Microplastic Analysis Using the Agilent 8700 Laser Direct Infrared (LDIR) Chemical Imaging System

Význam tématu

Microplastická kontaminace vodních toků, potravin a kosmetických výrobků představuje vážné ekologické a zdravotní riziko. Precizní rozlišení polymerních částic od nepolymerních látek, jako je stearan hořečnatý, je klíčové pro spolehlivou charakterizaci znečištění a správné vyhodnocení expozice organismů.

Cíle a přehled studie / článku

Studie měla ověřit schopnost systému Agilent 8700 LDIR chemical imaging přesně detekovat a rozlišovat mezi mikroplastickými částicemi z polyethylenu a částicemi stearanu hořečnatého. Byla zhodnocena jak charakterizace jednotlivých složek, tak analýza jejich směsi.

Použitá metodika

Vzorky průhledných polyethylenových mikrosfér (38–45 µm) a stearanu hořečnatého byly dispergovány v ethanolu a naneseny na nízkoemisní skleněnou destičku. Po odpaření rozpouštědla systém LDIR v režimu rychlého skenování při 1 442 cm–1 vytvořil IR obrazy, na jejichž základě identifikoval a lokalizoval částice. Následně přejel k jednotlivým objektům a automaticky získal plné spektrum, které porovnal s knihovnou spekter pomocí prvního derivátu a hit quality indexu rozděleného do tří úrovní (nízká: 0,65–0,75; střední: 0,75–0,85; vysoká: 0,85–0,99).

Použitá instrumentace

• Agilent 8700 Laser Direct Infrared (LDIR) chemical imaging system
• Agilent Clarity software s automatizovaným workflow pro analýzu částic
• Vysokomagnifikační vizuální kamera integrovaná v systému

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza jednotlivých vzorků ukázala stoprocentní identifikaci polyetylenu (39 z 39 částic) s vysokou kvalitou shody (HQI > 0,85). V případě stearanu hořečnatého bylo zjištěno 242 částic, přičemž 96,7 % mělo vysokou a 3,3 % střední kvalitu shody. Ve směsi dvou komponent detekoval systém 346 objektů, z nichž 200 (57,8 %) bylo klasifikováno jako stearan hořečnatý a 146 (42,2 %) jako polyetylen. Jediné nevýznamné nesprávné zařazení se vyskytlo u aglomerátů, které LDIR hodnotil podle silnějšího signálu stearanu.

Specifický absorbční pás v oblasti 1 500–1 660 cm–1, odlišný od pásu C–H deformace polyetylenu (1 480–1 440 cm–1), umožnil spolehlivé rozlišení obou materiálů při použití prvního derivátu spektra.

Přínosy a praktické využití metody

Lokalizace, kvantifikace a chemická identifikace mikroplastů probíhá rychle a automatizovaně bez nutnosti složitého nastavování parametrů. Metoda je vhodná pro rutinní analýzu vod, potravin, kosmetických přípravků i procesních vzorků v průmyslové a environmentální laboratoři.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření knihoven spekter o další polymery a běžné doplňkové složky
• Integrace strojového učení pro lepší rozlišení aglomerátů a složitějších matic
• Adaptace metody na nižší detekční limity (nanoplast).
• Průběžná monitorace kvality vody a potravního řetězce pomocí automatizovaných analyzátorů

Závěr

Systém Agilent 8700 LDIR v kombinaci s Clarity software prokázal vysokou selektivitu a spolehlivost při odlišení microplastických částic polyetylenu od nepolymerních komponent, jako je stearan hořečnatý. Plně automatizovaný workflow poskytuje přesné výsledky o počtu, velikosti a chemické povaze částic, což zvyšuje efektivitu rutinní analýzy znečištění.

Reference

1. Lim, X. Microplastics Are Everywhere — But Are They Harmful? Nature 2021, 593(7857), 22–25.
2. Witzig, C. S. et al. When Good Intentions Go Bad—False Positive Microplastic Detection Caused by Disposable Gloves. Environ. Sci. Technol. 2020, 54(19), 12164–12172.
3. Schymanski, D. et al. Analysis of Microplastics in Drinking Water and Other Clean Water Samples with Micro-Raman and Micro-Infrared Spectroscopy. Anal. Bioanal. Chem. 2021, 413(24), 5969–5994.
4. Landeros Gonzalez, G. et al. A Review of the Origins of Microplastics Arriving at Wastewater Treatment Plants. Detritus 2022, 20, 41–55.
5. Primpke, S. et al. Reference Database Design for the Automated Analysis of Microplastic Samples Based on FTIR Spectroscopy. Anal. Bioanal. Chem. 2018, 410, 5131–5141.
6. De Frond, H.; Rubinovitz, R.; Rochman, C. M. μATR-FTIR Spectral Libraries of Plastic Particles (FLOPP and FLOPP-e). Anal. Chem. 2021, 93(48), 15878–15885.