世界水日特辑 | 水中的“雾霾”
作者： 张晓丹 应用工程师
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岁的英国女王现在依然精力满满。根据《每日电讯报》的消息，女王这次向塑料正式“宣战”：在白金汉宫、温莎城堡、荷里璐德宫中，厨师只能使用陶瓷盘子、玻璃杯和可回收的纸杯，塑料吸管和塑料瓶被全面禁用。促使女王做出这个决定的是与
David Attenborough
的几次交谈。在录制《蓝色星球
2》时，老爷子把矛头对准了海洋中的塑料污染：
“不管我们去到多么偏僻的海洋，我们的摄影师都能看到塑料。
”自从
1907
年酚醛树脂问世，人类开启塑料时代已有百余年的历史。塑料给人们生活带来了极大的便利，没有“塑料袋”的生活简直难以想象。之前我们关注的重点是塑料带来的“白色污染”，但很少有人知道，据不完全统计，每年除了被填埋处理的白色垃圾，还会有超过
800
万吨的塑料被遗弃在海洋中。这些进入海洋的塑料，经过一段时间后会分解成无数的塑料微颗粒。而直径小于
5mm
的塑料纤维、颗粒或者薄膜被定义为微塑料。实际上很多微塑料的尺寸可达微米乃至纳米级，肉眼是不可见的，因此又称水中的“
PM 2.5
”。
不仅是海洋，就连随处可见的瓶装矿泉水中也含有塑料。近日，一个由非盈利新闻机构 ORB 牵头、世界卫生组织发布的报告显示，世界著名的瓶装水品牌中，93% 含有塑料颗粒！这项调查一共采样了来自 19 个产地的 259 瓶瓶装水，涵盖了市场上常见的 11 个品牌。
水中微塑料的污染已经被越来越多的国家和研究机所构重视，我国也已颁布了禁止使用含有微珠日化用品的规定。而目前水资源中已经存在的微塑料污染要怎样监测和处理，仍是一个全球面临的难题。
近年，安捷伦与丹麦奥尔堡大学合作，尝试使用红外成像设备对丹麦一个蓄水池中的水样、沉积物以及生物样本进行前处理后，再进行微塑料颗粒的定性和定量分析。从实验数据看，这有可能为我们检测水中微塑料污染物提供一种新的思路及可行性的方法。
经过一系列的样品前处理后，按照获得样品的颗粒尺寸分成两组，其中颗粒度大于 80 μm 的样品放置在金镜上利用红外显微反射模式进行测试，颗粒度小于 80 μm 的样品放置在硒化锌窗片上利用红外显微透射模式进行测试，如下图所示。
图
1.处理后的样品分别在反射模式下（左）及透射模式下（右）的可视化图像
图 2 为对该可视化图像最中心位置的红外成像测试结果。右图为使用 2200cm-1 进行成像，从图中可以看出在该区域存在的所有颗粒分布，而对于混合颗粒中的微塑料颗粒，由于其在 3000-2800cm-1 处存在 C-H 伸缩振动峰，因此使用 3000-2800cm-1 进行成像，可将窗口中其他非微塑料颗粒（如矿物颗粒）的信息去除，从而实现微塑料颗粒的快速定位。点击成像界面的任何一点，即可查看成像中微塑料的谱图（如图 3 所示）并进行谱库比对，可实现微塑料颗粒的快速定性分析。
图
2.左侧为使用
2200cm-1进行的红外成像，右侧为使用
3000-2800cm-1进行的红外成像
图 3. 调用查看图 2 十字中心位置谱图
经过统计，水中存在的微塑料颗粒的成分主要涵盖以下几类：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、硬脂酸锌、聚苯乙烯、丁苯橡胶、聚氨酯以及聚酰胺等。而利用新开发的软件可对成像中的微塑料颗粒进行分类并计算数量，最终实现定性和定量的双重需求。
图 4. 微塑料全自动定性定量界面
安捷伦
Cary 620
焦平面阵列红外成像光谱仪具有最高的空间分辨率和灵敏度，与传统红外显微仪器相比，焦平面阵列红外成像不仅可以在数分钟内确定污染物的分布位置，并能通过谱图比对快速确认污染物的成分。通过与多种附件配合使用，可满足从常规测定到最前沿研究的全部应用需求。
当然，对于水中的微塑料污染，最好的防治方法还是减少日常生活中塑料制品的使用。保护环境，人人有责。
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