ETD

• infrared spectroscopy

Plastic production has increased from the 1950s to the present day, leading to a rapid accumulation
of plastic waste and raising the challenge of its disposal. Bioplastics represent a valid alternative to
conventional plastics, and their production is expected to increase in the near future. One of the
attractive aspects of bioplastics is the possibility of end-of-life valorisation, thanks to their
biodegradability and compostability. However, these processes can be affected by the presence of
additives and other unsuitable substances, such as polyethylene (PE). Since the percentage of these
components in bioplastic blends is regulated by European standards, including UNI EN 13432:2000,
it is essential to develop analytical methods for their quantitative determination. Hyphenated
techniques such as analytical pyrolysis coupled with gas chromatography–mass spectrometry (PyGC/MS) are efficient methodologies for measuring small amounts of polymers, but they are not
suitable for rapid screening analyses. Attention has therefore turned to spectroscopic techniques
such as ATR-FTIR. In this study, we developed a procedure for PE quantification in bioplastics using
ATR-FTIR integrated with multivariate data analysis. IR spectra of reference samples were acquired,
and the data were pre-treated through baseline correction, normalization, and second-derivative
calculation. Through principal component analysis (PCA), PE-specific wavenumbers were identified
and then used to perform partial least squares (PLS) regression. Subsequently, bioplastic bags were
analysed, and the data were processed using the developed procedure to determine the
content of PE. Finally, the presence of additives in bioplastic bags was screened by (TD)GC/MS to
investigate possible matrix effect on the ATR-FTIR analysis arising from the overlap between
additive IR bands and those characteristic of PE. The results indicate that the developed ATR-FTIR
method can be employed as a screening tool for the identification of potentially non-compliant items
according to European regulations.

La produzione di plastica è aumentata dagli anni '50 ad oggi, portando a un rapido accumulo di rifiuti plastici e ponendo la sfida del loro smaltimento. Le bioplastiche rappresentano una valida alternativa alle plastiche convenzionali e si prevede che la loro produzione aumenterà nel prossimo futuro. Uno degli aspetti più interessanti delle bioplastiche è la possibilità di valorizzazione a fine vita, grazie alla loro biodegradabilità e compostabilità. Tuttavia, questi processi possono essere influenzati dalla presenza di additivi e altre sostanze non idonee, come il polietilene (PE). Poiché la percentuale di questi componenti nelle miscele di bioplastiche è regolamentata da norme europee, tra cui la UNI EN 13432:2000, è essenziale sviluppare metodi analitici per la loro determinazione quantitativa. Le tecniche accoppiate, come la pirolisi analitica accoppiata alla gascromatografia-spettrometria di massa (PyGC/MS), sono metodologie efficienti per la misurazione di piccole quantità di polimeri, ma non sono adatte per analisi di screening rapide. L'attenzione si è quindi concentrata sulle tecniche spettroscopiche, come l'ATR-FTIR. In questo studio, abbiamo sviluppato una procedura per la quantificazione del PE nelle bioplastiche utilizzando l'ATR-FTIR integrato con l'analisi multivariata dei dati. Sono stati acquisiti gli spettri IR di campioni di riferimento, e i dati sono stati pretrattati mediante correzione della linea di base, normalizzazione e calcolo della derivata seconda. Attraverso l'analisi delle componenti principali (PCA), sono stati identificati i numeri d'onda specifici del PE, e successivamente utilizzati per eseguire la regressione ai minimi quadrati parziali (PLS). In seguito, sono stati analizzati i sacchetti di bioplastica, e i dati sono stati elaborati utilizzando la procedura sviluppata per determinare il contenuto di PE. Infine, la presenza di additivi nei sacchetti di bioplastica è stata analizzata mediante (TD)GC/MS per investigare il possibile effetto matrice sull'analisi ATR-FTIR derivante dalla sovrapposizione tra le bande IR degli additivi e quelle caratteristiche del PE. I risultati indicano che il metodo ATR-FTIR sviluppato può essere impiegato come strumento di screening per l'identificazione di articoli potenzialmente non conformi alle normative europee.