再生ﾌﾟﾗｽﾁｯｸの分類

ﾌﾟﾗｽﾁｯｸは非常に必要な材料であり､日常生活のどこにでも簡単に見つけることができますが､環境汚染の主な原因でもあり､人々に積極的および否定的な認識を生み出します｡そのため､ﾌﾟﾗｽﾁｯｸの再生は､研究者や製造業者から環境保護関係者や管轄当局まで､多くの利害関係者から関心を集めています｡

この記事では､さまざまなﾌﾟﾗｽﾁｯｸ材料を識別･分類するためのﾌﾟﾗｽﾁｯｸ再生ﾌﾟﾛｾｽへの分光法の適用について説明します｡

※分析の基礎

NIR分光法やﾗﾏﾝ分析等の技術は､化学組成を含む材料の特性に関する有用な情報を提供するため､再生でのﾌﾟﾗｽﾁｯｸ識別に効果的です｡再生ﾌﾟﾛｾｽに分光法を組み込むことで､既存のﾌﾟﾛｾｽでの分類を補完し､簡素化します｡

近赤外(NIR)波長範囲(>800nm)では､ﾎﾟﾘﾏｰは強力で明確な固有のｽﾍﾟｸﾄﾙ特性を示し､これは日常のﾌﾟﾗｽﾁｯｸの再生ｺｰﾄﾞと密接に関連しています(図1)｡殆どのｺｰﾄﾞ化されたﾌﾟﾗｽﾁｯｸはNIRで異なるｽﾍﾟｸﾄﾙ特性を持っているため､分光法をﾌﾟﾗｽﾁｯｸ分類ﾌﾟﾛｾｽに組み込むことができます｡さらに､NIR分光法を使用する場合､ｻﾝﾌﾟﾙの前処理は殆ど不要であり､異なった場面に応じて設定を柔軟に変更およびｶｽﾀﾏｲｽﾞできます｡

図1.幾つかの種類の再生ﾌﾟﾗｽﾁｯｸの近赤外ｽﾍﾟｸﾄﾙ

場合によっては､ﾗﾏﾝ分光法を使用して未知の化合物を特定します｡実際､適切な条件(十分な信号ﾚﾍﾞﾙ､蛍光ﾉｲｽﾞ低減法の適用等)の下では､ﾗﾏﾝはﾌﾟﾗｽﾁｯｸの分類に非常に効果的です｡

ﾗﾏﾝおよびNIR分光法は､無色および有色ﾌﾟﾗｽﾁｯｸの測定に効果的ですが､どちらの方法も黒色ﾎﾟﾘﾏｰの測定には適していません｡これは､すすがすべてのﾗﾏﾝ励起ﾚｰｻﾞｰ光とNIR領域のすべての光を吸収するためです｡(黒色ﾎﾟﾘﾏｰを特定するために中赤外分光法を使用する方法は､次の論文に記載されています｡Becker､W.､Sachsenheimer､K.およびKlemenz､M.､｢ﾎﾟﾘﾏｰ再生目的のための光子ｱｯﾌﾟｺﾝﾊﾞｰｼﾞｮﾝ技術を使用した中赤外ｽﾍﾟｸﾄﾙ(MIR)における黒色ﾌﾟﾗｽﾁｯｸの検出｣､ﾎﾟﾘﾏｰ(Basel)｡2017年9月;9(9):435)

※Ocean Optics (Ocean Insight)のFlame-NIR+分光光度計による拡散反射率測定

ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ分類におけるFlame-NIR+分光光度計の有用性を確認するために､いくつかのｻﾝﾌﾟﾙの拡散反射率係数を測定しました｡

1.主に容器や衣類の製造に使用されるPETE(ﾎﾟﾘｴﾁﾚﾝﾃﾚﾌﾀﾚｰﾄ)

2.熱可塑性ﾌﾟﾗｽﾁｯｸLDPE (低密度ﾎﾟﾘｴﾁﾚﾝ)､PP(ﾎﾟﾘﾌﾟﾛﾋﾟﾚﾝ)

3.あらゆる種類の包装､容器に使用されるPS(ﾎﾟﾘｽﾁﾚﾝ)

 Ocean Optics (Ocean Insight)のFlame-NIR+は､970〜1700nmの波長範囲に適した､非冷却InGaAsｱﾚｲﾌﾟﾛｰﾌﾞを備えたｺﾝﾊﾟｸﾄで高性能な分光光度計です｡以前のﾓﾃﾞﾙよりも最大6倍高い感度で､検出限界が低く､積分時間が短縮されます｡Flame-NIR+のﾌｯﾄﾌﾟﾘﾝﾄが小さく､消費電力が少ないため､再生ﾌﾟﾛｾｽへの統合に最適です｡

ｻﾝﾌﾟﾙを測定するために､Flame-NIR+分光計は､高出力ﾀﾝｸﾞｽﾃﾝ･ﾊﾛｹﾞﾝ光源､600μm反射ﾌﾟﾛｰﾌﾞ､および拡散反射法の条件下で使用されます｡(ｿﾌﾄｳｪｱ:Ocean View､積分時間:6ms､平均ｽｷｬﾝ回数:50､有蓋車:1)

ﾃﾞｰﾀはOceanViewｿﾌﾄｳｪｱの吸収ﾓｰﾄﾞで収集され､反射ｽﾍﾟｸﾄﾙﾛｸﾞ(1/R)(R:ｻﾝﾌﾟﾙの反射係数)として表されます｡反射率ｽﾍﾟｸﾄﾙをlog(1/R)として表すと､濃度を信号の強度の尺度と見なすことができるため､反射率ｽﾍﾟｸﾄﾙを分析するためのより直感的な方法です｡

初期ｽﾍﾟｸﾄﾙは､ﾍﾞｰｽﾗｲﾝ補正なしでFlame-NIR+で確認されます｡その後のﾍﾞｰｽﾗｲﾝ補正は､ｽﾍﾟｸﾄﾙの各点から波長1303nmの反射率係数を減算して､各ｻﾝﾌﾟﾙの分光特性を容易に区別することによって行われます｡この処理は､ﾌｧｲﾊﾞ-の動き等によって発生する可能性のある信号強度の誤差を補正するためのﾃﾞｰﾀ処理ｽﾃｯﾌﾟであり､各ｻﾝﾌﾟﾙのｽﾍﾟｸﾄﾙの違いを発見しやすくなります｡

※NIR Quest+分光計による拡散反射率測定

これは､NIRQuest+1.7(図2)での測定に使用される､900〜1700nmの波長範囲を観測できる熱電冷却InGaAsｱﾚｲﾌﾟﾛｰﾌﾞを備えた分光光度計の別のｼﾘｰｽﾞです｡900-2200nmおよび900-2500nmの波長範囲も利用可能です｡NIRQuest+1.7分光光度計(900-1700nm)は､優れた熱安定性を備えた高感度製品であり､ﾌﾟﾛｾｽでの使用に適しています｡

図2:ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ再生のNIR Quest+

NIR Quest+分光器は､拡散反射測定用の検出限界が低く､より長い波長範囲でｸﾘｱなｽﾍﾟｸﾄﾙで高感度性能を実現するように設計されています｡Flame-NIR+と比較して､NIR Quest+はより感度が高く､より長いNIR波長(>1700nm)でのｽﾍﾟｸﾄﾙを提供します｡

ﾌﾟﾗｽﾁｯｸｻﾝﾌﾟﾙ(PETおよびPP)は､上記のFlame-NIR+で行った実験条件と同じ､高出力ﾀﾝｸﾞｽﾃﾝﾊﾛｹﾞﾝ光源､600μm反射ﾌﾟﾛｰﾌﾞ､および拡散反射法の条件下で測定されました｡(ｿﾌﾄｳｪｱ:OceanView､積分時間:5ms､平均ｽｷｬﾝ数:25､有蓋車:1)測定結果は反射率%で表されます｡

※近赤外ﾃﾞｰﾀの利用

NIR分光法を使用して優れたｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝﾓﾃﾞﾙを構築できますが､ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝﾓﾃﾞﾙ外の材料を予測することは困難です｡実際､NIR分光法は､ﾃﾞｰﾀを抽出できるﾂｰﾙがある限り､ｻﾝﾌﾟﾙに関する多くの情報を提供します｡例えば､化学分析法の一つである主成分分析でNIRﾃﾞｰﾀを収集する場合､ｽﾍﾟｸﾄﾙ表示機能を利用してｻﾝﾌﾟﾙをﾀｲﾌﾟ別にｸﾞﾙｰﾌﾟ化･分類することができます｡

ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ分類ﾌﾟﾛｾｽでは､NIR反射分光法で効率的な分類を実現できることは､Ocean Intelligentの機械学習ｱﾙｺﾞﾘｽﾞﾑにもﾒﾘｯﾄをもたらします｡Ocean Intelligentを自動再生分類ﾌﾟﾛｾｽに適用することで､分類ﾌﾟﾛｾｽで発生する可能性のあるｴﾗｰを最小限に抑えながら､ﾎﾟﾘﾏｰをより効率的に分離できます｡(適切に分別されていないものはすべてｺﾞﾐとして分類され､再生する必要があります｡)

※結論

NIRｽﾍﾟｸﾄﾙと機械が進化するにつれて､再生業界に適用すると､ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ分類ﾌﾟﾛｾｽは合理化され､費用効果が高く､将来のより持続可能な環境に貢献することができます｡