海洋塑料垃圾和碎屑的FTIR分析

2023-10-09 20:17:14 布鲁克(北京)科技有限公司-光谱仪器


众所周知,在海滩上经常会发现塑料垃圾和碎屑。如何鉴定这些呢?FTIR是鉴别环境中污染物的一个重要工具,它被广泛用于测定聚合物的类型或者鉴定微塑料。

人们有时在海边度假或电视可以看到塑料垃圾污染了整个海岸线和海滩。在一些热门旅游目的地,清理人员忙着处理这些塑料垃圾;而在一些较偏远的地区——例如,北极,却无人处理这些垃圾。

海滩上出现大量被冲上岸的塑料垃圾


那么,塑料垃圾是如何在世界各地的海滩上堆积起来的呢?据分析,本地垃圾以及远程运输被认为造成这种污染的两大主要原因,但此结论缺乏经验数据的支撑。为填补这一空白,研究人员发挥创意,开始在观光游轮上招募“公民科学家”。

公民科学家在垃圾管理方面贡献了重要力量


这些公民科学家的任务是在挪威斯匹次卑尔根岛附近的偏远地区,捡拾被冲上岸的垃圾。然后,由阿尔弗雷德·韦格纳研究所(AWI)的研究人员对这些捡拾到的垃圾进行成分和来源检验。

要获得有关材料来源的信息,这些研究人员只需找出相关标签或印记即可。但要确定化学成分,则必须进行精确的检测。使用什么工具呢?FTIR光谱仪以其便捷,精准,快速的检测特点成为首先测量工具!


FTIR

在海岸塑料垃圾分析中的应用

在这项研究中,AWI研究人员使用布鲁克ALPHA II FTIR光谱仪,通过衰减全反射(ATR)方法来测定这些聚合物的类型。相比之下,其他方法(例如,气相色谱法等)也能提供可靠的检测结果。但FTIR光谱仪的明显优势在于,分析过程无需制备样品,快速鉴定聚合物类型。此外,ALPHA II操作简便直观。

坦言之:任何人都能够使用ALPHA II和OPUS TOUCH进行检测。虽然该设备背后的科学技术相当复杂,需要拥有多年的经验才能深入理解,但其检测操作十分简便!

ALPHA II,即使非专业人员也能轻松使用



研究结果

这项研究确定了15种不同的聚合物类型。大部分垃圾(61%)是聚乙烯(PE),其次(31%)是聚丙烯(PP)。其他类型的聚合物占比很小,例如,聚氨酯(0.4%)。

为尽可能地得出最准确的表征,研究人员还针对聚乙烯垃圾是由高密度聚乙烯(HDPE)还是低密度聚乙烯(LDPE)组成进行了测定。HDPE和LDPE具有相同的化学结构。因此,两者难以区分,但在布鲁克OPUS软件的帮助下,这一难题得到轻松解决。

下图(A)表明,随着样品结晶度的上升,730cm-1处的吸光度强度增加。结晶度和密度是相关的,因此,峰值较高(蓝色)的样品可被鉴定为HDPE。峰值较小的红色样品被鉴定为LDPE。

高密度(蓝色)和低密度(红色)聚乙烯光谱的比较


对于来自北极的样品,研究人员测得,PE垃圾中,HDPE垃圾的占比为50%,LDPE垃圾的占比为11%。此结果并不出乎意料,因为HDPE比LDPE更耐用。

在塑料垃圾分析中,FTIR光谱仪可帮助研究人员从聚合物光谱中,提取丰富的化学和物理信息。该设备可同时用于对聚合物样品进行鉴定和表征。通过使用布鲁克ALPHA II FTIR光谱仪,可以很容易地对各种聚合物材料进行常规定性和定量分析。未经培训的用户通过引导式工作流软件,只需几分钟的入门学习,即能够顺利使用该系统。


参考文献

Meyer, A.N., Lutz, B., Bergmann, M. 《北极海滩垃圾从何而来?在公民科学家的帮助下,分析斯瓦尔巴特群岛垃圾的成分和来源》。Front. Mar. Sci. (2023).

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