在海灘上經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)塑料垃圾和碎屑。如何鑒定這些呢？FTIR是鑒別環(huán)境中污染物的一個重要工具，它被廣泛用于測定聚合物的類型或者鑒定微塑料。
人們有時在海邊度假或電視可以看到塑料垃圾污染了整個海岸線和海灘。在一些熱門旅游目的地，清理人員忙著處理這些塑料垃圾；而在一些較偏遠(yuǎn)的地區(qū)——例如，北極，卻無人處理這些垃圾。
那么，塑料垃圾是如何在世界各地的海灘上堆積起來的呢？據(jù)分析，本地垃圾以及遠(yuǎn)程運(yùn)輸被認(rèn)為造成這種污染的兩大主要原因，但此結(jié)論缺乏經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐。為填補(bǔ)這一空白，研究人員發(fā)揮創(chuàng)意，開始在觀光游輪上招募“公民科學(xué)家”。這些公民科學(xué)家的任務(wù)是在挪威斯匹次卑爾根島附近的偏遠(yuǎn)地區(qū)，撿拾被沖上岸的垃圾。然后，由阿爾弗雷德·韋格納研究所（AWI）的研究人員對這些撿拾到的垃圾進(jìn)行成分和來源檢驗(yàn)。
要獲得有關(guān)材料來源的信息，這些研究人員只需找出相關(guān)標(biāo)簽或印記即可。但要確定化學(xué)成分，則必須進(jìn)行精確的檢測。使用什么工具呢？FTIR光譜儀以其便捷，精準(zhǔn)，快速的檢測特點(diǎn)成為首先測量工具！
FTIR 在海岸塑料垃圾分析中的應(yīng)用
在這項(xiàng)研究中，AWI研究人員使用布魯克ALPHA II FTIR光譜儀，通過衰減全反射（ATR）方法來測定這些聚合物的類型。相比之下，其他方法（例如，氣相色譜法等）也能提供可靠的檢測結(jié)果。但FTIR光譜儀的明顯優(yōu)勢在于，分析過程無需制備樣品，快速鑒定聚合物類型。此外，ALPHA II操作簡便直觀。
坦言之：任何人都能夠使用ALPHA II和OPUS TOUCH進(jìn)行檢測。雖然該設(shè)備背后的科學(xué)技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，需要擁有多年的經(jīng)驗(yàn)才能深入理解，但其檢測操作十分簡便！
ALPHA II，即使非專業(yè)人員也能輕松使用
研究結(jié)果
這項(xiàng)研究確定了15種不同的聚合物類型。大部分垃圾（61%）是聚乙烯（PE），其次（31%）是聚丙烯（PP）。其他類型的聚合物占比很小，例如，聚氨酯（0.4%）。
為盡可能地得出最準(zhǔn)確的表征，研究人員還針對聚乙烯垃圾是由高密度聚乙烯（HDPE）還是低密度聚乙烯（LDPE）組成進(jìn)行了測定。HDPE和LDPE具有相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)。因此，兩者難以區(qū)分，但在布魯克OPUS軟件的幫助下，這一難題得到輕松解決。
下圖（A）表明，隨著樣品結(jié)晶度的上升，730cm-1處的吸光度強(qiáng)度增加。結(jié)晶度和密度是相關(guān)的，因此，峰值較高（藍(lán)色）的樣品可被鑒定為HDPE。峰值較小的紅色樣品被鑒定為LDPE。
高密度（藍(lán)色）和低密度（紅色）聚乙烯光譜的比較
對于來自北極的樣品，研究人員測得，PE垃圾中，HDPE垃圾的占比為50%，LDPE垃圾的占比為11%。此結(jié)果并不出乎意料，因?yàn)镠DPE比LDPE更耐用。
在塑料垃圾分析中，F(xiàn)TIR光譜儀可幫助研究人員從聚合物光譜中，提取豐富的化學(xué)和物理信息。該設(shè)備可同時用于對聚合物樣品進(jìn)行鑒定和表征。通過使用布魯克ALPHA II FTIR光譜儀，可以很容易地對各種聚合物材料進(jìn)行常規(guī)定性和定量分析。未經(jīng)培訓(xùn)的用戶通過引導(dǎo)式工作流軟件，只需幾分鐘的入門學(xué)習(xí)，即能夠順利使用該系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
Meyer, A.N., Lutz, B., Bergmann, M. 《北極海灘垃圾從何而來？在公民科學(xué)家的幫助下，分析斯瓦爾巴特群島垃圾的成分和來源》。Front. Mar. Sci. (2023).
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