微塑料(Microplastic)的定義是指尺寸小于5 mm 的塑料顆粒、微纖維或者薄膜等。從目前的研究報道看，微塑料在環(huán)境中的分布已極為廣泛，從深海到高山，從極地到赤道地區(qū)，幾乎無處不在。近幾年微塑料的環(huán)境影響引起了全球的關注，它們能夠被多種生物攝取，通過食物鏈的傳遞可能對生態(tài)系統(tǒng)造成長期且復雜的影響。此外，微塑料還能吸附水中的有毒物質(zhì)，如重金屬和有機污染物，這些物質(zhì)可能通過食物鏈累積并放大，最終對人類健康構(gòu)成潛在風險。微塑料逐漸成為一種需特別關注的潛在環(huán)境污染物，越來越受到研究人員和公眾的關注。
“微塑料”的概念最早于2004年《Lost at Sea: Where Is All the Plastic? 》文章中被首次提出。2012年《The applicability of reflectance micro-Fourier-transform infrared spectroscopy for the detection of synthetic microplastics in marine sediments》文章發(fā)表，紅外光譜技術被引入微塑料的定性表征檢測，很榮幸珀金埃爾默的Spotlight紅外顯微成像系統(tǒng)擔任了文章中檢測微塑料光譜信息的任務。
2017年中國重點研發(fā)計劃“海洋微塑料監(jiān)測和生態(tài)環(huán)境效應評估技術研究”啟動，同年3月份遼寧省海洋水產(chǎn)科學研究院起草發(fā)布了國內(nèi)首個微塑料的檢測標準《DB21/T 2751-2017 海水中微塑料的測定 傅立葉變換顯微紅外光譜法》。
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在微塑料科研和檢測方法的發(fā)展過程中，珀金埃爾默始終和各行各業(yè)的客戶合作，助力客戶的科研和檢測工作，改進完善微塑料的檢測方案。
2018年，一項由新聞機構(gòu)Orb Media組織的研究對全球11個國家的259瓶瓶裝水進行了測試，結(jié)果顯示其中93%的瓶裝水樣本含有微塑料。微塑料污染問題引起了國際社會的廣泛關注，成為全球環(huán)境和健康議題的一部分。
微塑料相關領域的研究人員，采用了各種測試方法來確定微塑料在環(huán)境中的分布和來源。其中紅外及顯微紅外光譜法，被用作檢測和鑒別各種環(huán)境和樣品基質(zhì)中的微塑料的標準方法。珀金埃爾默的紅外及顯微紅外已有完善的準確可靠檢測方案，另外還充分挖掘不同檢測設備的優(yōu)勢，將熱分析-紅外光譜-色譜質(zhì)譜聯(lián)用方法和單顆粒ICPMS方法引入微塑料研究，以提供微塑料多維檢測數(shù)據(jù)，更好的服務于行業(yè)客戶對全面表征數(shù)據(jù)的需求。
Part.1
微塑料的紅外及顯微紅外
光譜檢測方案
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多尺寸
提供1.56微米以上多尺寸全光譜范圍的微塑料的紅外光譜法檢測方案，可以根據(jù)測試尺寸要求的下限，自由選擇不同的檢測手段。現(xiàn)場檢測大尺寸的微塑料，比如在船上直接檢測拖網(wǎng)上的顆粒，可以直接使用紅外光譜儀Spectrum 3或Spectrum 2。在實驗室測試肉眼不可見的微米級別的微塑料，可使用Spotlight200i紅外顯微鏡或Spotlight400紅外顯微成像系統(tǒng)。采用Spotlight200i紅外顯微鏡，配合珀金埃爾默自主開發(fā)的微塑料自動分析統(tǒng)計軟件，可以快速得到整張濾膜的微塑料的測試數(shù)據(jù)和尺寸統(tǒng)計等信息。下圖是自來水樣品過濾到濾膜上之后，整個濾膜全自動掃描微塑料光譜和微塑料自動計數(shù)的數(shù)據(jù)。
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測試10微米以下尺寸的微塑料，采用Spotlight400紅外顯微成像系統(tǒng)，配合ATR成像附件,最小可以原位測到1.56微米尺寸的微塑料。下圖是海洋中貝類樣品的小尺寸微塑料的ATR成像原位測試的數(shù)據(jù)。
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全光譜
珀金埃爾默方案提供微塑料完整的紅外光譜圖定性結(jié)果，光譜范圍至少覆蓋7800cm-1~600cm-1波段，保證譜圖符合光譜學的定性三要素(特征峰位置、峰形狀和峰強度)，確保微塑料定性結(jié)果的準確無誤。
其他使用局部波段的檢測技術，會出現(xiàn)微塑料光譜圖的誤判情況，導致微塑料成分鑒定是不準確的。
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上圖是高密度PE微塑料和ABS微塑料的全波段紅外光譜圖，在1900cm-1以上和900cm-1以下的波段有非常關鍵的特征官能團和指紋吸收峰(標陰影區(qū)域)，如果只是采集中間局部光譜圖，比如1900-900cm-1的譜圖來定性微塑料，會缺少待測物質(zhì)的特征信息，不符合光譜學的定性三要素，不能始終給出可靠的光譜學定性結(jié)果。
Part.2
微塑料的熱重-紅外-GCMS
聯(lián)用技術檢測方案
微塑料通常懸浮在水面，被生物攝入后進入食物鏈，并在體內(nèi)蓄積。隨著微塑料帶來的環(huán)境問題越來越受關注，除了微塑料顆粒、纖維的定性定量研究外，越來越多的研究人員，也在研究微塑料吸附的污染物以及微塑料降解產(chǎn)物的成分相關信息。在研究開始早期，微塑料的熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術，被用于分析和鑒定微塑料及其裂解產(chǎn)物的分析。但是隨著研究方法使用的深入，暴漏了一些方法的弊端，比如無法獲得關于降解產(chǎn)物特性的充分信息，幾乎無法獲得關于降解產(chǎn)物形成時間的信息。
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珀金埃爾默將熱重分析(TGA)-紅外(IR)-氣相色譜-質(zhì)譜(GC/MS)聯(lián)用方案引入微塑料研究，可以程序控制樣品升溫速率，實時分析微塑料基質(zhì)中微塑料PE、PP、PS的總離子色譜圖(TIC)數(shù)據(jù)熱分解產(chǎn)生的產(chǎn)物，對逸出氣體進行深入表征，獲得更多關于降解產(chǎn)物特性的信息以及關于降解產(chǎn)物形成時間的詳細信息。
下圖為珀金埃爾默聯(lián)用技術TGA-GCMS模式，懸浮液體中的微塑料(聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS))成分分析數(shù)據(jù)。
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另外珀金埃爾默聯(lián)用技術的TG-IR模式，可快速的對可降解性塑料的成分進行界別，下面是可降解性塑料餐盤(上)和不可降解性塑料(下)的對比熱紅聯(lián)用數(shù)據(jù)。
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Part.3
微塑料的TGA-ICPOES
及單顆粒ICPMS技術檢測方案簡述
微塑料吸附的污染物，有機污染物部分可以用前面所述的聯(lián)機技術進行檢測。可能吸附的無機污染物部分，可采用珀金埃爾默開發(fā)的TGA-ICPOES聯(lián)用技術，對微塑料上吸附的重金屬等無機污染物進行定性表征，如下圖為微塑料的熱失重和熱重逸出氣體的實時ICPOES響應曲線數(shù)據(jù)。
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單顆粒ICPMS(SP-ICP-MS)技術，也可作為一種快速篩選方式，作為微塑料表征手段的一種補充工具。
相比其他分析手段，SP-ICP-MS分析速度較快，可以在更短的時間內(nèi)采集更多顆粒，并能提供粒度分布和顆粒濃度的更多信息。通過監(jiān)測C13的信號，使用NexION系統(tǒng)的SP-ICP-MS，可以成功用作微塑料測定的篩選工具或補充技術。利用單顆粒ICP-MS分析技術采用的快速瞬時采集能力(NexION 系列ICP-MS高達100000點每秒)，C13背景得以大大降低，從而實現(xiàn)納微塑料顆粒的準確分析。將SP-ICP-MS與可鑒別微塑料成分的紅外光譜技術相結(jié)合，可以獲得有關微塑料的更全面信息。右圖為SP-ICP-MS篩選塑料茶包中微塑料顆粒的分析數(shù)據(jù)。
△表1：塑料茶包中含碳顆粒結(jié)果
綜上，珀金埃爾默儀器與解決方案，在微塑料檢測技術的發(fā)展中扮演著關鍵的角色，不斷推動各項測試技術的創(chuàng)新與更新。我們的微塑料檢測方法開發(fā)團隊不僅積極參與當前的研究工作，而且與不同行業(yè)的合作伙伴攜手，共同推動檢測標準的建立與完善。我們堅信，微塑料問題所在之處，正是珀金埃爾默技術和解決方案發(fā)揮作用的地方。珀金埃爾默的使命是致力于創(chuàng)造一個更加美好的未來，我們期望能夠支持和幫助更多投身于微塑料研究和檢測的科研工作者。我們共同努力，為了我們共同生存的地球環(huán)境的改善和可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。
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