微塑料及納米塑料已被廣泛發(fā)現(xiàn)存在于土壤、水體、生物組織及農(nóng)作物等多種體系中,其粒徑小、形態(tài)與類型多樣、聚合物組成差異顯著,且常與環(huán)境或生物基質(zhì)高度混雜,使得對其類型與空間分布的準(zhǔn)確識別成為研究中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。隨著研究重點(diǎn)從“是否存在”逐步轉(zhuǎn)向“成分、分布特征及潛在生物效應(yīng)”,對微塑料化學(xué)類型與組成特征的可靠鑒定能力愈發(fā)重要。
拉曼光譜能夠基于分子振動(dòng)特征提供穩(wěn)定、可區(qū)分的聚合物“光譜指紋”,具備免標(biāo)記、單顆粒級識別及高空間分辨率等優(yōu)勢,適合在復(fù)雜樣品中對微米及亞微米尺度塑料顆粒進(jìn)行成分判定,并可與顯微成像實(shí)現(xiàn)空間信息與化學(xué)信息的聯(lián)合分析。
“識微見塑”,依托 P300 共聚焦拉曼光譜儀 優(yōu)異的空間分辨率與光譜靈敏度,研究者不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜體系中微塑料的精準(zhǔn)定位,更能通過光譜與顯微成像的深度融合,為微塑料的環(huán)境行為與生物效應(yīng)研究提供確鑿的“化學(xué)證據(jù)”。
圖2 微塑料光譜檢測及匹配結(jié)果:(A)PS微塑料的顯微圖像;(B)PS微塑料與譜圖庫的匹配結(jié)果;(C)PVC微塑料的顯微圖像;(D)PVC微塑料與譜圖庫的匹配結(jié)果
在動(dòng)物模型研究中,拉曼光譜不僅可用于識別組織中的微塑料顆粒,還可結(jié)合組織生化信息,探索微塑料潛在的生物學(xué)影響。在該研究中,小鼠經(jīng)不同濃度微塑料暴露后,肝臟組織樣本經(jīng)消解與過濾處理,在 P300 共聚焦拉曼光譜儀下對微塑料顆粒進(jìn)行定位與成分確認(rèn)。同時(shí),對肝臟組織切片開展原位拉曼檢測,分析與脂質(zhì)代謝相關(guān)的光譜特征變化。
研究結(jié)果顯示,拉曼光譜能夠在復(fù)雜組織背景中確認(rèn)微塑料的存在,并揭示其與肝臟脂質(zhì)代謝異常之間的關(guān)聯(lián),為研究微塑料對動(dòng)物組織的潛在損傷機(jī)制提供了一種原位、無損的分析思路。
圖4 微塑料及其在肝臟中的表征與肝病理切片拉曼光譜[1]
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|突破農(nóng)作物中納米塑料的檢測極限
相較于微米級顆粒,納米塑料在農(nóng)作物中的檢測更具挑戰(zhàn)性。在該研究中,研究人員以典型農(nóng)作物為模型,探究土壤中納米塑料在作物體內(nèi)的遷移與累積情況。通過顯微成像與拉曼光譜聯(lián)合分析,研究者在作物組織中定位到納米塑料的分布區(qū)域,并在復(fù)雜背景條件下成功采集到對應(yīng)的聚合物特征拉曼信號。研究表明,借助P300 的共聚焦能力與高靈敏度檢測性能,拉曼光譜可作為連接“空間定位”與“化學(xué)鑒定”的關(guān)鍵工具,為納米塑料在農(nóng)作物中的研究提供了可行技術(shù)路徑。
圖5 花生(A-B)及水稻(C-D)的掃描電鏡與拉曼光譜[2]
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多維系統(tǒng)校準(zhǔn)與長期穩(wěn)定性保障
P300 通過內(nèi)置的峰強(qiáng)、峰位和背景信號等獨(dú)特多維校準(zhǔn)機(jī)制,確保不同批次、不同區(qū)域及不同樣品間的拉曼數(shù)據(jù)具備良好可比性,適用于需要統(tǒng)計(jì)分析與趨勢判斷的微塑料研究場景。
面向復(fù)雜樣品的譜庫匹配與數(shù)據(jù)分析能力
結(jié)合成熟的聚合物拉曼譜庫與自動(dòng)化分析流程,可實(shí)現(xiàn)對常見微塑料類型的快速識別,并支持在環(huán)境樣品與生物樣品中開展多顆粒統(tǒng)計(jì)分析。
參考文獻(xiàn):
[1] Liu, Mingying, et al. "Impacts of polypropylene microplastics on lipid profiles of mouse liver uncovered by lipidomics analysis and Raman spectroscopy." Journal of Hazardous Materials 458 (2023): 131918.
[2] Jiang, Meng, et al. "Evidence and impacts of nanoplastic accumulation on crop grains." Advanced Science 9.33 (2022): 2202336.
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