塑料微粒是一个日益严重的问题在世界上的海洋,但是如何获得迅速和有效的测量现场,在完全理解所需要的深度分布,流,和海洋生活消费吗?Filtration-based方法使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼显微术是可行的,然而,他们的工作最好当采取表面测量,塑料微粒密度较高。
一个协作的团队日本和英国的研究人员正在开发一种混合动力,使用全息术和紧凑的系统拉曼光谱。解决方案监控粒度、形状和材料现场——提供承诺来监控那些深处,海洋生物的数量超过了塑料。
塑料问题根深蒂固
塑料污染超出表面,并不局限于离散的项目,如塑料袋或大型积累像太平洋垃圾带。随着每一个大的塑料污染恶化,产生二次污染称为塑料微粒,不到5毫米大小的微粒,水槽和到达深海深处。yabo214
塑料微粒是由海洋生物吸收,渗透食物链,许多物种依赖。现场监测数据必须正确评估的程度,分布和变化在海洋中的塑料微粒累积一段时间,特别是深度的函数。
这些数据支持研究生物体和塑料微粒是如何交互的,并且可以用于提高垂直运输模型。在未来,它将作为补救的努力和指导使有效性评估。
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看到塑料微粒在海水中
许多现有的“收集和分离”技术识别专注于塑料微粒采样地表水和需要过滤充分集中的样本检测。由于微弱信号,通过拉曼光谱光谱获得丰富的数据和更容易获得大块样品。
的密度塑料微粒在更深的水域远低于表面,和本地的存在可以丰富同样尺寸的微小的海洋生物。这个礼物两个挑战Raman-based检测:
- 确保所需的信号
- 扫描的海水适量的存在不良的背景或“噪声”。
图1所示。混合动力监控系统、实验设置:坳,准直器;英国石油(BP)、带通滤波器;西南,蓝宝石窗口;星展银行,二向色分光镜;房颤、衰减过滤器;和LP, longpass过滤器。允许转载来自[1]©光学社会
为了帮助克服这些挑战,协作的研究团队由日本地球科学和技术部门的(JAMSTEC),东京大学,南安普顿大学、阿伯丁大学已经开发出一种紧凑但敏感混合材料检测系统描述单个粒子的能力。yabo214亚博老虎机网登录
系统依赖于数字全息术筛选粒子大小和形状的兴趣建立人为或自然。yabo214拉曼光谱可以选择性的基础上进行,增加了系统的吞吐量。这将使连续的和有效的现场监控甚至在深处塑料微粒颗粒不太常见。yabo214
团队开发了一个两用系统单一波长785纳米的激光作为照明源成像和拉曼光谱能力证明的概念。
经过样本流道后,激光重定向传播的一部分,分束器实现快速CMOS相机数字全息成像;其余剩下的拉曼光谱。
团队希望评估是否传输拉曼,经常用于药物分析,可能有助于区分塑料微粒颗粒yabo214现场身体不会吸附膜。
一个紧凑的瓦萨奇光子学WP 785 ER光谱仪采用的材料分析,200 - 3100厘米吗18厘米的范围内1决议。一个紧凑而敏感的拉曼光谱仪的设计是至关重要的。相同的平行光束4毫米用于数字全息术是必要的作为拉曼的照明源,通过移动20厘米流道分布拉曼信号的检测之前启动。
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混合动力系统测试使用流包含透明颗粒的聚苯乙烯(PS)和PMMA 3毫米大小,获取数字图像和每个颗粒的拉曼光谱。
重建的全息图被用来识别形状,尺寸,相对位置。单一颗粒的拉曼光谱获得了明显的峰值,可以很容易地指定生成每个物质的指纹和官能团范围只使用激光功率75兆瓦,积分时间为30秒。
图2。(一)原始和(b)的重建图像PS颗粒。(c)拉曼光谱的PS颗粒使用setup(黑色)和参考样品在空气中(红色)。样品达到1067厘米——¹是由于人工智能2O3。允许转载来自[1]©光学社会。
创作者认为混合动力系统有能力持续监测利用全息成像技术来区分和定位粒子,中断在适当的时候拉曼分析当一个粒子检测到感兴趣的。yabo214
这种类型的自动化会方便现场海洋监测塑料微粒,以更好地理解他们的分布随着时间的推移,在一系列的海洋深处,甚至那些粒子分布稀疏。yabo214
相比现在的全息成像系统的规范海洋粒子检测、创新混合动力系统提供了一个绝佳的平衡粒子检测速度、流吞吐量和功耗。
一个聪明的匹配
评估、理解和解决的问题塑料微粒污染导致我们的海洋要求国际合作和持续创新,为演示了该混合动力系统发展的现场监测。
数字全息术可以促进塑料微粒的自动分离有机粒子,而拉曼光谱学提供材料所需的特异性识别。yabo214
结合这两种方法与一个单一的激光源和一个紧凑的、敏感的拉曼光谱仪,混合动力系统可以实现规模、速度和功耗需求需要一个实用的解决方案现场监测海洋塑料微粒。
引用
- 是高桥,Tomoko,等。(2020)“识别的塑料微粒在一个大水量综合全息术和拉曼光谱。”应用光学。59岁的17日,页。5073 - 5078。
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