CN1014743B - 塑料容器的检查方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测塑料容器壁上或吸入壁中的污染物的方法和设备。这种方法采用喷射惰性气体冲洗掉容器内的所有挥发物，继而从容器中抽取气化物样品并用电离法分析这种重新产生的气化物样品。

Description

本发明涉及一种检测塑料容器内污染物的容器检查方法及设备。更具体地说，本发明通过分析塑料容器内的气化物来鉴别容器壁上存在有或吸入了有机化合物的塑料容器。

长期以来，塑料容器、例如聚对苯二甲酸乙酯瓶常用来包装碳酸盐的或非碳酸盐的饮料。一般说来，这些容器是一次性使用的。但是，在某些地区，例如中欧，饮料容器工业大都生产多次使用的容器。在这些地区，多次使用的容器以塑料容器居多。

虽然塑料容器与玻璃容器相比有明显的优点，例如重量轻、使用方便。但是，重复使用的塑料容器也有明显的缺点，即在少数用户错用容器之后，容器壁上可能吸入某种污染物。吸入的这些污染物又可能在容器再次装注饮料时解吸而回到饮料中去。故本发明提出一种鉴定容器壁上或吸入壁中的污染物之方法。

一般说来，常规的容器检查装置都是为检查玻璃容器而研制的。没有考虑污染物会吸入容器壁的问题。这些常规装置一般用来检测装注产品的容器中是否存在固体粒子或污染物。实例请看美国专利4，376，951、（Miyazawa）、4，551，627（Wriech）、4，221，961（Peyton），4，087，184（Knapp等）、4，083，691（McCormack等）、3，966，332（Knapp等）和4，459，023（Wriech等）。

但是，本发明提供的新方法可用来检测塑料容器壁上或吸入壁中的污染物，而且这种方法在饮料工业中用来检测重复使用的塑料容器方面，是一种商业上可行的方法。

本发明提供一种检测塑料容器壁上或吸入壁中的有机污染物的方法，该方法包括：

（a）喷射一种基本上是惰性的气体到容器中以排除其中新形成的污染气化物;

（b）从容器中抽取新形成的污染气化物样品;和

（c）用电离法分析该样品，以检测容器内是否有污染物。

本发明也提供一种实施本发明方法的设备。

下面结合附图及实施例来说明本发明。

参考下列各图可更充分地了解本发明的一个实施例：

图1为实施本发明方法最优装置的顶视图。

图2为图1的侧视图。

本发明的方法运用了一种意外的发现，即有机污染物比残余饮料挥发得更慢。这就产生了一种检测多次使用的塑料容器、特别是塑料瓶中污染物的技术。换句话说，残余饮料之挥发物的释出速度或释出量与残留有机污染物之挥发物的不同。当所有最初的挥发物从容器中全部排出后，残留污染物会再度挥发或加快挥发，因此便能将它们检测出来并与残余饮料的挥发物加以区别。故本发明可用来鉴别来自有机污染物的挥发物和来自残余饮料的挥发物，从而可用来检测存在于塑料容器壁上的有机污染物。

按照本发明的方法，使用后回收的空塑料容器，用下列步骤检查其污染情况：（a）将基本上是惰性的气体喷入容器中，排除容器中 的全部挥发物;（b）从容器中抽取新产生的气化物样品;（c）用电离方法分析该样品，测量电离物质的总量。本方法最好在洗涤容器前进行。

本发明所指的塑料容器包括由各种适用的聚合物、共聚物或树脂制成的、用于盛装食品的容器。这种材料包括（但不限于）聚对苯二甲酸乙酯，聚氯乙稀和聚碳酸酯。

本发明所用的气体可用任何熟知的喷射技术喷入容器中。例如，可用任何合适的喷气管或喷嘴从容器打开的加料端或颈部插入到容器中。喷嘴应留有一个空隙或出口。使容器中的挥发物能排入大气中。典型的例子是该喷嘴为一内径等于容器口内径的10～80%左右的圆管。通常，喷嘴插入到离容器口约0.5～约7.0英寸（约1.25厘米～约18.0厘米）处，插入深度视容器的大小而异。尽管最好是一次喷气就将容器中的挥发物排净，但也可进行多次喷气来达到这一目的。

本发明所用的气体可以是任何基本上是惰性的气体。这种气体不会对污染物的检测工作产生不良的影响而造成错误的读数。可用的气体有氮、氦、氩、二氧化碳、空气等。最好是采用基本上不受污染的空气，因为这样可以降低成本。

喷气的温度、压力及持续时间的长短取决于所用的特定气体。例如，每种气体的喷气时间最好为约1秒～约15秒。压力可在约20磅/英寸²，表压（约1.4公斤/厘米²，表压）到约100磅/英寸²，表压（约7.0公斤/厘米²，表压）间变动，采用空气时，最好约为75磅/英寸²。表压（约5.3公斤/厘米²，表压）。气体的温度可为约10℃～约50℃，最好是环境温度（约20℃）。通过 压力比产生线性速度以获得所需的气流。典型的线性速度为约1000英尺/秒～约5000英尺/秒。通常，气体的排出量可为容器容量的100%左右～1500%左右。

在容器中的挥发物排除后，应立即抽取新产生的气化物。通常，可用带有或不带真空收集器或真空筒的普通泵、文丘里管或吹风管进行抽样。为了保证大气中的污染物不进入电离仪器中的点火室。抽样时最好将容器密封。如果周围的空气基本上没有悬浮污染物，也可以采用局部密封。根据实验区和容器实验室周围空气条件的不同，通常可用一台或多台风扇、吹风机或类似设备来吹走实验设备周围的空气或保持使新鲜、清洁的空气循环流入实验区。这有助于降低由于空气污染而造成错误读数的可能性。已知，普通的工业风扇适用于此项工作。

从容器中抽取的气化物样品最好用电离技术进行分析以测出其电离物的总量（TIP）。TIP读数超出由无污染容器确定的TIP读数时，则表示容器中已存在有机污染物。标准的TIP读数可以通过在使用本发明方法的环境中对一个无污染的容器进行简单的实验测出。

适用的电离技术有火焰电离（包括激光增强火焰电离）和包括紫外光电离在内的光电离。最好采用气化物样品从紫外光灯上部通过的紫外光电离技术。这种光电离技术，包括紫外光电离技术在本专业范围内是人所共知的。采用电离技术的优点之一是气化物样品电离时产生的电流与污染物的数量成正比。因此，采用电离法可获得定量的TIP读数。

虽然电离技术是本发明中分析污染物存在的最佳方法。但是考虑 过的相当的分析技术。还有各种通过物质质量来区分和鉴别离子的质谱分析技术。相信这种质谱分析技术能够用于本发明的方法，并且已打算纳入本发明中。

本发明旨在检测那些用普通的观察方法无法测出的污染物。一般说来，这些污染物是用户用过的化学混合物中的有机化合物，例如存在于清洗剂，汽油、电动机油、煤油、油漆稀释剂或类似物品中的有机化合物。这些物质是用户为了储存或其它目的而放入容器中的。

本发明所能检测的化合物包括广泛的有机化合物以及含有一种或多种有机化合物的化学混合物。这些有机化合物通常用作商用化学混合物的溶剂。但不限于此用途。

本方法可以很好地用来检测碳氢化合物、醇类、酮类或含一种或多种这种化合物的混合物。具体地说，这种混合物包括含有痕量至含100%（体积）的碳氢化合物、醇类或酮类的化学混合物。本方法尤其适用于检测碳氢化合物。

这类碳氢化合物的例子有烷烃、烯烃、链二烯、乙炔、无环萜烯、环烷、环烯、环乙炔、芳族化合物、环萜烯以及石油衍生的碳氢化合物。较适宜测定的碳氢化合物是烷烃、烯烃、芳族化合物和环萜烯，而最适宜的则是由石油衍生的碳氢化合物。

本方法能检测的醇类包括一元醇、脂族醇、脂环醇、芳族醇、二元醇、三元醇和多元醇，但最适用于检测脂环醇和芳族醇。

本方法能检测的酮类包括至少含有一个羟基的各种酮类化合物以及单酮、聚酮和氢化环化酮。

上面所列各种化合物只是一些例子，相信本发明的方法将能检测出容器壁上或吸入容器壁中的各种有机化合物或含有这种化合物的混 合物。因此，上面所列各种化合物不能视为本发明的限止范围，本发明的范围应包括检测设备分析能力所及的全部有机化合物。

采用最优的光电离分析法能够检测出的污染物为电离势能低于11.2电子伏特左右或者低于10.6电子伏特左右（只取决于光电离仪器中所用的光源）的有机化合物。这些化合物包括至少含有一种电离势能低于11.2电子伏特左右或10.6电子伏特左右的碳氢化合物或其它有机化合物的多组分化合物。尽管可以使用能够电离其电离势能为11.2电子伏特的化合物的光源，但是工业上最好使用电离势能为10.6电子伏特的光源，因为它的使用时间长，可减少设备的维修次数。当然，在不违背本发明的原则下，可以研制新的光源，使工业上能够检测的化合物的范围更广。

本发明的一种最佳实施例如图1所示，这是一种直列式的测试系统，它能够检测出存在于塑料容器中的有机污染物。参见图1和2，用过的塑料容器10放在设备上的瓶子传送带12上。第一传递机构14接受来自传送带12的容器10，并使其离开传送带12而转移到转盘15上。转盘15上有许多喷嘴17，用来将基本上是惰性的气体喷入到容器10中。第一转盘15上有用来定位容器10的支架21和在喷气时固定容器10的夹头23。喷嘴17与压缩气体源相连，它位于每个支架21的上方并插入容器10中，容器10一边绕转盘15旋转，一边由喷嘴17对它进行一次或多次喷气。

容器10经喷气后，由第二传递机构16将其转移到第二转盘18上。在第二转盘18的每个测量点上都有支架25和夹头27。每个测量点都与真空收集器28相连。真空收集器28由一个文丘里管26开启。当容器10绕第二转盘18旋转时，就从每一个容器10 中抽取气化物样品。该气化物样品被送到每个支架25上方的紫外光电离仪19中，由紫外光电离仪19按常规方法分析气化物样品，并显示电离物总量的读数。

紫外光电离仪最好与一台能够接收电离仪的电信号、并输出一个电信号到剔除机构30的微处理机29相连。微处理机29接收来自光电离仪19的代表特定容器10读数的电信号并与一预定值进行比较。如果该读数高于或低于预定值。微处理机便输出一个信号给剔除机构30，以便将该容器10剔除出去。

测试后，容器10由第三个传递机构20转移到传送带12上。然后由剔除机构30将受污染的容器弃去，这种剔除机构是一种典型的鼓风机或风动锤。实际上它从传送带上除掉容器10的方法是人所共知的。

传递机构14、16和20都是典型的星形轮，它们定时顺次系统地沟通转盘15、18和传送带12，并且是连续工作的。这种星形轮的工作原理是大家都知道的，这种结构现已在饮料工业上使用。

一些特殊的实施例如下：

实验方法1

为了用本发明的方法来测试污染物，按下列工序准备多个1.5升的聚对苯二甲酸乙酯瓶。在每个瓶里倒入一种商标为“Minute    Maid”的橙黄色苏打（Coca-Cola公司的一种产品），盖好盖并储存24小时。采用这种饮料是因为初步实验表明，在受试的很多碳酸盐饮料中，它的电离物总量最高，因此它的情况最严重。然后将瓶子打开，倒掉其中的饮料。再将空瓶盖好，分别存放1小时、7天和14天。经存放后打开瓶子并在喷气前抽取气化物样品，用紫 外线光电离仪分析样品。然后对每个瓶子进行处理，方法是在表压为40磅/英寸²（2.8公斤/厘米²）下，将环境空气吸入瓶中，一共5次，每次持续时间为1秒，而后抽取气化物样品并用紫外光电离仪进行分析。紫外光电离仪可向Photovac公司购买。这种紫外光电离仪带有一个输出为12.0+0.2伏直流的持续电压源，并且经常用一种100PPm异丁烯（空气中）的标准气体进行校准。紫外光电离仪中的紫外光灯晶体应经常保持清洁，入口过滤片基本上每天更换一次。仪器的读数以异丁烯为基准来指示电离物总量。表1示出了其典型的分析结果。

实验方法2

第二种实验方法除了在存放24小时后向空容器中注入各种污染物外，其它步骤均与第一种方法相似。污染物在容器中存留14天后倒掉，空容器再盖好存放。在每一时间间隔都记下电离读数。表2示出了其典型的分析结果（见“加盖的”一栏）。

实验方法3

第三种实验方法除容器中不放入饮料并且在实验前容器存放不加盖外，其余与实验方法2相同。其实验结果示于表3（见“不加盖的”一栏）。

表1、2和3所示的实验结果表明，采用本发明的方法能够精确地检测出回收的塑料容器内电离势能低于10.6电子伏特左右（紫外光源的极限）的污染物。尽管有残余饮料的容器单独实验时TIP读数较高，但是在每次实验时，残余饮料挥发物对污染物的读数都没有影响。正如表1所示，进行喷气预处理后，残余饮料的挥发物可以完全排除。但是从表2和表3则可以看出，残留污染物的挥发物持续 出现，因此即使在喷气预处理后，TIP读数仍很高。

这里不打算谈及理论问题，但是可以相信，本发明阐述的喷气预处理造成的气流骚动或擦洗作用可排除有关的残余饮料的挥发物。经过预处理后，任何存留的残余饮料的挥发物减少了或者被排净，这就大大减少或消除了出现容器受污染而应报废的TIP读数的可能性。喷气处理后，有机污染物的挥发物继续存在，塑料容器壁上或吸入壁中的那些污染物的检测是以与干净容器的标准TIP读数相比较的TIP读数显示的。

显然，本发明不限于仅为说明其实用性所举的几个实施例及附图，在不违背本发明的精神和范围的原则下，可以采用改型的、改进的和相当的实施例。

表1 从残余饮料测出的电离物总量（TIP）^＊

TIP读数

贮存时间    样品号

喷气前    喷气后

1小时    21    98～141    -3～-8

7天    21    5～15    -1～-3

14天    20    2～19    -4～-5

^＊所有实验都使用Coca-Cola公司注册商标为“MINUTE MAID”的橙黄色苏打，空气喷射压力为40磅/英寸²（表压），喷气持续时间为1秒，共喷5次。

表2    从残留污染物测出的电离物总量（TIP）

污染物    浓度    贮存天数    TIP读数（加盖的）

1    2000

丙酮    100%    10    2000

25    2000

1    2000

汽油    100%    10    1600

25    1000

1    2000

柴油    100%    10    2000

25    1030

1    2000

煤油    100%    10    2000

25    1390

1    420

异丙醇    100%    10    600

25    270

1    90

电动机油    100%    10    90

（干净的）    25    20

表3    从残留污染物测出的电离物总量（TIP）

污染物    浓度    贮存天数    TIP读数（不加盖的）

丙酮    100%    1    767

3    27

7    10

柴油    100%    1    144

3    89

7    86

汽油    100%    1    532

3    269

7    94

异丙醇    100%    1    201

3    192

7    182

煤油    100%    1    836

3    -

7    274

电动机油    100%    1    341

（用过的含    3    129

微量汽油）    7    86

Claims (13)

1、一种检测塑料容器壁上或吸入壁中的有机污染物的方法，其特征是：

(a)将一种基本上是惰性的气体喷入容器内，以排除其中新形成的污染气化物，

(b)从容器中抽取新形成的污染气化物样品，以及

(c)用电离法分析该样品，以检测容器中的有机污染物。

2、根据权利要求1的一种方法，其特征是气体的喷射压力为1.4～7.0公斤/厘米²（表压），温度为10～50℃，喷气持续时间为1～15秒。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征是所用的气体从基本上没有污染的氮、氦、氩、二氧化碳和空气几种气体中选择。

4、根据权利要求1或2的方法，其特征是气体是基本上没有污染的空气。

5、根据权利要求1或2的方法，其特征是喷射气体的线性速度为300～1500米/秒。

6、根据权利要求1或2的方法，其特征是所述的容器是聚对苯二甲酸乙酯（PET）瓶。

7、根据权利要求1或2的方法，其特征是有机化合物的电离势能低于10.6电子伏特。

8、根据权利要求1或2的方法，其特征是电离方法是紫外光电离。

9、根据权利要求1或2的方法，其特征是污染物从碳氢化合物、醇类、酮类或它们的混合物中选择。

10、根据权利要求1或2的方法，其特征是污染物是碳氢化合物。

11、一种连续检测塑料容器壁上或吸入壁中的有机污染物的方法，其特征是：

容器置于带有多个喷气机构的第一转盘上，喷气机构在容器绕该转盘转动时向容器内喷射基本上是惰性的气体。

容器从第一转盘转移到第二转盘上，第二转盘上有：（a）用来抽取容器内新形成的污染气化物样品的多路真空装置;（b）用来分析样品的多个电离装置。

在容器绕第二转盘转动时，就从容器中抽取样品并分析样品中的电离物总量，

从第二转盘移走容器，并将电离物总量高于或低于某一预定值的容器剔除掉。

12、根据权利要求11的方法，其特征是电离装置电连接到一台能接收来自电离装置的第一电信号的微处理机上，由微处理机将第一电信号与预定值进行比较，当第一电信号大于预定值时，便发出第二电信号到剔除机构中去。

13、一种连续检测在饮料装注传送带上输送的塑料容器壁上或吸入壁中的有机污染物的设备，其特征是这种设备包括：

一个能将容器从传送带移出并将其送到第一转盘上的第一传送机构，该第一转盘带有多个喷气机构，当容器绕第一转盘转动时，向容器内喷射一种基本上是惰性的气体;

一个能将容器从第一转盘移出并将其送到第二转盘的第二传递机构，该第二转盘上有：（a）用来从容器内抽取新形成的污染气化物的多路真空装置;（b）用来分析样品的多个电离装置。

一个能将容器从第二转盘移出并将其送到传送带上的第三传递机构;和

一个剔除机构，它能将电离装置测出的电离物总量高于或低于预定值的容器剔除出去。

Images