استفاده از کوماسی و متیلن بلو برای رنگ آمیزی پلاستیک

بهینه سازی نسبت رنگ کوماسی و متیلن بلو برای بررسی تاثیر و رنگ آمیزی سریع PET، PVC، PP، PS، LLDPE، LDPE و HDPE

حضور فراگیر پلاستیک ناشی از استفاده گسترده از محصولات پلاستیکی به روش‌های شناسایی پلاستیک کارآمد و سریع باهدف تشخیص و ارزیابی آلودگی نیاز دارد. استفاده از رنگ قرمز نیل معمولا ساعت‌ها طول می‌کشد و گران است درحالی که در همه موارد به اندازه زباله‌های پلاستیکی رایج کارآمد نیست. برای پرداختن به این موضوع، کارایی رنگ‌آمیزی را در اینجا بررسی کرده و بهینه سازی نسبت رنگ ترکیبی کوماسی بریلینت بلو و متیلن بلو را انجام دادیم. در فرایند بهینه‌سازی، رنگ‌های کوماسی مبتنی بر متانول و متیلن بلو به طور موثری پلاستیک های PET، PP، PS، LLDPE، LDPE و HDPE را بدون به خطر انداختن یکپارچگی پلاستیک رنگ آمیزی می‌کنند. تحلیل تصویر اثربخشی کلی رنگ‌آمیزی را درمقایسه با قرمز نیلی نشان داد. باتوجه به مقرون به صرفه بودن، کارایی و دسترسی به رنگ‌های آبی در آزمایشگاه‌ها، نسبت بهینه رنگ‌های آبی زمینه را برای استفاده از آنها در مقیاس بزرگ روی شش نوع پلاستیک آزمایش شده، جایگزین قرمز نیلی، فراهم می‌کند.

محصولات پلاستیکی به دلیل دوام و هزینه کم کاربرد گسترده‌ای دارند. داده‌های "اروپا پلاستیکی" نشان داد که جهان در سال 2021 حدود 390.7 میلیون تن پلاستیک تولید کرد؛ درست زمانی که همه گیری کووید-19 به اوج خود رسید. چین بزرگترین تولید کننده پلاستیک در جهان است و تا 32 درصد از تولید جهانی پلاستیک را به خود اختصاص داده است. با این حال، رشد تصاعدی تولید پلاستیک نگرانی‌های زیست‌محیطی عمده‌ای را از زباله‌های پلاستیکی به ویژه زمانی که به طور کامل تجزیه پذیر نیستند و سال‌ها طول می‌کشد تا تجزیه شوند، ایجاد کرده است. با ورود پلاستیک به خاک، آب و دام، شناسایی ذرات ریز پلاستیک و حتی میکروپلاستیک‌های در مقیاس نانو به یک اولویت برای محققان علمی و دوستداران محیط زیست تبدیل شده است. روش‌های تشخیص ذرات ریز پلاستیک به سه دسته میکروسکوپی، طیف سنجی و آنالیز حرارتی طبقه بندی می‌شوند. روش میکروسکوپی شامل بررسی بصری میکروسکوپی، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی همراه با طیف سنجی اشعه X انرژی پراکنده (SEM-EDS) می‌شود. طیف‌سنجی شامل اسپکترومتر مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و طیف‌سنجی رامان است. کرکینگ حرارتی نیز شامل اسپکترومتری استخراج حرارتی واجذبی-گاز کروماتوگرافی-جرمی (TED-GC-MS) و اسپکترومتری پیرولیز-گاز کروماتوگرافی جرمی (Py-GCMS) می شود. خلاصه‌ای از روش‌های رایج در جدول زیر نشان داده شده است.

جدول 1:

روش‌هایی مانند Py-GCMS، FTIR، طیف سنجی رامان و سایر روش‌ها اغلب به دلیل هزینه‌های بالا، پیچیده بودن پیش تصفیۀ نمونه و زمان بر بودن محدود می‌شوند. بنابراین، بررسی بصری همچنان روش اصلی برای تشخیص ذرات پلاستیکی کوچک و میکروپلاستیک است. بررسی اخیر روش‌های شناسایی میکروپلاستیک‌ها در آب و رسوب (N=40) نسبت قابل توجهی (32.5 درصد) از روش‌های تجسم را نشان داد. باتوجه به پذیرش گسترده روش تجسم، قرمز نیلی که یک رنگ فلورسنت رایج برای رنگ کردن لیپیدها و پروتئین‌ها در زیست شناسی سلولی است، به محبوبیت روزافزونی رسیده است. برای رنگ‌آمیزی پلاستیک‌ها، غلظت قرمز نیلی معمولا بین 1000-1 میکروگرم/میلی‌لیتر در محدوده زمانی بین 5 دقیقه تا 66 ساعت است. قرمز نیلی علیرغم کاربرد مفیدی که دارد، هزینه بالای آن استفاده گسترده از آن را محدود می‌کند. برای غلبه بر این مشکل، کوماسی بریلینت بلو و متیلن بلو به دلیل هزینه پایینی که دارد، می تواند به عنوان جایگزین استفاده شود. درحالی که پودر قرمز نیل می‌تواند چند صد دلار امریکا در هر گرم باشد، پودر کوماسی بریلینت بلو R250 حدود 1 دلار امریکا و پودر متیلن بلو حدود 2 دلار امریکا است.

رنگ‌های کوماسی بریلینت بلو و متیلن بلو معمولا در شیمی و زیست‌شناسی سلولی مورد استفاده قرار می‌گیرند و در اکثر آزمایشگاه‌ها ازجمله آزمایشگاه‌های مدارس در دسترس هستند. کوماسی بریلینت بلو یک رنگ تری فنیل متان است که به طور گسترده در رنگ آمیزی پروتئین در ژل‌های پلی آکریل آمید استفاده می‌شود درحالی که متیلن بلو یک رنگ تیازین است که قبلا در رنگ آمیزی انواع نمونه‌های بیولوژیکی مانند باکتری‌ها، قارچ‌ها و سلول‌های خونی استفاده می‌شود. با این حال، حتی اگر روش رنگ‌آمیزی فلورسانس قرمز نیلی به مسائل مربوط به روش‌های طیفی آهسته و چالش تشخیص ذرات پلاستیک کوچک (< 20 میکرومتر) بپردازد، مشکل هزینه‌های تشخیص بالای مواد مصرفی همچنان باقی می‌ماند. علاوه براین، نیاز به میکروسکوپ فلورسانس برای تجسم استفاده از آن را محدود می‌کند. هدف از این مطالعه بهینه سازی ترکیب دو رنگ کوماسی بریلینت بلو و متیلن بلو در انواع مختلف رنگ آمیزی پلاستیک به منظور ارائه یک راه حل ساده، کارآمد و ارزان برای تشخیص پلاستیک است. ترکیبات پلیمری رایج برای بهینه سازی نسبت رنگ عبارتند از پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE)، پلی اتیلن سبک (LDPE)، پلی اتیلن سنگین (HDPE)، پلی پروپیلن (PP) و پلی استایرن (PS).

اثر حلال‌های رنگی بر پلاستیک‌ها

شکل زیر اثر حلال‌های رنگ را بر روی نمونه‌های پلاستیکی نشان می‌دهد.

شکل 1:

اگر استون به عنوان حلال استفاده شود، تغییر واضحی در نمونه PS مشاهده شد صرف نظر از اینکه رنگ قرمز نیل یا رنگ آبی CM استفاده شده باشد. درمقابل، نمونه‌های پلاستیکی رنگ آمیزی شده با متانول تغییر شکلی را نشان ندادند. با این حال، متانول به عنوان حلال در آزمایشات بعدی انتخاب شد.

اثر رنگ آمیزی رنگ آبی CM بر روی پلاستیک

در شکل زیر نتایج رنگ‌آمیزی حاصل از رنگ آمیزی پلاستیک‌ها با رنگ آبی CM و قرمز نیل در غلظت 1 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر در مدت زمان مشابه ارائه شده است.

شکل 2:

همچنین بررسی بصری رنگ‌آمیزی قابل قیاس رنگ آبی CM و رنگ قرمز نیل را نشان داد.

بهینه سازی نسبت C:M در رنگ آبی CM

شکل زیر اثرات رنگ آمیزی رنگ آبی را با نسبت‌های مختلف کوماسی بریلینت بلو بر متیلن بلو در ذرات مختلف پلاستیک را نشان می‌دهد.

شکل 3:

نسبت‌های پایین کوماسی بریلینت بلو، C:M=0:10، رنگ آمیزی قابل مشاهده‌ای را روی ذرات پلاستیک نشان نداد. اثر رنگ آمیزی به عنوان بخشی از متیلن بلو افزایش یافته در پلاستیک‌های مختلف بدتر بود. رنگ قرمز نیلی رنگ آمیزی برتر در PVC را نسبت به تمام ترکیبات رنگ آبی CM نشان داد. میانگین مقادیر خاکستری هر ذره پلاستیک پس از رنگ‌آمیزی با نسبت‌های مختلف کوماسی بریلینت بلو: متیلن بلو در رنگ آبی (نسبت C:M) در جدول زیر خلاصه شده است.

جدول 2:

حداقل مقدار خاکستری PET در نرخ های C:M 5:5 و 7:3 رخ داده است؛ حداقل مقدار خاکستری PP، LDPE و HDPE در نسبت 8:2 مشاهده شد و حداقل مقادیر خاکستری PS و LLDPE نیز در نسبت 10:0 مشاهده شد.

کلام آخر

باتوجه به هزینه 1 درصدی قرمز نیلی، در این مطالعه بهینه سازی نسبت رنگ‌های کوماسی بریلینت بلو و متیلن بلو را در متانول با کمک رنگ آمیزی کارآمد، سریع و مقرون به صرفه باهدف شناسایی ذرات پلاستی و میکروپلاستیک‌ها که کاربرد گسترده‌ای در نظارت بر مسائل زیست محیطی دارند انجام دادیم. در اینجا بهینه سازی پلاستیک‌هایی انجام شد که حاوی رنگدانه هستند ازجمله پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE)، پلی اتیلن سبک (LDPE)، پلی اتیلن سنگین (HDPE)، پلی پروپیلن (PPP) و پلی استایرن (PS). این پلاستیک‌ها جایگزین مناسبی برای محلول قرمز نیلی به شمار می‌روند.