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安阳Resonon | 利用高光谱成像评估过滤器基底的微塑料特征

发表于:2020-12-23 10:08:00 来源:http://ay.chongshengyiqi.com/news527898.html

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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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