在海灘上經(jīng)常會(huì)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(gè)重要工具，它被廣泛用于測(cè)定聚合物的類(lèi)型或者鑒定微塑料。
人們有時(shí)在海邊度假或電視可以看到塑料垃圾污染了整個(gè)海岸線(xiàn)和海灘。在一些熱門(mén)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(wú)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(lái)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(kāi)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(duì)這些撿拾到的垃圾進(jìn)行成分和來(lái)源檢驗(yàn)。
要獲得有關(guān)材料來(lái)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(cè)。使用什么工具呢？FTIR光譜儀以其便捷，精準(zhǔn)，快速的檢測(cè)特點(diǎn)成為首先測(cè)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(guò)衰減全反射（ATR）方法來(lái)測(cè)定這些聚合物的類(lèi)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(cè)結(jié)果。但FTIR光譜儀的明顯優(yōu)勢(shì)在于，分析過(guò)程無(wú)需制備樣品，快速鑒定聚合物類(lèi)型。此外，ALPHA II操作簡(jiǎn)便直觀。
坦言之：任何人都能夠使用ALPHA II和OPUS TOUCH進(jìn)行檢測(cè)。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(cè)操作十分簡(jiǎn)便！
ALPHA II，即使非專(zhuān)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(lèi)型。大部分垃圾（61%）是聚乙烯（PE），其次（31%）是聚丙烯（PP）。其他類(lèi)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(duì)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(cè)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L(zhǎng)DPE。
高密度（藍(lán)色）和低密度（紅色）聚乙烯光譜的比較
對(duì)于來(lái)自北極的樣品，研究人員測(cè)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(shí)用于對(duì)聚合物樣品進(jìn)行鑒定和表征。通過(guò)使用布魯克ALPHA II FTIR光譜儀，可以很容易地對(duì)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(hù)通過(guò)引導(dǎo)式工作流軟件，只需幾分鐘的入門(mén)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(lái)？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(lái)源》。Front. Mar. Sci. (2023).
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