案例——玻璃回收

背景：

玻璃的回收需要去除特种玻璃，如防火和矿物玻璃，以及微晶玻璃，这些都被认为是污染物。类似聚合物和包装纸的回收一样，回收玻璃必须在回收过程中进行分类。然而，不同的玻璃具有不同的熔点。一种混合物不控制的玻璃在回收冷却过程中会导致破裂，并且熔解中没有融化的成分会导致生产机器的损坏。常用的分类方法中，用视觉相机系统分类对选择非常有限制，改进的方法是用x射线荧光系统，但是比较昂贵。作为一种替代方法，研究了拉曼光谱对玻璃分类的可行性。

Raman是材料分析的经典实验室方法。相机和光谱仪技术的进步可以获得高空间和光谱分辨率Raman的信号。

实验与结果：

1、显微拉曼测量

设备：Horiba Scientific LabRAM ARAMIS 系统（包括一个标准Olympus Bx50显微镜、三个激光器波长分别为：473nm、633nm和785nm）.

样品：直径为1-2cm的矿物玻璃和防火玻璃。矿物玻璃分为：绿玻璃、无色玻璃和褐色玻璃；防火玻璃分为桃色玻璃、淡褐色玻璃、浅黄色玻璃和Honey色玻璃。

过程：用Horiba Scientific LabRAM ARAMIS 系统测量玻璃样品的Raman光谱。对每个样品，在积分时间1s内测5个点测两次。为了增强Raman信号，我们把焦点放在样品表面1mm下。

图2：样品的Raman光谱，实线：矿物玻璃样品，虚线：防火玻璃样品

图3：激光波长为473nm和Raman显微镜下测得的矿物玻璃和防火玻璃的散射图

显微镜下测量结果显示可以区分不同的玻璃类型。

2、宏观拉曼测量

设备：成像光谱仪(ImSpector R6E, Specim, Finland)、50mW 532 nm QL激光器(pulsed with 15.2kHz)、透镜、Ixon 885+ EMCCD camera (Andor Technology, Northern Ireland)、成像拉曼光谱仪(Specim, Finland)。

对位于传送带上的尺寸约为1.1 mm2玻璃样品进行了测量。

图5：不同样品的拉曼光谱

图6：图3：积分时间250 ms下测得的矿物玻璃和防火玻璃的散射图

3、拉曼光谱映射测量

设备：OEM 拉曼光谱仪 (Horiba Scientific)、瑞利滤光片、CCD传感器、532nm激光器、

图7：样品的拉曼光谱

图8：样品的散射图

图9：样品的二位散射图

结论：

结果显示，在拉曼光谱中，矿物眼镜和防火眼镜是线性可分的，分别是470厘米540厘米。

REFERENCES

[1] Kampf ums Altpapier. In Papier+Technik, Heidelberg, Germany, 01/2008. Dr. Curt Haefner-Verlag GmbH.

[2] G. Bonifazi and S. Serranti. Imaging spectroscopy based strategies for ceramic glass contaminants removal in glass recycling. volume 26, pages 627–639, 2006.

[3] D.J. Gardiner. Practical Raman Spectroscopy. Springer Verlag, 1989.

[4] G. Glawischnig. Glassortierung mit Roentgen-Fluoreszenz zur Ausscheidung von Bleiglas und Glaskeramik.Sensorgestuetzte Sortierung, Clausthal-Zellerfeld, 2010.

[5] D.C. Harris and M.D. Bertolucci. Symmetry and Spectroscopy; An Introduction to Vibrational and Electronic Spectroscopy. Dover, New York, 1989.

[6] A. Kulcke, C. Gurschler, G. Spck, R. Leitner, and M. Kraft. On-line classification of synthetic polymers using near infrared spectral imaging. volume 11, pages 71–81, 2003.

[7] R. Leitner, G. McGunnigle, M. Kraft, M. De Biasio, V. Rehrmann, and D. Balthasar. Real-time detection of flame-retardant additives in polymers and polymer blends with NIR imaging spectroscopy. In Spectroscopic Sensing Systems, volume 7312 of Proc. SPIE, pages 716–731, 2009.

文章来源：Martin De Biasio等人发表的文章“Detection of fire protection and mineral glasses in industrial recycling using Raman mapping spectroscopy”