微塑料污染日益嚴(yán)重 監(jiān)測技術(shù)備受關(guān)注

    近年來，微塑料污染問題已在范圍內(nèi)引起公眾和各國政府的關(guān)注，逐漸成為影響經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重大性挑戰(zhàn)。我國政府對此問題也給予了高度重視并設(shè)點(diǎn)開展了海洋微塑料污染的試點(diǎn)監(jiān)測，主要采用的監(jiān)測方法有目視分析法、光譜法 （如傅立葉變換紅外光譜法和拉曼光譜法）、熱分析法以及其他分析方法等 （如質(zhì)譜法以及掃描電子顯微鏡-能譜儀聯(lián)用法）。其中，紅外光譜及拉曼光譜分析，由于具有無破壞性、低樣品量測試、高通量篩選以及所獲取的結(jié)構(gòu)信息互補(bǔ)等特點(diǎn)，成為檢測和鑒別微塑料的主要分析技術(shù)。但在實(shí)際操作中上述技術(shù)僅可對幾微米顆粒物進(jìn)行檢測，使微塑料的監(jiān)測和研究面臨諸多困難。

【BTV北京科教】關(guān)注：微塑料監(jiān)測前沿技術(shù)

    Quantum Design公司引進(jìn)的非接觸式亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)新設(shè)備mIRage，因?yàn)槠淠軌驅(qū)崿F(xiàn)亞微米的分辨率、非接觸、液相樣品的直接觀測等全方面的技術(shù)突破，獲得科技創(chuàng)新R&D100大獎，并引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，近日【BTV北京科教衛(wèi)視】對公司進(jìn)行了專訪，ZD介紹了這種新的紅外技術(shù)在微塑料監(jiān)測領(lǐng)域的突破和應(yīng)用。

非接觸式亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)突破哪些技術(shù)難點(diǎn)？

    Quantum DesignZG表面光譜部門銷售總監(jiān)韓鐵柱博士在公司應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室向記者詳細(xì)的做了介紹：“非接觸式亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)紅外光譜儀空間分辨率受限于紅外光波長的問題，將分辨率從原來的10-20微米提升到了0.5微米。并且可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)、同樣品區(qū)域、相同分辨率的紅外光譜和拉曼光譜測試，非接觸測量、液相樣品可以直接觀測，測量過程更簡單、便捷”。

    隨后，韓鐵柱博士補(bǔ)充道：“從這套設(shè)備引進(jìn)以來，我們已經(jīng)為國內(nèi)很多高校和研究所進(jìn)行測試，今天我們正在測試一個海洋微塑料樣品。我們只需要將盛放樣品的載玻片放置到樣品臺上，關(guān)上艙門即可，所有參數(shù)調(diào)節(jié)、控制以及數(shù)據(jù)分析，都可以通過軟件完成。”

    在測試結(jié)果中，我們可以觀察到除了有幾個微米的大顆粒之外，還有很多尺寸在1到2個微米或者更小的顆粒，相關(guān)顆粒的含量和成分可以通過光譜圖像和譜峰獲取到，如此高的分辨率是傳統(tǒng)的紅外光譜無法實(shí)現(xiàn)的。

mIRage在微塑料監(jiān)測中的優(yōu)勢及應(yīng)用

    正如韓鐵柱博士所介紹的，非接觸式亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)是一臺多功能、全方位的微塑料表征“科研利器”，它可以對液體樣品中微塑料的物理（微觀形貌、尺寸）和化學(xué)（聚合物類型及結(jié)構(gòu)）性質(zhì)進(jìn)行全面的直接表征。不僅如此，該系統(tǒng)還在各個功能方面均有全新的技術(shù)突破，可以助力科研工作者更加準(zhǔn)確地對微塑料進(jìn)行監(jiān)測。

01超高空間分辨率成像

    目前科學(xué)家所使用的傳統(tǒng)紅外成像技術(shù)通常只能用于表征10-20 μm的樣品，很難表征更小尺寸的微塑料，非接觸式亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)則突破了這一限制，使得成像的空間分辨率可以達(dá)到0.5 μm，從而可以輕松地對小于10 μm的微塑料進(jìn)行成像表征。

圖1. 濾紙表面尺寸小于10 μm的微塑料成像結(jié)果

02紅外拉曼同步測量

    科學(xué)家在進(jìn)行物質(zhì)鑒定時(shí)通常會采用多種表征技術(shù)以更加精確的確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)。然而在進(jìn)行多種表征時(shí)，很難保證完全相同的監(jiān)測環(huán)境，使得不同表征結(jié)果間均會存在一定的誤差。非接觸式亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)同步同區(qū)域的紅外和拉曼表征，這兩種互補(bǔ)的光譜表征技術(shù)可以幫助科研人員更加準(zhǔn)確地進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析。如圖2所示，通過與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對比，研究人員可以清楚地鑒別微塑料中存在的兩個主要的聚合物層，聚乙烯和聚丙烯，以及嵌入的環(huán)氧樹脂。

圖2. A：圖1區(qū)域的紅外譜圖；B：圖1區(qū)域的拉曼譜圖

03單波長可視化化學(xué)分布成像

    除此以外，非接觸式亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)還可以對特定波長進(jìn)行可視化的化學(xué)分布成像分析。如圖3所示，科研人員對任意區(qū)域的微塑料進(jìn)行點(diǎn)分析即可發(fā)現(xiàn)微塑料不同位置處的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，進(jìn)一步，通過對特征信號的單波長峰進(jìn)行成像分析（圖4），可以清晰地分析出微塑料中不同聚合物的分布結(jié)構(gòu)情況。

圖3. 微塑料成像結(jié)果及對應(yīng)標(biāo)注位置的紅外和拉曼譜圖

圖4. 單波長化學(xué)分布成像圖（波長：1642 cm^-1）

全新技術(shù)提效微塑料監(jiān)測

    在此次采訪中，【BTV北京科教衛(wèi)視】向大家展示了非接觸式亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)在微塑料成像及結(jié)構(gòu)分析中的出色表現(xiàn)和獨(dú)特優(yōu)勢。Quantum DesignZG期望這種全新的紅外光譜技術(shù)可以幫助國內(nèi)研究者在微塑料領(lǐng)域有所突破，為國家的科研進(jìn)展貢工作獻(xiàn)一份力量，目前公司的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室正在和相關(guān)的科研工作者在樣機(jī)上積極開展各種樣品的實(shí)測合作。