電鏡-拉曼聯(lián)用應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域科研領(lǐng)域--自然環(huán)境下風(fēng)化微塑料研究

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境學(xué)院羅澤嬌教授課題組聯(lián)合地球科學(xué)學(xué)院佘振兵教授課題組發(fā)表了一篇利用電鏡、能譜、拉曼和紅外研究自然界中風(fēng)化微塑料的新成果。

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自2004年，英國普利茅斯大學(xué)的湯普森等人在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了關(guān)于海洋水體和沉積物中塑料碎片的論文，首次提出了“微塑料”的概念，指的是直徑小于5毫米的塑料碎片和顆粒。實(shí)際上，微塑料的粒徑范圍從幾微米到幾毫米，是形狀多樣的非均勻塑料顆?；旌象w，肉眼往往難以分辨。

微塑料的危害是成為了制造環(huán)境污染的主要載體。微塑料由于體積小，意味著更高的比表面積（比表面積指多孔固體物質(zhì)單位質(zhì)量所具有的表面積），比表面積越大，吸附的污染物的能力越強(qiáng)。環(huán)境中已經(jīng)存在大量的多氯聯(lián)苯、雙酚A等有機(jī)污染物（這些有機(jī)污染物往往是疏水的，就是說它們不太容易溶解在水中，也容易被水體稀釋），但微塑料一旦和這些污染物相遇，正好聚集形成一個有機(jī)污染球體。微塑料相當(dāng)于成為污染物的坐騎，二者可以在環(huán)境中到處游蕩。

與一般的“白色污染”不可降解塑料相比，微塑料對于環(huán)境的危害程度更深，因此被形象地稱為“海中的PM2.5”。

一般認(rèn)為老化或風(fēng)化會增強(qiáng)微塑料吸附有機(jī)污染物和重金屬的能力，以往關(guān)于老化或風(fēng)化的塑料表面變化的研究大多是在實(shí)驗(yàn)室中通過模擬光氧化或化學(xué)氧化進(jìn)行的，但自然環(huán)境中風(fēng)化的微塑料的降解過程比實(shí)驗(yàn)室模擬中的降解過程更為復(fù)雜。所以研究自然界風(fēng)化的微塑料的表面變化對于了解微塑料污染的持久性和小型微塑料的起源具有重要意義。

羅澤嬌老師的課題組的董明潭同學(xué)運(yùn)用了掃描電鏡、能譜、拉曼和紅外光譜綜合分析了風(fēng)化微塑料的光譜特征與表面變化。

圖 1： 環(huán)境中風(fēng)化微塑料的SEM圖像（a~d為PE，e~h為PP）

相比于標(biāo)準(zhǔn)塑料的光滑表面（圖見論文補(bǔ)充材料），風(fēng)化后塑料的表面是粗糙且不規(guī)則的，有裂紋、破裂、缺口、凹坑等，PP比PE具有更多的裂口。上圖的c~d顯示了塑料的表面層狀剝落過程，提示風(fēng)化過程會產(chǎn)生更多更微小的微塑料甚至納米塑料。

圖 2：（a）二次電子圖像；（b）碳元素EDS面分布；（c）氧元素EDS面分布圖（d）線掃描

微塑料的SEM圖像反映了內(nèi)外層的形貌的明顯差異，EDS分析發(fā)現(xiàn)風(fēng)化的外表面氧元素含量較高，碳元素含量低；而與之相反，光滑的內(nèi)表面，氧元素（含量較低，碳元素含量高， 風(fēng)化的外表面的O / C比約為0.1-0.5，無風(fēng)化的內(nèi)表面的O / C比為0.01-0.03?；パa(bǔ)的C和O元素圖表明，O/C比是判斷氧化程度的潛在指標(biāo)。EDS還揭示了PET和PVC表面上的鈦，這與用作阻光劑的二氧化鈦有關(guān)。

圖 3： PE微塑料碎片的拉曼光譜（左）和 ATR-FTIR光譜（右）

研究發(fā)現(xiàn)拉曼光譜在鑒定環(huán)境微塑料中具有巨大潛力，而光譜和元素分析相結(jié)合可用于破譯自然條件下的微塑料降解過程，并且初步建立了包括124個風(fēng)化微塑料拉曼光譜的風(fēng)化微塑料拉曼光譜數(shù)據(jù)庫（RDWP），以用于準(zhǔn)確識別自然環(huán)境中的微塑料，并且向所有用戶開放。

自2014年 TESCAN 正式推出掃描電鏡和拉曼聯(lián)用系統(tǒng)—RISE顯微鏡，這是第一臺真正實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的掃描電鏡-拉曼光譜聯(lián)用設(shè)備，因?yàn)樗?dú)特的功能和應(yīng)用創(chuàng)新，在國內(nèi)和國際上都已經(jīng)有了很多重量級用戶，它的科研和分析價值已經(jīng)被越來越多的人認(rèn)可和發(fā)現(xiàn)。

TESCAN RISE　電鏡-拉曼一體化系統(tǒng)