High-Speed Measurement of Microplastics Smaller than 100 μm Collected on a Filter and Efficient Analysis

Význam tématu

Microplasty menší než 100 µm jsou v posledních letech identifikovány jako významný environmentální problém zejména ve vodních ekosystémech a pitné vodě. Díky své velikosti mohou pronikat do živých organismů a ovlivňovat kvalitu vody i zdraví populace. Spolehlivá a rychlá analýza těchto částic je klíčová pro monitorování znečištění a pro vývoj efektivních řešení.

Cíle a přehled studie

Cílem popsané aplikace je ukázat efektivní měření a analýzu microplastů menších než 100 µm nasbíraných na filtru pomocí FTIR mikroskopu kombinovaného s vysokorychlostním mapovacím programem a softwarem pro analýzu částic. Studie demonstruje rychlé získání spektrálních dat, identifikaci typů plastů a kvantifikaci jejich velikosti, objemu i hmotnosti.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření byl použit systém IRTracer-100 spojený s mikroskopem AIMsight a PF držákem filtru o průměru 13 mm. Filtrační vzorek byl připraven rozptylem standardní tablety microplastů v čištěné vodě, zachycen na křemíkový filtr s póry 5 µm a upevněn v držáku. Měření probíhalo v transmisním režimu s rozlišením 8 cm-1, s 30 skeny, apodizační funkcí SqrTriangle, clonou 20 µm×20 µm a krokem 20 µm v mapovací oblasti 1,7×2,1 mm. Detekce probíhala v rozsahu 3200–2800 cm-1 pro C-H signály, přičemž program ignoroval nepotřebné pásma 4000–3200 a 2800–700 cm-1. Software zahrnoval High-Speed mapping program pro zkrácení času skenování a particle analysis program pro identifikaci druhů a analýzu výsledků.

Hlavní výsledky a diskuse

Využitím vysokorychlostního mapování se doba měření zkrátila přibližně na jednu osminu oproti standardnímu postupu. Spektrální analýza potvrdila přítomnost polyethylenu PE, polyethylentereftalátu PET, polystyrenu PS a proteinů. Particle analysis program lokalizoval v analyzované oblasti celkem 1 částici PE, 1 částici PET a 7 částic PS. Histogram rozměrů ukázal, že částice PS mají hlavní osu až do 50 µm a shluky mezi 150 a 400 µm. Zvětšené mozaikové snímky korespondovaly s výsledky histogramu a detekovaný počet odpovídal manuálnímu pozorování.

Přínosy a praktické využití metody

• Významné urychlení mapovacích měření díky detekci pouze na místech s patrnými spektrálními špičkami
• Automatizovaná klasifikace a barevné kódování typů plastů pro přehlednou vizualizaci
• Rychlé výpočty rozměrů (minor axis, major axis, Feret diameter, plocha), odhady objemu a hmotnosti částic
• Možnost exportu dat v CSV formátu pro další zpracování a reporting

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace umělé inteligence pro zvýšení přesnosti a rychlosti klasifikace microplastů
• Vývoj standardizovaných workflow pro porovnatelné studie znečištění v různých tipech vodního prostředí
• Propojování FTIR a Raman mikroskopie pro komplexnější chemickou charakterizaci částic
• Přenosné verze mikroskopů pro terénní analýzy v reálném čase

Závěr

Ukázaná kombinace vysokorychlostního mapovacího programu a software pro analýzu částic významně zkracuje dobu i náročnost měření microplastů menších než 100 µm. Metoda umožňuje rychlou identifikaci typů plastů, vyhodnocení velikosti, objemu a hmotnosti částic a podporuje standardizaci analýzy znečištění plastovými částicemi.

Reference

1. Ministry of the Environment River and Lake Microplastics Investigative Guidelines Water Environment Management Bureau Ministry of the Environment March 2024
2. Tomoya Kataoka Yota Iga Rifqi Ahmad Baihaqi et al The geometric relationship between the projected surface area and the mass of a plastic particle Water Research 2024 61 122061