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Environ. Sci. Technol新成果!mIRage助力复杂道路灰尘内微塑料检测

更新时间:2024-01-27点击次数:476
       微塑料在我们的空气、水和土壤中无处不在,存在于生态系统的各个层面。其主要来源于城市灰尘、船舶涂料、个人护理产品、塑料产品、道路标志、合成纺织品和轮胎等,并以不同的形态如:纤维、微粒、颗粒和碎片存在。

       近年来,已有研究表明微塑料对人类、动物、植物和环境的健康影响取决于塑料颗粒的大小、浓度、化学性质和相互作用的方式。但由于微塑料尺寸过小和其混合存在的复杂性,传统方法针对这些颗粒的检测往往勉为其难。尤其是降解后的次级微塑料,其尺寸往往小于5μm,传统分子仪器分析方法如傅里叶红外光谱难以有效的对其化学成分进行表征。

       非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统-mIRage的出现有效解决了上述受限问题。设备基于光学光热诱导共振(O-PTIR)技术,突破了传统红外光谱衍射极限,空间分辨率可达500 nm,有效解决了基本全尺寸微米和纳米塑料(MNPs)样品的化学成分信息、大小和形态表征问题。
 

图1 非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统-mIRage原理图

       近期,来自美国圣母大学的Kyle Doudrick等人[1]使用非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统-mIRage对我们日常生活中时时接触的道路粉尘中的微塑料进行了表征。

       道路灰尘含有由轮胎退化产生的微纳米塑料(MNPs),它们由天然橡胶、合成橡胶和尼龙组成合成橡胶用于增强轮胎缓冲和弹性,而尼龙用于轮胎内层。道路灰尘还含有来自燃料添加剂的含氮硝基化合物。作者首先通过传统FTIR光谱来表征大块道路粉尘(图2a黑色谱线),在1100 cm−1和1750cm−1之间存在广泛的未解跃迁,表明粉尘中存在复杂的混合物质。而粉尘内混杂的微塑料颗粒却因为尺寸问题无法分析。

       随后,作者使用采用基于OPTIR技术的mIRage系统,对粒径仅1μm的两个颗粒——颗粒1和颗粒2(图2d和图2e)进行成像分析,可以看到密集的道路尘埃聚集体和单个颗粒,并在1450cm-1和1650cm-1波数处出现强红外光谱吸收峰(图2f)。

       图2表明,颗粒1主要由合成橡胶组成,在1451±4 cm−1和1493±4 cm−1处具有主要特征峰,并存在特征吸收在1500 cm−1和1550 cm−1之间的硝基化合物。颗粒2具有尼龙中常见的酰胺I和酰胺II过渡指示峰。同时具有与含硝基化合物如硝基甲烷(1383 m−1和1573cm−1)一致的振动(图2a)。
 

图2 粉尘内混杂的微塑料颗粒红外成像表征图

       最后,作者对图2a中突出显示的单个颗粒1和2进行了分析。图2d、e分别为1450 cm−1和1650cm−1光谱特征的5×5 μm2 OPTIR显微图像。在1450 cm−1和在1650 cm−1处,颗粒1的化学性质与颗粒2不同。综上所示,作者推断出粒子1和粒子2可能分别由橡胶和尼龙组成,体现了OPTIR量化MNPs的能力,有效监测降解过程中发生的化学变化,并表征复杂样品(即道路粉尘)中单个和聚集MNPs的化学特性。这款创新设备有效克服了目前许多产品对MNP表征的限制,即同时量化颗粒丰度和形态的能力,致使mIRage系统成为分析复杂环境中MNPs的有效工具。

非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统-mIRage优势:
☛ 可达500 nm左右的空间分辨率
☛ 基本无需样品前处理,样品即放即测
☛ 光源“探针"对样品无损伤
☛ 同时、同位置进行红外和拉曼光谱测试,提供相互佐证的分析结果
☛ 同时获得样品成分、形貌、大小等信息

 

样机体验:

       为满足国内日益增长的新型红外表征需求,更好的为国内科研工作者提供专业技术支持和服务,Quantum Design中国北京样机实验室引进了非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统——mIRage,为您提供样品测试、样机体验等机会,欢迎各位老师垂询!

参考文献:
[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
 

相关产品:
1、非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage

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