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        定性定量形貌并进,让微塑料无处遁形

        2019-02-22

          节假日,海鲜大餐越来越不可或缺,一盘盘海鲜上来,顿时把大家的味蕾调动起来了。一提到海鲜,大家都会想到什么?螃蟹、鲜虾、牡蛎......每一个都是吃货的最爱,但是你知道吗,在你大快朵颐之时,很有可能将海洋中的“PM2.5”——微塑料吃进肚中。

          微塑料是指直径小于5毫米的塑料碎片。我们食用海产品、饮用瓶装水等,可能是人体内微塑料颗粒的主要来源。近年来,许多研究者在牡蛎、贻贝和鱼类等食物中,饮用水、海盐,甚至蜂蜜中都发现了微塑料。人类摄入的微塑料尽管大部分随粪便排出,但仍会有少量的存留在体内,长期的蓄积,就可能造成危害。

        在微塑料的定性定量测试方面,岛津可提供定性、定量和形貌分析的全面解决方案。

        1、岛津红外显微镜AIM-9000


        图1.1 岛津红外显微镜AIM-9000

          傅里叶变换?红外光谱分析法(FTIR)是目前最常用的化学组分鉴定方法。红外显微镜AIM-9000可实现对微塑料的观察、定义测量位置、测量、鉴别结果,全部操作都能自动执行,并提供高灵敏度结果。

        应用案例

        大视野相机让微塑料及异物更容易被确认,显著缩短决定测量位置的时间。


        图1.2 微塑料在红外显微镜下的图片
        (从左到右分别为:大视野相机、透射观察状态及透射测试状态下)

        测试样品光谱检索结果为PET塑料,见下图:


        图1.3 微塑料样品红外检索结果
        (上面为样品红外光谱,下面为PET的标准红外谱图)

        2、岛津热分析-红外联用系统(TG-FTIR)

          热分析-红外联用仪,可以将TGA过程产生的气体通过可加热管线引入到红外光谱仪中,分析聚合物等材料热裂解过程产生的气体成分,从而得到聚合物的组成,更好的对热重结果进行分析。岛津热分析使用DTG-60,为热重-差热同步分析仪,一次分析同时得到质量及热量的变化信号,和红外联用,实现材料的定性及定量分析。


        图2.1 热分析-红外联用系统图

        应用案例

        EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)的分析


        图2.2 EVA 14%(左)及EVA 40%(右)热重-差热谱图

        250~400℃(7~16min):失重部分主要是乙酸
        400~550℃(直至25min):剩余聚合物的热解


        图2.3 EVA14%(左)和EVA 40%(右)红外吸收强度随时间的变化图

        注:2925cm-1:C-H 峰;1800cm-1:C=O峰(羰基)


        图2.4 EVA40%在15.0min,18.0min,22.5min三时间点逸出气体的红外光谱图

        注:2925cm-1:C-H 峰;1800cm-1:C=O峰(羰基)


        图2.5 EVA40% 在15.0min时间点的红外光谱检索结果(乙酸)


        图2.6 EVA40% 在22.5min时间点的红外光谱检索结果(石蜡)


        图2.7 EVA14%(左)和40%(右)逸出气体的3D红外光谱图

        3、能量色散型X射线荧光光谱仪

          岛津EDX-7000/8000/LE Plus 能量色散型X射线荧光分析仪,采用新型硅漂移检测器(SDD),具有高灵敏度、高分辨率的优点,能够进行快速无损定性-定量分析,方便快捷,无须化学前处理。


        图3.1  EDX-LEPlus


        图3.2  EDX-7000/8000

        应用案例:

        1、EDX对微塑料的定性分析


        图3.3 EDX定性分析结果


        图3.4 EDX定性分析结果(定性判定材质为PVC材质)


        图3.5 EDX定性分析结果谱图

        2、定量分析微塑料成分及RoHS有害元素


        图3.6 EDX 对RoHS有害元素定量分析结果


        图3.7 EDX 对RoHS有害元素定量分析谱图

          通过EDX能量色散型X射线荧光光谱仪对微塑料的定性和定量分析,就可初步判断该微塑料可能为PVC材质塑料(也可进一步使用PY-GCMS有机化合物快速筛查系统进行塑胶材质的确认),同时可以确认该微塑料未检出RoHS指令要求的有害元素(ND表示没有检测到)。

        4、热裂解-气相色谱质谱联用系统(PY-GCMS)

          热裂解?气相色谱质谱联用技术(PY-GCMS)可以用来鉴定微塑料类型。PY-GCMS是通过不断升高样品池温度,使得高聚物在特定温度发生裂解,释放短链小分子单体,再进入GCMS 检测,从而推断高聚物类型的一种方法,同时可鉴定聚合物及添加剂。

          PY-GCMS可实现对有机化合物的单步瞬间裂解Single-Shot分析,热解析/瞬间裂解组合Double-Shot分析, 释放气体分析(EGA分析),切割-释放气体分析(Heart-cut EGA 分析)。


        图4.1岛津 PY-GCMS

        应用案例

        微塑料定性分析


        图4.2 微塑料样品EGA分析色谱图


        图4.3 微塑料样品EGA分析温谱图


        图4.4 微塑料样品1号峰EGA-MS谱库检索结果


        图4.5 微塑料样品2号峰EGA-MS谱库检索结果

        表1. 微塑料样品EGA-MS谱库检索结果

          POPs、全氟类化合物、多环芳烃、农药等有机污染物易富集在微塑料表面,岛津全面的色谱质谱分析手段,亦可提供全面的毒理效应研究方案。

        5、岛津电子探针EPMA-1720

          岛津电子探针EPMA-1720可实现微塑料表面的元素及形貌分析研究。


        图5.1 岛津电子探针EPMA-1720


        图5.2 微塑料颗粒面分析的背散射图像(成分相)


        Na元素的面分布图


        K元素的面分布图


        图5.3 EPMA定性分析微塑料1谱图及半定量结果


        图5.4 EPMA定性分析微塑料2谱图及半定量结果

          通过电子探针EPMA-1720分析微塑料表面,在检测出K、Na、Ca、Mg、Al的同时,还检测出了Cl、S、Cr和Fe等元素。

          微塑料污染及其生态效应已成为全球环境科学研究的热点。微塑料随海流漂流无国界,溯源追责非常困难.因此,建立快速高效的微塑料分析监测方法不仅能为我国的微塑料污染研究提供技术支持。希望我们的全自动红外显微镜系统(AIM-9000)、热红联用仪器(TG-FTIR)、热裂解-气质联用仪器(PY-GCMS)、电子探针(EPMA)和能量散射型X射线荧光光谱仪(EDX)等技术,能够为微塑料的高效分析提供高效的研究基础。

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