طريقة سريعة ودقيقة بقياس طيفي UV–vis لكمية حمض البوليلاكتك في البلاستيك القابل للتحلل

لماذا قياس البلاستيك «الأخضر» مهم

مع تراكم نفايات البلاستيك حول العالم، تعد المواد البلاستيكية القابلة للتحلل المصنوعة من النباتات بمستقبل أنظف. وأحد أهم هذه المواد هو حمض البوليلاكتك (PLA)، المستخدم في الأكواب وعبوات الطعام والأكياس القابلة للتحلل. لكن العديد من المنتجات الحقيقية تخلط PLA بأنواع بلاستيك أخرى، وتعد طرق المختبر الحالية للتحقق من كمية PLA بطيئة ومكلفة وتتطلب مهارات فنية عالية. يقدم هذا البحث طريقة أسرع وأقل تكلفة لقياس محتوى PLA قد تساعد في شهادة المنتجات القابلة للتحلل ومنع الادعاءات البيئية المضللة.

جبال بلاستيكية متنامية وخيار نباتي

قفز الإنتاج العالمي للبلاستيك من بضعة ملايين طن في الخمسينيات إلى مئات الملايين اليوم، ومن المتوقع أن يستمر في الارتفاع الحاد. معظم هذا البلاستيك يُصنع من الوقود الأحفوري ويستمر كنفاية لعقود. يوفر PLA مسارًا مختلفًا: فهو يُصنع من مصادر متجددة مثل نشا الذرة ومواد نباتية أخرى، وتحت ظروف التسميد الصناعي يمكن أن يتحلل إلى حد كبير خلال بضعة أشهر. هذه المزايا جعلت PLA لاعبًا رئيسيًا في سوق البلاستيك القابل للتحلل، ويُستخدم في عناصر يومية مثل التغليف المستهلك والمغلفات الزراعية.

لماذا من الصعب معرفة ما بداخل المنتج «قابل للتحلل» فعلاً

عمليًا، غالبًا ما يُمزج PLA مع بوليمرات أخرى—مثل البولي بروبيلين أو بلاستيكات قابلة للتحلل أخرى—لتحسين القوة أو المرونة أو عمليات التصنيع. هذه الخلطات تعقد كلًّا من آليات التحلل وطرق قياس التركيب الحقيقي. التقنيات المتقدمة مثل التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، المطيافية بالرنين المغناطيسي النووي، التحلل الحراري–الكروماتوغرافيا، وكروماتوغرافيا السوائل عالية الأداء تعطي معلومات مفصلة، لكنها تتطلب أجهزة مكلفة ومشغلين خبراء وأوقات تحليل طويلة. قد تستمر اختبارات التحلل القياسية حتى 180 يومًا ولا تعطي قياسًا مباشرًا لكمية PLA الحقيقية. ونتيجة لذلك يفتقر المنظمون والمصنّعون إلى طريقة سريعة وميسورة للتحقق من أن المنتجات «قابلة للتسميد» تحتوي على ما يكفي من PLA لتتصرف كما هو معلن.

تحويل البلاستيك إلى إشارة لونية

صمّم الباحثون استراتيجية بسيطة لتحويل محتوى PLA المخفي إلى تغییر لوني يسهل قياسه. أولًا، يكسرون PLA بلطف داخل خليط بلاستيكي باستخدام معالجة كحولية، محولين سلاسل PLA الطويلة إلى جزيئات أصغر تسمى ميثيل لاكتات. بعد ذلك، يجرون خطوة مائية أساسية تحول ميثيل لاكتات إلى لاكتات الصوديوم، وهو ملح. عند خلط هذا الملح بأيونات الحديد (III) في المحلول، يتكوّن مركب أصفر–بني يمتص الضوء في نطاق ضيق من الطيف المرئي (حوالي 400–410 نانومتر). كلما كان اللون أقوى، كانت كمية PLA في العينة الأصلية أكبر. باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية–المرئية (UV–vis) القياسي—وهو جهاز مختبري بسيط وشائع نسبيًا—يقيس الفريق مقدار الضوء الذي يمتصه المحلول الملون ويربط ذلك مباشرةً بمحتوى PLA.

اختبار الدقة عبر خليط واسع من البلاستيكات

لإظهار أن الطريقة تعمل بثبات، أعدّ المؤلفون خلطات محكمة من PLA مع البولي بروبيلين وعدد من البلاستيكات القابلة للتحلل الشائعة الأخرى، بما في ذلك PBAT وPHB وأسيتات السليلوز. استخدموا تقنيات معتمدة مثل الأشعة تحت الحمراء والمطيافية بالرنين المغناطيسي النووي لتأكيد تداخل PLA مع البوليمرات الشريكة وللتحقق من أن PLA تحول فعلًا إلى الجزيئات الأصغر المتوقعة أثناء المعالجتين. ثم قاموا بقياس مركبات الحديد الملونة بواسطة UV–vis. ازداد الامتصاص في نطاق 400–410 نانومتر بخط مستقيم واضح مع ارتفاع نسبة PLA في الخلطة، مع تطابق ممتاز بين القيم المقاسة والمعروفة. أمكن للطريقة اكتشاف PLA عند مستويات منخفضة تصل إلى بضعة بالمئات بدقة، وقياسه بدقة فوق نحو 7.5 بالمئة، مع أخطاء قياس صغيرة وتكرارية جيدة.

الصلابة والحدود والتطبيق في العالم الواقعي

تحقق الباحثون أيضًا من أن المواد التي غالبًا ما توجد في البلاستيك القابل للتحلل، مثل منتجات تحلل بوليمرات أخرى الشائعة، لا تتداخل مع الإشارة اللونية في نطاق الطول الموجي المختار. حتى عند إضافة هذه الأحماض الإضافية، بقيت قراءات PLA قريبة جدًا من القيم الحقيقية. كما ناقشوا كيف أن خطوات بسيطة مثل الترشيح أو الطرد المركزي للعينات العكرة يمكن أن تساعد عند التعامل مع منتجات تجارية تحتوي على حشوات أو مضافات أخرى. وعلى الرغم من أن الدراسة ركزت أساسًا على خلطات محضرة بعناية في المختبر، يشير المؤلفون إلى أن الإطار نفسه يمكن تكييفه لتدفق نفايات أكثر تعقيدًا ويمكن توسيعه ليشمل بوليسترات نباتية أو مشتقة من البترول أخرى باختيار المعالجات الأولية وردود الفعل الملونة المناسبة.

طريق أوضح نحو بلاستيك قابل للتحلل بصدق

باختصار، تظهر هذه الدراسة أن معالجة كيميائية بسيطة على مرحلتين تليها قياسة سريعة بـUV–vis يمكنها الكشف بدقة عن كمية PLA في المواد البلاستيكية المخلوطة. وبما أن المنهج يستخدم معداتٍ أقل تكلفة نسبيًا ويعطي نتائج في وقت قصير، فيمكن اعتماده لمراقبة الجودة الروتينية وشهادات المنتجات القابلة للتحلل. وسيسهل ذلك بدوره التأكد من أن العناصر المعلنة على أنها قابلة للتسميد تحتوي فعليًا على كمية كافية من المحتوى النباتي القابل للتحلل، مما يساعد الهيئات التنظيمية والشركات والمستهلكين على توجيه اقتصاد البلاستيك نحو استدامة أكثر مصداقية.

الاستشهاد: Ji, S.M., Lee, T.G. A fast and accurate UV–vis method for the quantification of polylactic acid in biodegradable plastics. Sci Rep 16, 12623 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42821-4

الكلمات المفتاحية: البلاستيك القابل للتحلل, حمض البوليلاكتك, تحليل UV–vis, شهادات البلاستيك, نفايات البلاستيك