东方时讯网环境、饮用水或食品中的微塑料浓度有多高?慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员开发了一种用于颗粒识别和定量的自动分析方法。
微塑料在环境中无处不在。直径小于5毫米的微小颗粒还可以吸收和运输污染物和毒素。“我们迫切需要分析技术来了解这些颗粒的大小、浓度和成分，”慕尼黑工业大学分析化学和水化学系主任NataliaIvleva博士说。这位科学家与她的团队一起开发了一种新工艺。
为了能够检测微塑料颗粒，研究人员需要克服几个障碍：首先是浓度低的问题。例如，河水中含有大量悬浮固体和细沙，其中塑料颗粒所占比例不到1%。这些颗粒必须首先被分离，然后才能确定其浓度并最终确定其化学成分。
以前的方法依赖于对样品加热时释放的残留物的分析。然而，用这种方法无法确定塑料颗粒的数量、尺寸和形状。
可以通过光散射来识别塑料
“我们的方法根本不同，”伊夫勒瓦博士说。“它是基于粒子的。这意味着我们不是破坏粒子，而是直接分析它们。”为此，研究人员使用了一种称为拉曼显微光谱的方法。它的工作原理是将单色激光源照射到样品上并检测分子散射的光。
将散射光与激光源进行比较可提供有关所研究物质的信息。要分析直径大于1µm(微米)的塑料颗粒，必须首先将其从水溶液中过滤出来，在显微镜下检测，然后用激光照射。由于聚乙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯等塑料以特有的方式散射光子，因此它们都会产生像指纹一样独特的信号。
自动化代替手动测量
开发追踪过程花了数年时间。“当我们开始时，我们仍然必须进行手动测量，”化学家回忆道。“我们花了几个月的时间来研究几千个粒子。”与此同时，该团队成功实现了微塑料检测的自动化。一次分析不再需要几周的时间，而只需要几个小时。
尽管仍然需要从水溶液中过滤出微小颗粒，然后将过滤器放置在拉曼显微分光镜下，但所有剩余步骤都是由团队开发的软件执行的。首先用光学显微镜对塑料颗粒进行定位、拍照和测量，并将颗粒与纤维区分开来。该软件使用这些数据来计算颗粒和纤维的数量，并选择在后续拉曼光谱中获得统计显着结果所需的图像部分。
在下一步中，将激光引导到样品上并检测和分析散射。这样可以快速、可靠地分析微塑料的数量、尺寸、形状和成分。开源的TUM-ParticleTyper2软件现已向世界各地的研究人员开放，Ivleva的团队已在《分析和生物分析化学》杂志上发表了两篇有关该过程的文章。
纳米塑料需要特殊的检测过程
然而，为了研究直径小于1µm的纳米颗粒，Ivleva博士的团队已经在研究改进的工艺。“像这样的纳米颗粒在光学显微镜下很难甚至不可能辨别。为了检测它们，我们首先必须进行尺寸分级，然后识别它们，”研究人员解释道。
为此，使用了场流分级(FFF)系统。这会产生水流，根据颗粒的大小捕获颗粒，并通过以不同的速度输送颗粒来将它们分离。专门开发的设备与拉曼光谱相结合，可以对不同类型的纳米塑料进行化学表征。
“新的分析流程可以快速、精确地研究微塑料和纳米塑料的浓度、尺寸和成分，”Ivleva博士总结道。“现在这将使研究这些颗粒对环境和人类健康的影响成为可能。”