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

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.08.025

Abstract

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

CLC Number:

TQ 321

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.

Figures/Tables 17

References 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

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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]	Xiaoqian DIAO, Yunxuan WENG, Xinyu SONG, Yingxin ZHOU, Ye FU, Zhigang HUANG. Current Development Situation of Biodegradable Plastic Industry In China and Abroad [J]. China Plastics, 2020, 34(5): 123-135.
[2]	. Biodegradation Behavior of PLA/PBAT Blends [J]. China Plastics, 2016, 30(08): 79-86 .
[3]	Xueyu ZHANG Zongyan GUI Chong LU Shujun CHENG. Study on the Reaction Kinetics and Rheological Behaviors of Poly(polyethylene glycolcocitric acid) [J]. China Plastics, 2012, 26(10): 36-41 .
[4]	MENG Qianni ZHU Guangming XU Shuogui. Biodegradable Shape Memory Polymers and Their Application in Biomedical Engineering [J]. China Plastics, 2011, 25(04): 17-21 .
[5]	CHEN Youning ZHANG Juncai ZHAO Wei. Study on Synthesis and Properties of Maleic Anhydride Modified Lactic Acid Prepolymer [J]. China Plastics, 2010, 24(04): 44-48 .
[6]	OUYANG Chun-fa;JIA Run-ping;WANG Xia;MA Pi-ming;ZHANG Yong. Morphology and Properties of PHBV / PBAT Blends [J]. China Plastics, 2008, 22(6): 44-48 .