DB46 T 520-2020 全生物降解塑料制品 核磁共振波谱快速检测法.pdf

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1、ICS 83.140.01 CCS Y 28 DB46 海南省 地 方 标 准 DB 46/ T 520 2020 全生物降解塑料制品 核磁共振波谱快速 检测法 Biodegradable plastics products - Rapid test method using nuclear magnetic resonance spectroscopy 2020 - 12 - 15发布 2021 - 01 - 15实施 海南省市场监督管理局 发布 DB 46/T 520-2020 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 原理 . 1 4 试剂和材料 .

2、1 5 仪器设备 . 1 6 样品制备 . 2 6.1 制样 . 2 6.2 索氏抽提实验 . 2 6.3 三氯甲烷提取物 . 2 6.4 残留物称重 . 2 7 实验步骤 . 2 7.1.1 溶液配制 . 2 7.1.2 测 试条件 . 3 7.1.3 定性分析 . 3 7.1.4 定量分析 . 4 7.1.5 结果计算 . 4 7.1.6 精密度 . 5 7.2 无机成分含量测定 . 5 7.2.7 精密度 . 6 7.3 淀粉测定 . 6 7.3.1 淀粉定性分析 . 6 7.3.2 淀粉定量分析 . 6 7.3.3 结果计算 . 6 7.3.4 精密度 . 6 附录 A （资料性） 聚

3、合物的术语及缩略语 . 7 附录 B （资料性） 可降解成分核磁图谱 . 8 DB 46/T 520-2020 II 前 言 本文件 按照 GB/T 1.1-2020标准化工作导则 第 1部分：标准化文件的结构和起草规则给出的规 则起草 。 本 文件 由海南省 市场监督管理局 提出 并归口 。 本 文件 起草单位：海南省产品质量监督检验所、中国科学院理化技术研究所、北京市理化分析测试 中心、海南大学。 本 文件 主要起草人：黄艳、吴毓炜、赵宏亮、季君晖、卢波、林塬、徐鼐、汤苗、吴思怡、罗腾、 谭若冰、张梅、魏晓晓、白云、刘伟丽、陈新启、高峡。 DB46/ T 520 2020 1 全生物降解塑

4、料制品 核磁共振波谱快速检测法 1 范围 本 文件描述 了 利用核磁共振波谱和常规理化技术快速、定量测定 全生物降解塑料制品 中 可降 解成分 的检测方法。 本 文件 适用于以聚对苯二甲酸 /己二酸 /丁二酯（ PBAT）、聚丁二酸丁二酯（ PBS）、聚乳酸（ PLA）、 淀粉（ St）或改性淀粉为原料，由以上单一原料或者几种原料 共混以及添加无害的无机成分、功能性助 剂 加工 而成 的塑料薄膜、塑料袋、塑料餐饮具 、塑料吸管 等 全生物降解 塑料制品 。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文

5、件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件。 GB/T 6682 分 析实验室用水规格和试验方法 3 原理 采用三氯甲烷对全生物降解塑料制品进行分离提取，并采用核磁共振波谱（ NMR）法对提取物进行 定性定量分析，以 1,2,4,5-四氯苯作定量内标，计算样品中可降解聚合物的含量。对提取残留物进行淀 粉鉴别和定量实验，从而实现对全生物降解制品中可降解成分的快速检测 。 4 试剂 和 材料 4.1 三氯甲烷（ CHCl3）。 4.2 氘代氯仿（ CDCl3）：氘代度不低于 99.8%，含 0.03%（体积分数）四甲基硅烷（ TMS）。 4.3 盐酸（ HCl）：浓度 3

6、7%。 4.4 内标： 1,2,4,5-四氯苯标准 物质 ， 纯度 98%。 4.5 盐酸溶 液（ 1 mol/L）：量取 9 mL盐酸（ 4.3），加入去离子水至 100 mL，混匀。 4.6 碘溶液： 0.1 mol/L。 4.7 除非另有说明，所用试剂均为分析纯或以上纯度 ， 实验用水应符合 GB/T 6682 三级水要求。 5 仪器设备 5.1 核磁共振波谱仪，共振频率高于或等于 300 MHz，探头为 5 mm液体探头。 5.2 分析天平：感量 0.01 mg。 5.3 分析天平：感量 0.1 mg。 5.4 马弗炉：能保持温度在 600 25 。 DB46/ T 520 2020

7、2 5.5 烘箱： 加热范围覆盖 50 -200 。 5.6 电加热板：温度可控。 5.7 索氏抽提器：容积 100 mL-250 mL。 5.8 恒温水 浴锅。 5.9 坩埚：与试验物质不起化学反应的陶瓷坩埚或石英坩埚。 5.10 称量瓶。 5.11 干燥器。 5.12 旋转蒸发仪。 5.13 核磁样品管： 5 mm标准核磁样品管 6 样品制备 6.1 制样 将试样制成小于 2 mm2 mm的小块备用。 6.2 索氏抽提实验 称取制备的试样 ms： 0.5 g-2.0 g，准确至 0.001 g，全部移入滤纸筒内。将滤纸筒放入索氏抽提器 的抽提筒内，连接已干燥至恒重的接收瓶，由抽提器冷凝管上

8、端加入三氯甲烷 （ 4.1） 至瓶内容积的三 分之二处，于 恒温水浴锅中 80 2 加热，使三氯甲烷不断回流抽提（ 6次 /h-8次 /h），一般抽提 6 h-8 h，可降解塑料成分被三氯甲烷提取完全，滤纸筒内只剩不溶于三氯甲烷成分。 6.3 三氯甲烷提取物 取下接收瓶，将瓶中三氯甲烷提取物溶液转移至已恒重圆底烧瓶中，利用旋转蒸发仪在 50 下蒸 干，再于 100 5 干燥 1 h，放干燥器内冷却 0.5 h后称量，重复以上操作直至恒重（两次称量的 差值不超过 2 mg）。此三氯甲烷提取物质量 mE用于可降解塑料成分测定。 6.4 残留物称重 将滤纸筒 置于烧杯中 在恒温水浴锅上蒸干，再于 1

9、00 5 干燥 1 h，放干燥器内冷却 0.5 h后称 量，重复以上操作直至恒重（两次称量的差值不超过 2 mg）。若滤纸筒上残留物含量大于 1%，则继续对 残留物进行分析 。 注： 当试样中的三氯甲烷提取物或残留物含量较低时，应适当增加索氏抽提实验的取样量以满足可降解塑料成分和 淀粉含量测定的精密度要求。 7 实验步骤 7.1 可降解塑料成分测定 7.1.1 溶液配制 称取 6.3 制备的三氯甲烷提取物 mNMR： 10-20 mg，准确至 0.01 mg，于 5 mL试剂瓶中，加入 1,2,4,5- 四氯苯 （ 4.4） 内标物 mis： 3-5 mg, 准确至 0.01 mg， 再加入

10、1 mL氘代氯仿 （ 4.2） 溶解，完全溶解后如 有浑浊或者沉淀物，用 0.45 m尼龙膜过滤，取 0.5 mL溶液装入核磁测定管中，使用核磁共振波谱仪进 行测定。 DB46/ T 520 2020 3 7.1.2 测试条件 核磁共振氢谱（ H-NMR）测定参数为：温度为常温，谱宽 -2-14 ppm，脉冲角度 45度，脉冲延迟时 间 25 s，采样时间 3 s，扫描次数 16次，以四甲基硅烷（ TMS，氢的化学位移 设为 H 0.00）为内标， 1,2,4,5- 四氯苯为定量内标物质。 7.1.3 定性分析 根据 PBAT、 PLA、 PBS核磁氢谱中各质子峰化学位移，选取相应的质子峰作为

11、定性特征峰。 O C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 O C C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 O C O O C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C O C O O x y T 单 元A 单 元B 单 元 B 单 元 PBAT分子结构 PBAT： H =8.100.05 ppm处的共振峰对应 T单元苯环上的质子峰， H =4.410.05 ppm、 H =4.120.05 ppm处的共振峰对应 B单元 中与氧 原子 相连的 两 组 亚甲基的质子峰， H =2.330.05 ppm处的共振峰对应 A 单元 中与 羰基 相连的 两 组 亚甲基的质子峰。 选取

12、 H =8.100.05 ppm、 H =4.410.05 ppm、 H =4.120.05 ppm、 H =2.330.05 ppm处的共振峰 作为定性特征峰。 C CH C H 3 O n O PLA分子结构 PLA： H =5.170.05 ppm处是次甲基的质子峰， H=1.590.05 ppm处的峰是与次甲基相连的甲基质 子峰。 选取 H =5.170.05 ppm、 H =1.590.05 ppm处的共振峰作为定性特征峰。 O C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 O C C H 2 C H 2 O C O n PBS分子结构 PBS： H =4.120.05 ppm处的

13、 共振 峰是丁二醇单元上 与 氧原子 相连的 两 组 亚甲基质子峰， H =1.710.05 ppm处的峰是丁二醇单元上中间 两组 亚甲基的质子峰， H =2.630.05 ppm处的峰是丁二酸 单元上两 组 亚甲基的质子峰。 选取 H =4.120.05 ppm、 H =2.630.05 ppm处的共振峰作为定性特征峰。 依次查找样品的核磁氢谱谱图中是否含有 PBAT、 PLA、 PBS的特征峰，若样品的核磁氢谱中出现 PBAT、 PLA、 PBS的全部质子共振峰或定性特征峰，则判定样品中含有 PBAT、 PLA、 PBS成分。如有必要，可利 用 PBAT、 PLA、 PBS的核磁碳谱辅助判

14、定。 7.1.4 定量分析 DB46/ T 520 2020 4 PBAT选取 H=8.100.05 ppm（ BT 单元），与 H=2.330.05 ppm（ BA 单元）处的共振峰作为定量特 征峰； PLA 选取 H=5.170.05 ppm处的共振峰作为定量特征峰； PBS选取 H=2.630.05 ppm处的共振峰 作为定量特征峰，内标 1,2,4,5-四氯苯的定量特征峰为 H=7.550.05 ppm，如附录 B-7所示。以三氯甲 烷提取物中可降解塑料成分定量特征峰的峰面积与内标物质定量特征峰的峰面积比值，结合样品和内标 物的质量等进行定量。 7.1.5 结果计算 7.1.5.1 核

15、磁定量分析 核磁定量分析各可降解成分中 PLA、 PBS和 PBAT质量，按式（ 1） （ 3）的计算： 2 18.172 isis isPBSPBS MA mAm (1) isis isPLAPLA MAmAm 206.72 (2) 2 isis PBATisyPBAT MA MmAm 其中： 22.22023.200 yxPBAT A AM (3) 式中： mPBS 核磁定量分析中 PBS的质量，单位为毫克（ mg）； mPLA 核磁定量分析中 PLA的质量，单位为毫克（ mg）； mPBAT 核磁定量分析中 PBAT的质量，单位为毫克（ mg）； mis 内标物 1,2,4,5-四氯苯

16、的 质量，单位为毫克（ mg）； 172.18 PBS中重复单元的摩尔质量； 72.06 PLA中重复单元的摩尔质量； Mis 内标物 1,2,4,5 四氯苯的摩尔质量； MPBAT PBAT中重复单元的摩尔质量； A 为各物质定量峰的积分面积，具体物质如下标所示；其中 Ax和 Ay分别为 PBAT的核磁谱图中 2.330.05 ppm和 8.100.05 ppm处特征 共振 峰的积分面积，其比值代表了两种重复单元的摩尔比。 7.1.5.2 含量计算 试样中 PBS、 PLA和 PBAT的含量，按式（ 4）计算： 100 SN M R Emm mmX (4) 式中 : X 代表 PBS、 PL

17、A和 PBAT，计算时可采用以下各自的含量，单位为克每百克（ g/100g）； m 核磁定量分析中 PBS、 PLA或 PBAT的质量，单位为克（ g）； mNMR 核磁定量分析中三氯甲烷提取物的质量，单位为克（ g）； mE 三氯甲烷提取物的质量，单位为克（ g）； mS 试样质量，单位为克（ g）； 100 单位换算系数 。 DB46/ T 520 2020 5 7.1.6 精密度 在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的 15%。 7.2 无机成分含量测定 7.2.1 把坩埚放在马弗 炉 内，在试验温度下加热至恒重。将其放入干燥器内至少 1 h，使其冷却至室 温

18、， 并在分析 天平上称量 m1，精确到 0.1 mg。 7.2.2 称取一定质量的试样 m2，精确到 0.1 mg，放入已知质量的称量瓶中，试样量的多少以能产生 5-50 mg灰分为准。如果坩埚足够大能容纳可产生 5-50 mg灰分的试样，可直接采用该坩埚为容器称取试样， 精确至 0.1 mg。通常产生 5-50 mg 灰分需要 0.5-2.0 g试样。 7.2.3 把试样放入坩埚中，不能超过坩埚高度的一半，然后直接在电加热板上加热，使其缓慢地燃烧。 燃烧不可太剧烈，以避免灰分损失。冷却后再加其余的试样。重复上述操作直至全部试样烧完。 7.2.4 把坩埚放入已预热至规定温度 600 25 的马

19、弗炉中，煅烧 1 h。冷却至 200 左右，取出， 放入干燥器中冷却至室温，并在分析天平上称量 m3，精确至 0.1 mg。在相同条件下，再煅烧 30 min， 直 至恒重（两次称量结果之差不大于 0.5 mg）。 7.2.5 将 10 mL 1 mol/L盐酸 （ 4.5） 分次缓慢加入坩埚中。若无气泡产生，盖上表面皿，在电热板上 继续加热直至盐酸蒸发干燥。若产生大量气泡，待气泡消失，趁热用无灰滤纸过滤，并用热蒸馏水分次 洗涤 坩埚 中残渣，将滤纸连同残渣移入原坩埚内，放在沸水浴锅上小心地蒸去水分后，移入马弗炉内， 以 600 25 灼烧 30 min。待温度降至 200 时，取出坩埚，放入

20、干燥器内 , 冷却至室温，称重， 准确至 0.1 mg。再放入马弗炉内灼烧 30 min，如前冷却并称重。直至连续两次称重之差不超过 0.5 mg 为止， 记下最低质量 m4，精确到 0.1 mg。 7.2.6 结果计算 如下： 以试样质量计，无机成分的含量，按式（ 5）计算 : 1002 131 m mmX (5) 式中 : X1 无机成分的含量，单位为克每百克（ g/100g）； m1 坩埚的质量，单位为克（ g）； m2 试 样的质量，单位为克（ g）； m3 坩埚和灰分的质量，单位为克（ g）。 以试样 质量 计，碳酸盐成分的含量，按式（ 6）计算 ： 100 2 432 m mmX

21、( 6) 式中 : X2 碳酸盐成分的含量，单位为克每百克（ g/100g） ; m2 试样 的质量，单位为克（ g）； m3 坩埚和灰分 的质量，单位为克（ g）； m4 坩埚和酸不溶性灰分的质量，单位为克（ g） ; 试样中无机成分含量 1.0g/100g时，保留三位有效数字；试样中无机成分含量 1.0g/100g 时 , 保 留 两位有效数字。 DB46/ T 520 2020 6 7.2.7 精密度 在重复性条件下获得的两次独立测定结果 的 绝对差值不得超过算术平均值的 10%。 7.3 淀粉测定 7.3.1 淀粉定性分析 称取 6.4滤纸筒上的残留物 5 mg于锥形瓶中，加入 25

22、mL去离子水，放 在 加热 板上 加热煮沸，取出冷 却至室温，加 1滴碘溶液（ 4.6）摇匀，如果溶液呈蓝黑色、蓝色、蓝绿色、蓝紫色、紫红色或红色，说 明残留物中含有淀粉。 7.3.2 淀粉 定量 分析 如滤纸筒上残留物中含有淀粉，则称取 6.4滤纸筒上的残留物 m5： 0.5-1.0 g, 置于 100 mL锥形瓶中 , 加 20 mL盐酸（ 4.5），装上回流冷凝器，在沸 水浴中回流 2h，回流结束后将锥形瓶中的溶液用称量好的 滤纸 m6进行过滤，用水反复冲洗直到流出的水呈中性。 将滤纸在水浴上蒸干，再于 100 5 干燥 1 h，放干燥器内冷却 0.5 h后称量，重复以上操作直 至恒重（

23、两次称量的差不超过 2 mg），记为 m7。 7.3.3 结果计算 若试样中没有碳酸盐，以试样质量计，淀粉含量按式（ 7）计算 : 100 5 673 m mmX (7) 式中 : X3 淀粉含量，单位为克每百克（ g/100g）； m5 滤纸筒上的残留物，单位为克（ g）； m6 滤纸的质量，单位为克（ g）； m7 滤纸和残渣的质量，单位为克（ g）。 若试样中含有碳酸盐，除去碳酸盐成分淀粉的含量，按式（ 8）计算 : 234 XXX (8) 式中 : X4 除去碳酸盐成分淀粉含量，单位为克每百克（ g/100g） ； X3 淀粉的含量 ； X2 碳酸盐成分的含量 ； 计算结果表示到小数点

24、后一位。 7.3.4 精密度 在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的 15%。 DB46/ T 520 2020 7 A A 附 录 A （资料性） 聚合物的术语及缩略语 术 语 缩略语 聚对苯二甲酸 /己二酸 /丁二酯 poly(butylene adipate/terephthalate) PBAT 聚丁二酸丁二酯 polybuthylenesuccinate PBS 聚乳酸 polylactic acid or polylactide PLA 淀粉 starch St DB46/ T 520 2020 8 B B 附 录 B （资料性） 可降解成分核磁图谱 图 B-1 PBAT的氢谱 DB46/ T 520 2020 9 图 B-2 PBAT的碳谱 图 B-3 PLA的氢谱 DB46/ T 520 2020 10 图 B-4 PLA的碳谱 图 B-5 PBS的氢谱 DB46/ T 520 2020 11 图 B-6 PBS的 碳谱 图 B-7 PBAT、 PLA、 PBS与 1,2,4,5-四氯苯混合物的氢谱 _