环境、饮用水或食物中的微塑料浓度有多高?慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员开发了一种用于颗粒识别和定量的自动分析方法。

微塑料在环境中无处不在。这些直径小于5毫米的微小颗粒还可以吸收和运输污染物和毒素。“我们迫切需要分析技术来了解这些颗粒的大小、浓度和组成，”TUM分析化学和水化学主席Natalia Ivleva博士说。这位科学家和她的团队一起开发了一种新的工艺。

为了能够检测到微塑料颗粒，研究人员需要克服几个障碍:首先是低浓度的问题。例如，河水中含有大量的悬浮固体和细沙，而塑料占颗粒的比例不到1%。必须首先将这些颗粒分离出来，然后才能确定它们的浓度并最终确定它们的化学成分。

以前的方法依赖于对样品加热时释放的残留物的分析。然而，这种方法无法确定塑料颗粒的数量、大小和形状。

“我们的方法是完全不同的，”Ivleva博士说。“它是基于颗粒的。这意味着我们不用破坏粒子，而是直接分析它们。”为了做到这一点，研究人员使用了一种被称为拉曼显微光谱学的方法。它的工作原理是将单色激光照射到样品上，并检测分子散射的光。

将散射光与激光源进行比较，可以提供有关所研究物质的信息。分析直径大于1μm(微米)的塑料颗粒时，必须先将其从水溶液中过滤出来，在显微镜下检测，然后用激光照射。由于聚乙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯等塑料以特有的方式散射光子，它们各自产生的信号就像指纹一样独特。

开发追踪过程花了数年时间。“刚开始的时候，我们还得手工测量，”这位化学家回忆道。“我们花了几个月的时间来研究几千个粒子。”与此同时，该团队已经成功地实现了微塑料检测的自动化。单次分析不再需要数周时间，而只需几个小时。

尽管微小的颗粒仍然需要从水溶液中过滤出来，然后在拉曼显微镜下放置过滤器，但所有剩下的步骤都是由该团队开发的软件来完成的。首先用光学显微镜对塑料颗粒进行定位、拍照和测量，并将颗粒与纤维区分开来。该软件使用这些数据来计算粒子和纤维的数量，并选择在随后的拉曼光谱中统计显着结果所需的图像部分。

在接下来的步骤中，激光被引导到样品上，散射被检测和分析。这样就可以快速可靠地分析微塑料的数量、大小、形状和成分。开源的TUM-Particle type 2软件现在可供世界各地的研究人员使用，Ivleva的团队在《分析与生物分析化学》杂志上发表了两篇关于该过程的文章。

然而，为了研究直径小于1微米的纳米颗粒，Ivleva博士的团队已经在研究一种改进的工艺。“像这样的纳米颗粒在光学显微镜下很难甚至不可能识别。为了检测它们，我们首先必须进行大小分馏，然后识别它们，”研究人员解释说。

为此，使用了场流分馏(FFF)系统。这就产生了一股水流，可以捕获颗粒(取决于它们的大小)，并以不同的速度将它们分离开来。一种特别开发的装置，结合拉曼光谱，可以对不同类型的纳米塑料进行化学表征。

“新的分析方法允许对微纳米塑料的浓度、大小和组成进行快速而精确的调查，”Ivleva博士总结道。“这将使研究这些颗粒对环境和人类健康的影响成为可能。”