微塑料在我們的空氣、水和土壤中無(wú)處不在，存在于生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)層面。其主要來源于城市灰塵、船舶涂料、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品、塑料產(chǎn)品、道路標(biāo)志、合成紡織品和輪胎等，并以不同的形態(tài)如：纖維、微粒、顆粒和碎片存在。
近年來，已有研究表明微塑料對(duì)人類、動(dòng)物、植物和環(huán)境的健康影響取決于塑料顆粒的大小、濃度、化學(xué)性質(zhì)和相互作用的方式。但由于微塑料尺寸過小和其混合存在的復(fù)雜性，傳統(tǒng)方法針對(duì)這些顆粒的檢測(cè)往往勉為其難。尤其是降解后的次級(jí)微塑料，其尺寸往往小于5μm，傳統(tǒng)分子儀器分析方法如傅里葉紅外光譜難以有效的對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行表征。
非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)-mIRage的出現(xiàn)有效解決了上述受限問題。設(shè)備基于光學(xué)光熱誘導(dǎo)共振（O-PTIR）技術(shù)，突破了傳統(tǒng)紅外光譜衍射極限，空間分辨率可達(dá)500 nm，有效解決了基本全尺寸微米和納米塑料（MNPs）樣品的化學(xué)成分信息、大小和形態(tài)表征問題。
圖1 非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)-mIRage原理圖
近期，來自美國(guó)圣母大學(xué)的Kyle Doudrick等人[1]使用非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)-mIRage對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钪袝r(shí)時(shí)接觸的道路粉塵中的微塑料進(jìn)行了表征。
道路灰塵含有由輪胎退化產(chǎn)生的微納米塑料（MNPs），它們由天然橡膠、合成橡膠和尼龍組成合成橡膠用于增強(qiáng)輪胎緩沖和彈性，而尼龍用于輪胎內(nèi)層。道路灰塵還含有來自燃料添加劑的含氮硝基化合物。作者首先通過傳統(tǒng)FTIR光譜來表征大塊道路粉塵(圖2a黑色譜線)，在1100 cm?1和1750cm?1之間存在廣泛的未解躍遷，表明粉塵中存在復(fù)雜的混合物質(zhì)。而粉塵內(nèi)混雜的微塑料顆粒卻因?yàn)槌叽鐔栴}無(wú)法分析。
隨后，作者使用采用基于OPTIR技術(shù)的mIRage系統(tǒng)，對(duì)粒徑僅1μm的兩個(gè)顆?！w粒1和顆粒2（圖2d和圖2e）進(jìn)行成像分析，可以看到密集的道路塵埃聚集體和單個(gè)顆粒，并在1450cm-1和1650cm-1波數(shù)處出現(xiàn)強(qiáng)紅外光譜吸收峰（圖2f）。
圖2表明，顆粒1主要由合成橡膠組成，在1451±4 cm?1和1493±4 cm?1處具有主要特征峰，并存在特征吸收在1500 cm?1和1550 cm?1之間的硝基化合物。顆粒2具有尼龍中常見的酰胺I和酰胺II過渡指示峰。同時(shí)具有與含硝基化合物如硝基甲烷(1383 m?1和1573cm?1)一致的振動(dòng)（圖2a）。
圖2 粉塵內(nèi)混雜的微塑料顆粒紅外成像表征圖
最后，作者對(duì)圖2a中突出顯示的單個(gè)顆粒1和2進(jìn)行了分析。圖2d、e分別為1450 cm?1和1650cm?1光譜特征的5×5 μm2 OPTIR顯微圖像。在1450 cm?1和在1650 cm?1處，顆粒1的化學(xué)性質(zhì)與顆粒2不同。綜上所示，作者推斷出粒子1和粒子2可能分別由橡膠和尼龍組成，體現(xiàn)了OPTIR量化MNPs的能力，有效監(jiān)測(cè)降解過程中發(fā)生的化學(xué)變化，并表征復(fù)雜樣品(即道路粉塵)中單個(gè)和聚集MNPs的化學(xué)特性。這款創(chuàng)新設(shè)備有效克服了目前許多產(chǎn)品對(duì)MNP表征的限制，即同時(shí)量化顆粒豐度和形態(tài)的能力，致使mIRage系統(tǒng)成為分析復(fù)雜環(huán)境中MNPs的有效工具。
非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)-mIRage優(yōu)勢(shì)：
? 可達(dá)500 nm左右的空間分辨率
? 基本無(wú)需樣品前處理，樣品即放即測(cè)
? 光源“探針"對(duì)樣品無(wú)損傷
? 同時(shí)、同位置進(jìn)行紅外和拉曼光譜測(cè)試，提供相互佐證的分析結(jié)果
? 同時(shí)獲得樣品成分、形貌、大小等信息
樣機(jī)體驗(yàn)：
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參考文獻(xiàn)：
[1]. Kirill Kniazev, Ilia M. Pavlovetc, Shuang Zhang, Junyeol Kim, Robert L. Stevenson, Kyle Doudrick,and Masaru Kuno.Using Infrared Photothermal Heterodyne Imaging to Characterize Micro- and Nanoplastics in Complex Environmental Matrices: Environ. Sci. Technol. 2021, 55, 15891?15899
更新時(shí)間：2024-01-27
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