序号	1	2	3	4	5	6	RSD/%
PLA	3.221	3.220	3.220	3.221	3.222	3.224	0.047
PBS	2.953	2.952	2.954	2.958	2.957	2.954	0.079
PBAT	3.203	3.214	3.206	3.212	3.208	3.210	0.13

序号	定量峰面积比/质量比（PLA）	定量峰面积比/质量比（PBS）	定量峰面积比/质量比（PBAT）
RSD/%	0.99	2.77	1.91
1	1.506	2.564	0.9655
2	1.476	2.432	1.016
3	1.518	2.454	0.9694
4	1.489	2.595	0.9941
5	1.491	2.565	0.9980
6	1.489	2.466	0.9926

序号	1	2	3	4	5
PLA称量质量/mg	21.00	2.06	5.14	5.04	5.17
PLA测试计算质量/mg	21.12	2.02	5.21	5.01	5.14
相对误差/%	0.6	-1.9	1.4	-0.6	-0.6

序号	1	2	3	4	5
PBS称量质量/mg	2.56	9.83	1.55	6.51	6.52
PBS测试计算质量/mg	2.62	9.55	1.52	6.71	6.66
相对误差/%	2.3	-2.8	-1.9	3.0	2.1

序号	1	2	3	4	5
PBAT称量质量/mg	22.55	2.21	4.69	5.10	5.86
PBAT测试计算质量/mg	22.10	2.26	4.61	5.11	5.92
相对误差/%	-2.0	2.3	-1.7	0.2	1.0

样品序号	PLA /%			PBS /%			PBAT /%
样品序号	x	x_i	E_R	x	x_i	E_R	x	x_i	E_R
1	ND	NO	-	ND	NO	-	73.7	75.0	-1.7
2	ND	NO	-	ND	NO	-	73.3	75.0	-2.3
3	8.6	8.7	-1.1	ND	NO	-	68.7	68.0	1.0
4	93.1	95.0	-2.0	ND	NO	-	ND	NO	-
5	87.1	88.0	-1.0	ND	NO	-	8.7	8.8	-1.1
6	40.6	40.0	1.5	28.6	28.0	2.1	28.0	28.5	-1.8
7	ND	NO	-	39.1	40.0	-2.3	40.4	40.0	1.0

[1]	林文, 赵晶晶, 苏婷婷, 王战勇. 聚苯乙烯生物降解研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 143-149.
[2]	吴雄杰, 陶强, 朱东波, 程劲松, 储雨, 许磊. 食品接触用生物降解塑料购物袋材质鉴别与总迁移量研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 127-132.
[3]	刁晓倩, 翁云宣, 付烨, 周迎鑫. 生物降解塑料应用及性能评价方法综述[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 152-161.
[4]	冯玉红, 姚文清, 尚超男, 谢艳丽, 张名楠, 周雪晴, 王桂振, 于文辉, 窦智峰. 一次性塑料制品污染防治的法律法规及检测标准研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 55-63.
[5]	李玉竹, 姚利辉, 叶世强, 吕国永, 刘盼盼, 徐龙飞, 仇丹. 生物降解材料在水环境中降解性能的研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 103-114.
[6]	张婷, 张彩丽, 宋鑫宇, 翁云宣. PBAT薄膜的制备及应用研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 115-125.
[7]	李美兰, 何娇, 龚伟, 贺肖妮, 来倩, 刘白玲. 无磷型绿色端羧基超支化聚酯的制备及其阻垢行为研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(11): 55-63.
[8]	毕昕媛, 姚建民. 聚碳酸亚丙酯生物降解渗水地膜的研制及性能分析[J]. 中国塑料, 2021, 35(10): 21-25.
[9]	薛颖昊, 孙占祥, 居学海, 习斌, 靳拓, 贾涛. 可降解农用地膜的材料研究与应用现状[J]. 中国塑料, 2020, 34(5): 87-96.
[10]	刁晓倩, 翁云宣, 宋鑫宇, 周迎鑫, 付烨, 黄志刚. 国内外生物降解塑料产业发展现状[J]. 中国塑料, 2020, 34(5): 123-135.
[11]	赵磊, 姜为青, 刘华, 李桂付, 周红涛. 生物可降解山麻杆韧皮纤维增强PBS复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2019, 33(12): 73-79.
[12]	马庆峰李会举沈智奇郭长友苏婷婷王战勇. 聚ε-己内酯薄膜的脂肪酶促降解[J]. 中国塑料, 2018, 32(10): 117-122.
[13]	姚志光. 聚ε-己内酯/二氧化硅纳米复合材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2017, 31(6): 65-70 .
[14]	舒友胡扬剑林红卫李嘉顺王铭亮. 热塑性聚乙烯醇对聚乳酸结构与性能的影响[J]. 中国塑料, 2017, 31(12): 73-77.
[15]	张敏;孟庆阳;刁晓倩;翁云宣. PLA/PBAT共混物的降解性能研究[J]. 中国塑料, 2016, 30(08): 79-86 .

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