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共聚焦显微拉曼光谱技术在海洋沉积物微塑料中的应用

2020-12-17 426

微塑料作为一种新型海洋污染物,近年来已引起全球学者广泛关注。目前,无论是近海海岸、大洋海水,还是深海海沟、南北极地,亦或是海洋生物体中均发现了微塑料的踪迹。海洋沉积物被认为是微塑料的“汇”,其中,海滩沉积物常被作为评估微塑料污染丰度的研究对象。相对于海洋水体环境而言,存在于海滩环境中的微塑料由于受到紫外线辐射、高温以及物理风化等作用,更容易发生破碎产生更小粒径的微塑料颗粒存留于沉积物中,或在风浪和潮汐作用下,进入到海洋水体。小粒径微塑料易被浮游动物摄食或直接进入生物组织,对海洋生态构成潜在威胁。然而受检测技术所限,目前的研究很少关注环境样品中粒径为50 μm以下的微塑料。

中国科学院海洋研究所阎军研究员课题组基于共聚焦显微拉曼光谱技术,简化了海洋沉积物中小粒径微塑料检测流程,并将此流程应用到汇泉湾海洋沉积物分析中。研究论文"Application of confocal laser Raman spectroscopy on marine sediment microplastics"在Journal of Oceanology and Limnology 第5期庆祝中国科学院海洋研究所成立70周年专刊上正式发表,第一作者为硕士研究生刘婧,通讯作者为张鑫研究员。


目的意义



与较大粒径颗粒相比,小粒径微塑料在微塑料污染中相对占有更高的比例,且易对多种生物构成生态威胁。目前,微塑料研究中的尺寸下限主要取决于样品处理方法及检测手段的敏感性。从样品取样、分离到定性定量检测,海洋沉积物微塑料的多步骤评估过程仍然缺乏统一标准且繁杂费时,很可能会造成微塑料污染程度的低估,而且不同研究结果之间难以比较。拉曼光谱作为无损光谱鉴定手段,理论检测极限能够达到1 μm以下。然而,由于环境样品的复杂性与处理方法的限制,以及检测参数的不同,实际样品检测中还未达到理论极限。本研究基于共聚焦拉曼光谱技术,简化海洋沉积物小粒径微塑料检测流程,以期揭示海洋沉积物中小粒径微塑料的类型、粒径特征与分布规律,旨在为微塑料污染评估与防治提供数据支持与科学依据。


实验结果



基于共聚焦显微拉曼光谱技术,本研究初步建立了海洋沉积物中小粒径微塑料拉曼光谱检测流程与分析手段,结果表明在省略消解步骤的前提下仍能够获得高质量的光谱信号且保留样品原有形貌,并实现了对汇泉湾海洋沉积物中小于500 μm的微塑料样品检测(图1和图2)。其中,50 μm以下的微塑料样品占56%,同时检测到10 μm以下的聚丙烯颗粒,聚丙烯与聚乙烯作为主要污染物分别占有42%与20%(图3)。本研究验证了共聚焦拉曼光谱技术对于海洋沉积物中小粒径微塑料检测的有效性,在未来的研究中,将致力于建立标准化、自动化拉曼检测流程,应用于海洋沉积物微塑料检测中。


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图1  海洋沉积物样品微粒共聚焦显微镜下图

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图2  海洋沉积物样品微粒拉曼光谱与标准拉曼参考库比对图

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图3  海洋沉积物样品中微塑料粒径(a),类型(b)比例组成和微塑料类型在不同粒径中的百分比分布(c)


文章来源:JOL海洋湖沼学报 微信公众号 2020年12月17日推文