红外显微镜分析瓶装水中的微塑料

介绍 瓶装纯净水替代饮用自来水在市场内销 售。但是，越来越多的人反对使用一次 性塑料瓶，事实上因为这些塑料瓶最后可能会完好无损的进入环境（其需 要很多年的时间来降解），或者是分解成更小的碎片和颗粒后，作为次生微 塑料进入环境。最近的一项研究报告称，在几个品牌的瓶装饮用水中检测 到微塑料颗粒。1 微塑料对人类健康的影响仍有待确定，但是在食品和饮料 中，可能含有持久性有机污染物（POPs）的微塑料的存在是人们的关注重点。 分析瓶装水可确定微塑料的存在、特性、尺寸和数量。 红外（IR）光谱分析是识别聚合物的主要分析技术，并且使用红外显微镜可 检测和识别微塑料小至只有几微米大小的颗粒。本文介绍使用 PerkinElmer  Spotligt 400 红外成像系统分析几种不同品牌瓶装水的方法。

红外显微镜样品制备 红外显微镜分析要求不同来源的微塑料样品不受任何基 质干扰，并且单个颗粒或碎片要能够分离出来。在某些 情况下，如沉积物中存在的微塑料，样品净化可能是一 个重要的过程。但是，就瓶装水样品而言，无需样品净化， 而是仅需将微塑料从水性基体中分离出来。该过程可通 过使用适于红外测量的合适的滤膜简单过滤样品得以实 现。红外显微镜的最佳滤膜类型经确定为银膜、镀金聚 碳酸酯或激光蚀刻的硅滤膜。2 如果使用透射模式测量样 品，则硅滤膜是选择，所有三种类型均适于反射测量。

实验 为测试不同品牌瓶装水（塑料），在英国当地购买五种匿 名瓶装水，以测试其中是否存在微塑料。此外，还测试 了自来水样品。使用配有 13 mm 玻璃过滤器支架的 600  mL Advantec 烧瓶对样品进行抽滤，每个样品 500 mL 的体积。使用孔径范围为 1-5 微米的 13 mm 直径的滤膜 （Sterlitech Corp.）。此类孔径可以快速过滤，并且可以 收集小至几微米尺寸的微塑料，而红外显微镜能测试的 最小尺寸因衍射极限而受到限制。对于瓶装水的测试， 可使用 13 mm 直径的滤膜，因为样品基质通常干净， 并且只有少量颗粒需要过滤。将 13 mm 滤膜直接放入 Spotlight 400（图 1）的红外显微镜样品载物架上，用 于每个完整滤膜上样品的反射测量和可见图像测量。 图 2a 和 2b 显示的是使用反射法对直径为 13 mm 的镀 金聚碳酸酯滤膜上瓶装水样品和自来水样品测出的完整 可见图像。 从瓶装水样品中可观察到分布在滤膜上的一系列黑色颗 粒。在自来水样品中可以看见大量的颗粒和纤维。 从收集的可见图像测量结果来决定是否对整个样品滤膜 成像或者扫描单个颗粒。获取 13 mm 滤膜的整个红外 图像可能需要几十分钟，这取决于空间分辨率、光谱分 辨率和所需的灵敏度。但是，如果滤膜上只有几个颗粒， 则不必采集整个红外图像，因为使用单点模式可在几秒 钟内扫描每个颗粒。就自来水样品而言，其中有数百个 颗粒，采集红外图像是最明智的方法。表 1 所示为对此 类样品进行单点和红外成像测量的扫描条件。

在图像中的任何一点上均有与该空间点对应的完整红外 光谱图。图 6 所示为一个示例光谱，并已识别出该光谱 为纤维素。在自来水样品中，绝大多数纤维是纤维素。

红外图像基于近 250,000 个光谱的收集。手动分类数据 以试图找出不同化学物种将需要数小时的时间。但是， 软件的数据处理程序考虑到快速提取信息。软件里的 “Show Structure”命令使用主成分分析（PCA）提取所 收集数据内不同特定化学类型的信息。图 7 所示为自来 水样品的组分 1 的图像。在图 5 所示的总吸光度图中， 显示出从数百个颗粒和纤维中分离出的清晰颗粒。

概要 显微红外，无论是使用点模式还是红外成像模式，经证 实都是检测和鉴别瓶装水中存在微塑料的分析技术，采用适当的样品收集和净化方法，该技术可应用于 其他含有微塑料的样品。所有品牌的瓶装水均含有 20-200 微米大小的微塑料，其中一些纤维长度超过 2  mm。瓶装水中含有的纤维和颗粒比自来水样品中存在 的少得多。所存在的微塑料类型差别较大，并且绝大多 数并非用于制造塑料饮料瓶的塑料材料。在各个制造商 的场所内需要确定微塑料的来源以消除问题，或者可引 入额外的过滤步骤来去除微塑料。此外，需确定所存在 的微塑料是否对消费者构成健康风险。