微塑料污染已成為一個亟待解決的問題，因為它會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。然而，檢測和表征塑料微粒的有效方法仍處于發(fā)展階段。作者基于近紅外高光譜成像在900-1700 nm波長范圍內(nèi)進行了一系列實驗室評估，報告了（i）11種類型的塑料和（ii）11種類型的過濾器基底的基本光譜特征。
不同的塑料聚合物在1150-150 nm、1150-1450 nm和1600-1700 nm表現(xiàn)出不同的光譜特征，從而可以利用光譜分離算法對其進行自動識別。使用改進的高光譜成像系統(tǒng)，我們檢測了直徑不超過100 μm的1種類型的塑料微粒（聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯）。作為過濾器基材，鍍金的聚碳酸酯過濾器（GPC0847-BA）相對于裝載的塑料微粒在900-1700 nm處顯示出恒定的反射率和較大的輻射對比度。玻璃纖維過濾器（GF10 and GF/F）因其成本低和易于商業(yè)應(yīng)用而成為合適的基材。本研究為應(yīng)用高光譜成像技術(shù)檢測微塑料提供了關(guān)鍵參數(shù)。
方法：
高光譜成像：利用高光譜成像系統(tǒng)（PIKA NIR-640，Resonon Inc., USA）在近紅外范圍（900-1700 nm）采集塑料和過濾器基底的高光譜圖像作為數(shù)據(jù)立方體。
結(jié)果：
11種塑料聚合物的光譜
不同顏色聚丙烯（pp）的高光譜特征：（a）光譜，（b）在1100 nm、1100 nm和1500 nm處施加強度產(chǎn)生的假彩色圖像，（c）真彩色照片。
a）聚丙烯（PP），（b）聚碳酸酯（PC），（c）聚氯乙烯（PVC）和（d）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）不同顏色塑料聚合物的比較。
鍍金聚碳酸酯過濾器（a）100 mm和（b）100 mm聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）的高光譜特征：（左）光譜，（中）RGB圖像和（右）基于參考光譜的分類圖像。
過濾器基底光譜：（a）選定的玻璃纖維和聚碳酸酯過濾器和（b）各種玻璃纖維過濾器。
鍍金的聚碳酸酯過濾器和玻璃纖維過濾器（GF10）上不同尺寸（b和d：000-100 μm）聚乙烯（PE）的高光譜特征。（a和c）PE光譜，以及（b和d）在1100 nm、1100 nm和1500 nm處施加強度產(chǎn)生的假彩色圖像。使用聚碳酸酯過濾器（a）和玻璃纖維過濾器（c）獲得參考反射率。
結(jié)論：
了解微塑料的含量和分布對于理解其對生態(tài)系統(tǒng)的影響至關(guān)重要，但目前仍缺乏有效的方法來實現(xiàn)這一目的。本研究中，我們利用高光譜成像（900-1700 nm）方法檢測了微塑料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分析的11種塑料在1150-150 nm、1150-1450 nm和1600-1700 nm表現(xiàn)出不同的光譜特征。通過檢測過濾器基底，我們發(fā)現(xiàn)鍍金的聚碳酸酯過濾器是裝載塑料微粒的1佳材料。通過將高光譜成像和這種過濾器相結(jié)合，我們成功地在1700 nm波長內(nèi)通過HIS檢測到了100 μm以下的不同聚合物的微塑料，避免了使用500 nm儀器的較高的成本。結(jié)合物理和化學(xué)預(yù)處理，去除了可能的干擾材料（例如生物膜），并建立了各種氧化和風(fēng)化條件下的塑料庫，未來有可能開發(fā)一種自動化系統(tǒng)來監(jiān)測微塑料。該研究為微塑料的自動檢測提供了必要的參數(shù)，包括理想基底和光學(xué)測量條件的優(yōu)化。
