人類隱形危機難逃「塑」命：無所不在的微塑膠

日期：2024/01/04

拉曼光譜鑑定微塑膠聚合物

微塑膠被定義為由聚合物組成的小於5毫米的小固體顆粒。此外，它們還可能含有添加劑，例如染料和製造過程中產生的雜質。它們被描述為初級微塑料，即有意製成的小塑料（例如微珠），或是被描述為次級微塑料，即在海洋環境和陽光下分解的廢棄塑料廢物。

微塑膠在環境中隨處可見，包括海洋、魚類、鹽、空氣、河流、瓶裝水和自來水。它們積聚在水中並被魚類和貝類等動物吃掉。這些微塑膠隨後出現在供人類食用的食物和水中。關於微塑膠對人體的危險程度有許多爭論和研究，但到目前為止，結果尚無定論。

但這主要是由於現有資訊有限，沒有確切的證據顯示微塑膠不會對人類健康構成風險。
共焦拉曼光譜提供的高空間分辨率意味著即使是最小的微塑膠可以被量測。
RM5 拉曼顯微鏡用於研究3 種聚合物：聚乙烯(PE)、聚四氟乙烯(PTFE) 和尼龍6。

RM5 拉曼顯微鏡

PE 是生產量最大的聚合物之一，全球每年生產數千萬噸，其中大部分用於包裝。 PE 是全球水生系統中最常見的三種塑膠之一。 PTFE 是一種含氟聚合物，因其不沾特性而經常使用，例如在煎鍋中。 PTFE 與 PE 有非常相似的結構，但它們的合成和用途卻截然不同。最近在美國和澳洲發生了多起飲用水中發現全氟辛酸（聚四氟乙烯的合成材料之一）的案例，這種酸是一種致癌物質。 Nylon-6 是一種聚醯胺，經常用於汽車工業和漁業材料。廢棄的捕魚設備為Nylon-6 提供了進入水生生態系統的即時途徑。選擇這 3 種聚合物是因為它們在地球海洋中含量豐富。

材料和測試方法

使用配備 785 nm 雷射和 X10 物鏡的 RM5 拉曼顯微鏡來識別微塑膠。三種已知粒徑的聚合物購自 Sigma Aldrich；Nylon-6、PTFE 和 PE。它們的粒徑在 35-50 µm 範圍內。將聚合物添加到水中並透過 Whatman ME 薄膜過濾器過濾。

結果與討論：聚合物和濾光片的拉曼光譜

作為參考，首先測量本體Nylon-6、PE 和 PTFE 聚合物的拉曼光譜，以確定其特徵峰，如圖 2 所示。

圖 2：Nylon-6、PE 和 PTFE 的拉曼光譜

圖 3：濾波器頻譜

未知水樣的拉曼光譜

透過將 1 毫克每種塑膠添加到 500 毫升水中來模擬未知的微塑膠水樣本。過濾該樣品並使其乾燥。然後在拉曼顯微鏡下對過濾器進行研究，總共選擇了 25 個顆粒來測量其拉曼光譜。光譜包含歸因於聚合物和濾光片的兩個峰值。圖 4至圖6 詳細介紹了三個顆粒拉曼光譜及其白光影像（顆粒 8、顆粒 20 和顆粒 25）的範例，這些顆粒被識別為 PE、Nylon-6和 Edinburgh Instruments 拉曼光譜儀。

圖 4：粒子 8 的光譜和白光影像

圖 5：粒子 20 的光譜和白光影像

圖 6：25 號粒子的光譜和白光影像

KnowItAll 拉曼光譜庫是一個包含超過 25000 個拉曼光譜的資料庫。 KnowItAll 技術可將測量的光譜與其庫中的光譜進行最佳擬合比較。它執行一系列最佳化修正，以提供與其資料庫的最佳匹配。

將所有 25 個粒子的光譜上傳到 KnowItAll 後，資料庫搜尋會提供最可能的匹配，並給出滿分 100 分的分數，其中 100 分錶示完美匹配。例如，粒子 8 被識別為 PE，匹配率為 89.96%。對於該粒子，PE 是單獨識別的，沒有其他可能的貢獻者。然而，由於濾光片的光譜影響，一些顆粒無法被唯一識別。對於粒子 6 KnowItAll，將光譜識別為 2 個拉曼光譜的組合；硝化纖維和聚四氟乙烯。 PTFE 的貢獻為 0.56，硝化纖維的貢獻為 0.44。整體而言，該組合的粒子光譜匹配率為 92.83%。這 25 個光譜由 KnowItAll 單獨識別或以與硝化纖維素的混合結果進行識別，詳細資訊如表 1 所示。

表 1： KnowItAll 對所有 25 個粒子的結果