Identification of Microplastics with Portable Raman Microscopy

Význam tématu

Plastový odpad, zejména mikročástice menší než 5 mm, představuje nejrozšířenější formu plastikového znečištění v oceánech. Tyto částice ovlivňují pobřežní ekosystémy, interagují s organizmy ve vodním sloupci a mohou nést chemické přísady s potenciálně škodlivými účinky.

Cíle a přehled studie / článku

Studie demonstruje aplikaci přenosné Ramanovy mikroskopie s excitací 1064 nm pro jednoznačnou identifikaci mikroplastů z povrchových vod estuarijní oblasti. Klíčové kroky zahrnují sběr vzorků, velikostní třídění a chemickou analýzu polymerů.

Použitá metodika a instrumentace

Postup přípravy vzorku:

• Sběr vodních vzorků v zálivu Delaware pomocí planktonové sítě (200 µm), fixace formaldehydem.
• Velikostní třídění na kovových sítích (5000, 1000, 300 µm), sušení při 90 °C.
• Oxidace peroxidem vodíku a separace hustoty pro odstranění organické hmoty, sběr mikroplastů na 200 µm sítu.
• Ruční třídění pod stereomikroskopem a předběžné rozlišení tvarových kategorií (vlákna, fragmenty, kuličky, folie, pěna, guma).

Instrumentace:

• Přenosný Ramanův systém i-Raman EX s excitací 1064 nm (max. 330 mW), spektrální rozsah 100–2500 cm⁻¹, chladicí InGaAs detektor (-15 °C).
• Video mikroskopie s 50× objektivem (pracovní vzdálenost 9,15 mm, fokusní plocha 42 µm) pro cílení měření.
• Software BWSpec pro sběr spekter a BWID pro porovnání s referenční knihovnou polymerů.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýzou bylo identifikováno převážně polyetylén (PE), polypropylén (PP) a polystyren (PS). Konkrétní nálezy:

• Velký modrý fragment (~4,5 mm, sekundární mikroplast) přiřazen k PE (HQI 95,7).
• Primární polystyrenová kulička, HQI 98,2.
• Tenké tyrkysové vlákno, PP (HQI 74,9) s doplňkovým Ramanovým signálem chlorovaného měďnatého ftalocyaninu (peak 1537 cm⁻¹).
• Shrnutí počtů: 11× PE, 4× PP, 2× PS, 5× nevyhodnotitelných (černé absorpční vzorky).

Mezi omezení patří vysoká absorpce černých plastů a riziko poškození vláken při příliš vysokém laserovém výkonu.

Přínosy a praktické využití metody

Ramanova mikroskopie s NIR excitací umožňuje rychlou, neinvazivní a přenosnou identifikaci mikroplastů přímo v terénu. Software pro korelaci spekter zjednodušuje a zrychluje vyhodnocení různých polymerů a barviv.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Rozšíření a automatizace referenčních spektrálních knihoven polymerů.
• Integrace strojového učení pro rychlejší a přesnější vyhodnocení spekter.
• Kombinace Ramanovy a FTIR analýzy pro komplexní charakterizaci mikroplastů.
• Field mapping a sledování distribuce mikroplastů v reálném čase.

Závěr

Studie prokázala účinnost přenosné Ramanovy mikroskopie s 1064 nm excitací pro jednoznačnou identifikaci mikroplastů z estuarijních vod. Metoda nabízí rychlé výsledky, minimalizuje fluorescenci od barviv a podporuje in-situ analýzu znečištění plastem.

Reference

1. K.L. Law. Annual Review of Marine Science. 2017;9:205–229.
2. T.S. Galloway, M. Cole, C. Lewis. Nature Ecology & Evolution. 2017;1.
3. J.R. Jambeck et al. Science. 2015;347:768–771.
4. R.C. Hale et al. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2020;125.
5. J.R. Clark et al. Frontiers in Ecology and the Environment. 2016;14:317–324.
6. P. Vermeiren et al. Marine Pollution Bulletin. 2016;113:7–16.
7. J.H. Cohen et al. Environmental Science & Technology. 2019;53:14204–14211.
8. J. Masura et al. NOAA Technical Memorandum NOS-OR&R-48. 2015.
9. A. Duran et al. Journal of Raman Spectroscopy. 2011;42:48–55.