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嘉峪檢測網 2020-12-21 09:11
背景概述
在過去的幾十年中，塑料垃圾已成為危害全球海洋環境的主要污染物。微塑料是指小于5毫米的塑料垃圾，它也是海洋垃圾的最常見形式。
微塑料既包括珠粒和纖維類的小型成品（即：初級微塑料），也包括通過化學、物理和生物過程相結合而使較大的塑料件碎裂而產生的產品，如碎片、泡沫和薄膜（即：次級微塑料）。
在沿海環境中發現的高生物生產力和豐富的生態系統表明，與公海相比，沿海地區與微塑料的生物相互作用更為頻繁。雖然在河口和沿海水域，塑料集聚的可能性更大，但在這些地區，針對微塑料的研究并不多。
通常，人們會通過目視檢查方式從現場采集的樣品中分離出微塑料，但這可能會導致塑料碎片的意外排除和微塑料的錯誤分類。由于微塑料可通過聚合物鑒定來確認其類型，所以光譜學方法至關重要。
聚合物以及塑料通常會發出很強的拉曼信號。在圖1中可以看到用1064 nm激發測量的大塊聚乙烯和聚丙烯材料的拉曼光譜，因而可根據它們的光譜特征清楚地區分塑料。
拉曼光譜儀比FTIR系統具有更高的便攜性，因此可以在樣品制備位置使用便攜式拉曼分析。在本文中，將探索利用便攜式拉曼顯微鏡來鑒定從地表河口水中回收的微塑料。
圖1 聚丙烯（藍色）和聚乙烯（紅色）的拉曼光譜
實驗部分
通過使用裝有流量計的環形浮游生物網進行5分鐘的拖曳，從美國特拉華灣的地表水中收集水樣，然后將七個樣品轉移到玻璃罐中，并用4％甲醛固定。
將總樣品在不銹鋼篩網（5000、1000和300μm）上進行大小分級，將樣品在90°C干燥過夜后，采用濕式過氧化物氧化和密度分離工藝；隨后，將微塑料收集到200μm的篩網上，并在鋁箔中折疊以干燥。
在層流通風櫥中使用立體顯微鏡在手動顯微鏡下對這些樣品中的微塑料進行測試，并為每塊塑料分配塑料類型（例如珠、碎片、泡沫、纖維、橡膠、薄膜）。使用拉曼光譜法進行塑料鑒定，然后進行分類。對于所有的測量，使用Raman®EX便攜式拉曼系統（圖2），設備主要參數如下所示：
圖2 便攜式拉曼光譜測試系統
BWID ®軟件用于針對塑料光譜的參考庫中的塑料微粒的識別。根據NIST 2244拉曼強度校正標準對光譜進行強度校正，但是沒有對光譜進行任何其他預處理。
結果分析
i-Raman EX系統可用于分析不同大小和類型的多種微塑料樣品。圖3a顯示了一個大的藍色微塑料碎片的照片，該碎片的直徑約為4.5毫米，這為微塑料的顆粒的尺寸范圍的較高端。
圖3.（a）藍色小塑料碎片（用于硬幣對比）和（b）從樣品獲得的拉曼光譜
由于顆粒的形狀不規則，樣品可能是次生的微塑性材料，從藍色碎片中收集的拉曼光譜如圖3b所示。BWID軟件使用計算出的命中質量指數（HQI）將未知樣品的采集光譜與數據庫進行比較。
HQI是一個相關系數，用于查看樣本光譜與參考光譜的相似程度。光譜庫搜索結果的排名從HQI為0（最差匹配）到HQI為100（最匹配）。BWID將圖3a中的藍色片段與聚乙烯（PE）的參考光譜相匹配，計算出的HQI為95.7（圖4），顯示出很強的匹配性。
圖4.聚乙烯的BWID匹配結果：紅色光譜是從圖3中獲得的樣品光譜，藍色光譜是聚乙烯的參考光譜。
圖5a展示了從一個小的球形珠子收集的拉曼光譜（顯微鏡圖片如5b所示）。該珠子可能是主要的微塑料，BWID使光譜與HQI為98.2的聚苯乙烯參考光譜相匹配。
圖5.（a）從（b）聚苯乙烯珠粒中收集的聚苯乙烯拉曼光譜
纖維是微塑料顆粒的重要組成部分，在生產過程中，它們可能會從合成服裝和其他塑料紡織品中脫落，它們也可能在日常家庭維護期間通過污水流失，該材料同樣也可以利用拉曼光譜檢測。
結束語
微塑料的存在對我們的環境構成了迫在眉睫的威脅，因此對海洋環境中微塑料的可靠表征將是未來幾年的關鍵研究課題。
拉曼顯微鏡作為一種有效的工具，可從組分出發明確地鑒定這些微塑料。為了減輕塑料中使用的染料發出的熒光，通常使用近紅外激發至關重要。
（主要參考：B&W Tek）
來源：碳纖維及其復合材料技術
