用拉曼显微镜分析微塑料和纳米塑料

在对有史以来制造的所有大量生产塑料的首次全球分析中,确定生产的塑料中约有30%(2500吨)仍在使用或库存中,但有70%(约6.3亿吨)已成为塑料废物。

图片来源:Shuttershock/Mohamed Abdulraheem

在这种废物中,只有大约9%的人被回收,已经焚化了12%,并且已经在垃圾填埋场或自然环境中倾倒了79%。

从the landfill, around 8 million tons – more than 45% of the overall plastic produced every year – end up in the ocean and in the environment. What is even more problematic about this huge volume of plastic waste is its long decomposition rate.

一个塑料袋可能需要20年的时间才能分解,一个塑料瓶可能需要400多年的时间才能分解,并且在环境中,渔网可以生存长达600年。这些年来,这些塑料会降解并产生数千个称为微塑料和纳米塑料的较小颗粒,这对我们所有人来说都是一个很大的关注。欧洲杯猜球平台

尽管塑料对我们的行业和经济很重要,但很明显,我们需要广泛提高新塑料材料的可持续性。欧洲杯足球竞彩本文将概述拉曼显微镜用于微塑料和纳米塑料分析的技术。

微塑料简介

有两种不同类型的微型塑料:主要的微型塑料,它们是设计为小的颗粒,例如化妆品微粒和次级微塑料,这些微塑料是由较大塑料项目的分解而形成的。欧洲杯猜球平台

根据一项研究,国际自然保护联盟于2017年发布,微塑料的主要来源 - 合成纺织品,轮胎和城市尘埃 - 贡献并占塑料总数的90%。

Image Credit: ShutterShock/SIVStockStudio

As mentioned, more than 45% of the global production of plastics end up in the ocean every year, and 79% is accumulated in landfill. Moreover, plastic production in tons is growing yearly due to its importance in our economy, and it is expected to reach 1800 million tons by 2050, so it is crucial to improve the sustainability, recyclability, and reusability of the material.

另一个关注点是添加剂的存在,例如增塑剂,阻燃剂,未结合的化学物质和反应残留的单体,它们可以从塑料中浸出或在发酵过程中释放。这对人类健康构成威胁,因为微塑料和纳米塑料可以通过不同的通道进入人体,例如通过皮肤,肺部和胃肠道并在体内收集。

围绕塑料和微型塑料的研究的演变

对塑料研究的兴趣始于1971年左右,但主要与可见的颗粒(例如渔网和塑料袋)以及它们对海洋动物区系的影响有关。欧洲杯猜球平台

In 2004, the term microplastic was coined and used for the first time in a paper published in欧洲杯线上买球关于在沉积物中发现的微塑料。几年后,开始发表几篇论文,显示在鱼类,贻贝,盐,蜂蜜,糖等食品中存在微塑料。

2018年,由于详细的研究开始识别瓶装水中的微塑料的存在,因此微塑料作为一个主题开始引起媒体的兴趣。此外,在同年,在人粪便中鉴定出微塑料,表明微塑料能够进入人体。

In 2020, the Polytechnic University of the Marche, in collaboration with the Hospital Fatebenefratelli of Rome, used Raman microscopy to demonstrate the presence of microplastics with a size below five microns in the placenta, confirming the ability of smaller plastic to bypass its barrier, which opened additional concerns.

现在,研究兴趣将继续发展到纳米塑料上,因为已经证明它们能够穿透毛细血管和器官,并且可以轻松地越过血脑和胎盘屏障。

Image Credit: ShutterShock/David Pereiras

典型的微型分析工作流程

Sampling is the first step in a microplastic analysis workflow, and there are several tools available. For example, plankton nets and manta trawls can be used for sampling microplastics in marine water. An Ekman grab sampler samples microplastic in sediment. Another important aspect of the sampling step is the number of different materials that are sampled and where and how to sample them.

第二步是样品制备,可能涉及物理分离,例如大小分级,然后是密度分离过程,例如沉积物指标。这主要包括几种消化有机残留物所需的化学处理方法,这可能会影响和干扰当前微型塑料的化学鉴定。

最重要的是,如果将光谱技术(例如拉曼和红外线)用于识别,则有四个主要类别的化学处理方法:酸;氧化剂,例如过氧化氢;碱性治疗,例如KOH或NAOH;和不同类型的酶促处理。

第三步是过滤。消化处理后,在使用显微镜技术分析之前对含有微型塑料的溶液进行过滤。这里的一个重要方面是当前过滤器的选择。有几个可用,所有这些都有其优点和缺点,但是霍里巴的选择是硅过滤器。

第四是微型塑料的化学和形态表征,可以用不同的技术进行。最常见的技术包括拉曼显微镜,热解,气相色谱,光谱仪,扫描和电子显微镜。最后一步涉及数据分析和报告,这对于以正确的方式介绍数据至关重要。

Horiba的完整包装解决方案

HORIBA developed a full-package solution that aims to help customers at each step of the microplastic analysis workflow.

微型小册子是一份活着的文档,每年两次更新,以帮助读者了解准备协议,新法规和规范以及新技术。很快还将包括有关微塑料的精选主题的主要意见领导者的贡献。

第二个工具是视频拉曼与Nanogps技术匹配。这项新技术是快速和精确校准的最佳工具,它允许多磁化拉曼测量,以达到宽光场和化学图像之间的完美匹配。此功能可以提高数据的质量,当然可以加快收集时间。

视频拉曼和纳米人可以自信地恢复每个粒子的位置,尽管在马赛克收集和拉曼测量之间使用了不同的客观放大倍率。

The final tools included are the software apps available on HORIBA's Raman microscopy platform that support microplastic analysis. Particle Finder is the main software tool for this application and guides the user in an automatic manner through the steps needed to analyze a microplastic.

粒子查找器始于获得光学图像,并分析图像以识别所有颗粒及其在过滤器上的位置,然后进行采集和光谱识别,以帮助识别所讨论的微型塑料材料。欧洲杯猜球平台最后一步是数据报告。

静态模式允许通过将几个图像缝合在一起,然后进行图像分析,采集拉曼的获取,数据分析和所有图像报告,从而获得完整的光学图像。

另一方面,动态模式可以获得单个图像,然后为每个图像执行每个分析步骤。当想要以眼睛放大目标获取镶嵌图像时,动态模式的附加值会变得清晰,因为需要将几张图像缝合在一起。

在静态模式下,由于必须记录的图像数量大量,因此在镶嵌的第一个图像和最后一个图像之间经过的时间可能为小时。由于实验室环境或阶段运动,在如此长的时间内,微米和亚微米欧洲杯猜球平台范围中的小颗粒可能从原始位置转移到其原始位置。动态模式为较小的颗粒提供了更可靠的结果。欧洲杯猜球平台

Steps of the Particle Finder Workflow

工作流程的第一步是马赛克的获取。霍里巴的拉曼显微镜允许在不同类型的模式下,在Brightfield模式下收集光学图像,可见的极化器处于交叉极化位置和Darkfield模式。这些方式为每个用户提供了在所有条件下更好地可视化粒子所需的全部灵活性。

第二步是自动图像分析以识别和定位粒子。在图像分析之后,创建了所有粒子的表。欧洲杯猜球平台对于每个粒子,所有形态参数都可以使用,例如XY位置,XY投影,圆形,亮度和纵横比。

Moreover, users can see a nautical image associated with each particle. On the same table, users can filter the particle they want to chemically identify by means of Raman spectroscopy. Any of the morphological parameters can be used to filter the particle, as well as a combination of more than one parameter. After the collection of the Raman spectrum, a dedicated library can be used for chemical identification.

At the end of the Particle Finder workflow, users get a table where all the particles are analyzed and are listed with their respective optical image, or morphological parameter, the correspondent Raman spectrum, and a color code, which identifies the chemistry of the article.

Users can also display the particle with the corresponding color codes on the mosaic image and get a histogram where the number of particles is divided by the chemistry. Additional tools built into the Particle Finder software provide additional data analysis and reporting flexibility, allowing for deeper analysis after chemical identification.

Horiba分析纳米塑料的方法

如前所述,纳米塑料是并将成为未来人类的主要关注点之一。此外,众所周知,纳米塑料能够跨越胎盘等生物膜和影响细胞信号,从而引起其他关注。由于这些原因,必须拥有能够分析纳米塑料形态和化学的技术。

Horiba以两种不同的方式接近纳米塑性分析。第一种方法是AFM-Raman共定位分析,其中AFM部分像标准拉曼显微镜中的光学图像一样使用,并有助于定位纳米颗粒的位置。

第二种方法是将扫描电子显微镜和拉曼显微镜作为用于定位粒子位置的相关显微镜解决方案的组合,而拉曼用于化学识别它。Horibas的启用了通过两种技术分析相同粒子的能力Nanogps技术解决方案,这是相关显微镜溶液的核心。

此信息已从Horiba Scientific提供的材料中采购,审查和改编。欧洲杯足球竞彩

有关此消息来源的更多信息,请访问Horiba Scientific。

引用

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    Horiba Scientific。(2022, November 22). Analyzing Micro and Nanoplastics with Raman Microscopy. AZoM. Retrieved on January 27, 2023 from //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=22186.

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    Horiba Scientific。"Analyzing Micro and Nanoplastics with Raman Microscopy".azom。2023年1月27日。

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    Horiba Scientific。"Analyzing Micro and Nanoplastics with Raman Microscopy". AZoM. //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=22186. (accessed January 27, 2023).

  • 哈佛大学

    Horiba Scientific。2022。用拉曼显微镜分析微塑料和纳米塑料。Azom,2023年1月27日,https://www.wireless-io.com/article.aspx?articleId=22186。

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