微塑料分析

The list of places where microplastics are found in high concentrations gets longer every month, making the analysis of microplastic pollution a challenging, but very important task.

关于Microplastics

什么是微塑料?

According to definition, polymer particles with a diameter of less than 5 mm are referred to as microplastic (MP) particles. Depending on their origin, they are further subdivided into primary and secondary particles. They are found in riverbeds, the arctic ice, natural fertilizers, soils and even drinking water show noticeable amounts of MPPs. During the last decades, microplastics have even found their way into the human food chain. In short, the ubiquity of microplastic particles makes them an enormous challenge to our environment.

微塑料从何而来?微塑料如何影响我们?

Microplastic particles can be categorized into primary and secondary particles. Primary MP particles (MPPs) are those which have been specifically produced for industrial use, for instance as peeling particles in cosmetic products.

次级MPP是由宏观塑料部位的物理,生物学和化学降解形成的,是释放到环境中的微粒的主要来源。它们主要是由不当处理塑料废物,轮胎磨损和合成纺织品的洗涤而形成的。

尽管对海洋生物的威胁大多是被理解的,但目前无法评估其全部范围。然而,海洋生物和鱼类的摄取导致微塑料对人类食物链的污染。由于MPP可能包含有问题的增塑剂,并且还可以吸附其他有机污染物,因此长期影响是不可预测的。

了解如何使用FT-IR显微镜分析微塑料。

如何分析微塑料

How Are Microplastics Analyzed and Detected?

While light microscopy is a fundamental method to detect microplastics, the approach does not provide the chemical information necessary to identify the polymers involved. This identification however is vital to investigate the influence and origin of the found microplastics. For this very reason, microplastic experts are turning to µ-FT-IR imaging in combination with machine learning evluation tools. As a result, complete characterization of particles is possible, human error is eliminated, and reliable, reproducible results are obtained.

What is the Best Way to Analyze Microplastics?

微塑料分析的典型工作流程:

微塑料分析涉及的基础步骤。必须首先根据其来源制备样品,然后使用适当的过滤器(如氧化铝)进行过滤,然后通过FT-IR成像测量,最后对使用机器学习进行评估。

The chemical analysis usually starts with a liquid sample that was prepared differently depending on its origin. This sample is filtered onto an IR-transparent substrate and measured in its entirety by FT-IR IMaging to capture all particles present on the filter. The Chemical Image is then analyzed automatically with a robust machine learning algorhythm.

FT-IR microscopy is the most common approach found in microplastic research. The workflow is super simple and the results provide high precision and, most of all, reliability. Especially FT-IR imaging by focal-plane array detectors is the state-of-the-art solution. If you want to know more about our FT-IR instrument setup, take a look at our FT-IR microscopes.

Why FT-IR imaging for microplastics analysis?

FT-IR成像的优势

红外(IR)辐射与微塑料颗粒相互作用,从而产生特征性的IR吸收模式。然后将这些模式用于识别粒子。如果您想赶上FT-I的基本知识R, 点击这里。

到目前为止,FT-IR的最大好处是其出色的可靠性和易于应用。可以分析任何类型的塑料颗粒(深色,填充,荧光,...),需要最少的用户工作。

真正的成像探测器解锁了FT-IR的潜力

But - when you combine FT-IR with a Focal-plane array (FPA) detector things get really interesting. The result is a非常强大的成像工具能够简化微塑料分析到常规水平。学习关于FT-IR成像, 点击这里。

它归结为一种完全自动化的方法,该方法可以忍受过滤器上的许多污染(例如,从沉积物中),而不会对测量结果产生任何负面影响。最终,FT-IR成像可确保没有粒子保持未被发现,从而提供最大的可靠性和测量速度。

微塑料的秘诀是硬软件和软件的正确组合

除了分析方法外,该软件对于分析微塑料至关重要。传统上,微塑料光谱参考文献并提供了大小,数量和身份的统计分析。但是,这种图书馆可以提供的限制。如果您需要非常可靠且可靠的分析,则必须大大增加库中的光谱数量,从而大大减慢了分析。

但是,为了使微型分析可扩展和常规,数据分析必须变得更快,最重要的是更聪明。当时间至关重要时,使用巨大的图书馆根本不切实际。这就是为什么研究人员开发了使用机器学习的新方法,从而充分利用了化学成像的巨大潜力。

Here, instead of checking each spectrum individually for its identity, the entire FT-IR image is processed straight away. The intelligent algorithm analyzes the entire FT-IR image at once, making the analysis orders of magnitude faster and even more reliable. To bring this to market, Bruker teamed up withPurencyto provide and end-to-end microplastic solution, that covers the instrumentation and software analysis for high-workload labs and researchers.

了解为什么FPA检测器对FT-IR成像是微型分析中的金标准。
The team led by Dr. Martin Löder and Prof. Christian Laforsch maintains one of the leading microplastics analysis laboratories in Germany.
西班牙河床的沉积物样品的微观图像。长长的黑色纤维清晰可见。分析将由ATR-FT-IR进行,而无需进一步的样品准备。

Guide to FT-IR Analysis of Microplastics

微塑料颗粒的FT-IR分析指南

我们已经提到,世界各地的研究人员和微塑料专家都依靠FT-IR成像。这样做的原因是该技术提供的直接,简单的工作流程以及该技术提供的无与伦比的可靠性,速度和精度。在下文中,我们将提供对实验室分析基础知识的更深入的见解。

步骤#1:样本准备

采用样品后,它可能必须进行预处理,具体取决于来自源的污染,并且已被过滤至兼容的申请人材料。必威手机客户端通常将饮用水(例如饮用水)的样品直接过滤到合适的过滤器上。但是,诸如海水,河流沉积物或土壤之类的环境样品可能包含沙子或植物材料,必须在FT-IR分析之前准备。

为了去除较大的非微粒颗粒,使用了截然不同的滤波器。这些较大的颗粒后来通过宏观分析FT-IR spectrometers像Alpha II一样。此后,将样品用不同浓度的盐溶液处理,称为密度分离。在此过程中,沙子和其他非塑料颗粒沉入底部,然后可以轻松地去除。

But what about more complex samples like fish or mussels? Such samples need an as complex treatment to remove all organic matter that is left after dissection. Typically, enzymatic digestions, acidic or alkaline treatment is performed prior to filtration.

Mesoplastic found on beach and sorted for FT-IR analysis.

步骤#2:过滤

我们之前提到,氧化铝过滤器是微塑料分析的最佳选择。但是,当然还有其他可用的材料,例如硅,PTFE或涂有金色的聚必威手机客户端碳酸酯过滤器,它们都具有明显的优势和缺点。但是,由于氧化铝过滤器已成为微塑料分析的标准,因此我们还将遵守网站和视频中的这些标准。

氧化铝滤清器,装有微塑料。

Step #3: FT-IR Imaging Analysis

在FT-IR(传输,反射和ATR)传输的三种Avilalbe测量模式中,最适合快速无忧的分析。为什么?好吧,ATR是一种基于接触的方法,粒子可以粘在需要用户清洁的晶体上,从而使其不适合自动化。在反射中,较厚的颗粒很难测量并产生光谱伪影,从而使其可靠性降低。最后,传输中的分析是非接触式并会给予良好的光谱在短时间内。

Same microplastic filter after FT-IR imaging analysis.

步骤#4:粒子分类和数据评估

在微塑料分析中使用机器学习正在上升。有了它,研究人员找到了一种可靠的方法来使数据评估易于使用。遵循最佳实践,布鲁克(Bruker)与Purency合作促进微塑料查找器(MPF)。MPF是一种软件,可以在几分钟内自动分析微型样品的整个FT-IR图像。它产生了过滤器上所有粒子的全面统计数据,并根据数字,身份和大小对它们进行分类。所有这些只需点一下。

分类算法经过由不同微型专家评估的现实世界数据进行了培训。简而言之,它将他们的合并知识带入实验室和指尖。因此,微塑料查找器是对微塑料样品进行常规分析的最佳工具,也是将来标准化的最有希望的候选者之一。目的是确保世界各地的不同实验室,研究人员和分析界的可比性,从而完全促进人类的偏见。

微塑料查找器的粒子统计数据。