安阳Resonon | 利用高光谱成像评估过滤器基底的微塑料特征

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　　微塑料污染已成为一个亟待解决的问题，因为它会对生态环境产生不利的影响。然而，检测和表征塑料微粒的有效方法仍处于发展阶段。作者基于近红外高光谱成像在900-1700 nm波长范围内进行了一系列实验室评估，报告了（i）11种类型的塑料和（ii）11种类型的过滤器基底的基本光谱特征。

　　不同的塑料聚合物在1150-150 nm、1150-1450 nm和1600-1700 nm表现出不同的光谱特征，从而可以利用光谱分离算法对其进行自动识别。使用改进的高光谱成像系统，我们检测了直径不超过100 μm的1种类型的塑料微粒（聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯）。作为过滤器基材，镀金的聚碳酸酯过滤器（GPC0847-BA）相对于装载的塑料微粒在900-1700 nm处显示出恒定的反射率和较大的辐射对比度。玻璃纤维过滤器（GF10 and GF/F）因其成本低和易于商业应用而成为合适的基材。本研究为应用高光谱成像技术检测微塑料提供了关键参数。

　　方法：

　　高光谱成像：利用高光谱成像系统（PIKA NIR-640，安阳Resonon Inc., USA）在近红外范围（900-1700 nm）采集塑料和过滤器基底的高光谱图像作为数据立方体。

　　结果：

　　11种塑料聚合物的光谱

　　不同颜色聚丙烯（pp）的高光谱特征：（a）光谱，（b）在1100 nm、1100 nm和1500 nm处施加强度产生的假彩色图像，（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）不同颜色塑料聚合物的比较。

　　镀金聚碳酸酯过滤器（a）100 mm和（b）100 mm聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）的高光谱特征：（左）光谱，（中）RGB图像和（右）基于参考光谱的分类图像。

　　过滤器基底光谱：（a）选定的玻璃纤维和聚碳酸酯过滤器和（b）各种玻璃纤维过滤器。

　　镀金的聚碳酸酯过滤器和玻璃纤维过滤器（GF10）上不同尺寸（b和d：000-100 μm）聚乙烯（PE）的高光谱特征。（a和c）PE光谱，以及（b和d）在1100 nm、1100 nm和1500 nm处施加强度产生的假彩色图像。使用聚碳酸酯过滤器（a）和玻璃纤维过滤器（c）获得参考反射率。

　　结论：

　　了解微塑料的含量和分布对于理解其对生态系统的影响至关重要，但目前仍缺乏有效的方法来实现这一目的。本研究中，我们利用高光谱成像（900-1700 nm）方法检测了微塑料。结果发现，分析的11种塑料在1150-150 nm、1150-1450 nm和1600-1700 nm表现出不同的光谱特征。通过检测过滤器基底，我们发现镀金的聚碳酸酯过滤器是装载塑料微粒的1佳材料。通过将高光谱成像和这种过滤器相结合，我们成功地在1700 nm波长内通过HIS检测到了100 μm以下的不同聚合物的微塑料，避免了使用500 nm仪器的较高的成本。结合物理和化学预处理，去除了可能的干扰材料（例如生物膜），并建立了各种氧化和风化条件下的塑料库，未来有可能开发一种自动化系统来监测微塑料。该研究为微塑料的自动检测提供了必要的参数，包括理想基底和光学测量条件的优化。

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