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河南崇勝儀器設備有限公司

Resonon|利用高光譜成像評估過濾器基底的微塑料特征

時間:2021-12-30閱讀:98
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  微塑料污染已成為一個亟待解決的問題,因為它會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。然而,檢測和表征塑料微粒的有效方法仍處于發(fā)展階段。作者基于近紅外高光譜成像在900-1700 nm波長范圍內進行了一系列實驗室評估,報告了(i)11種類型的塑料和(ii)11種類型的過濾器基底的基本光譜特征。

  不同的塑料聚合物在1150-150 nm、1150-1450 nm和1600-1700 nm表現(xiàn)出不同的光譜特征,從而可以利用光譜分離算法對其進行自動識別。使用改進的高光譜成像系統(tǒng),我們檢測了直徑不超過100 μm的1種類型的塑料微粒(聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯)。作為過濾器基材,鍍金的聚碳酸酯過濾器(GPC0847-BA)相對于裝載的塑料微粒在900-1700 nm處顯示出恒定的反射率和較大的輻射對比度。玻璃纖維過濾器(GF10 and GF/F)因其成本低和易于商業(yè)應用而成為合適的基材。本研究為應用高光譜成像技術檢測微塑料提供了關鍵參數(shù)。

  方法:

  高光譜成像:利用高光譜成像系統(tǒng)(PIKA NIR-640,Resonon Inc., USA)在近紅外范圍(900-1700 nm)采集塑料和過濾器基底的高光譜圖像作為數(shù)據(jù)立方體。

  結果:

  11種塑料聚合物的光譜

  不同顏色聚丙烯(pp)的高光譜特征:(a)光譜,(b)在1100 nm、1100 nm和1500 nm處施加強度產(chǎn)生的假彩色圖像,(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)不同顏色塑料聚合物的比較。

  鍍金聚碳酸酯過濾器(a)100 mm和(b)100 mm聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)的高光譜特征:(左)光譜,(中)RGB圖像和(右)基于參考光譜的分類圖像。

  過濾器基底光譜:(a)選定的玻璃纖維和聚碳酸酯過濾器和(b)各種玻璃纖維過濾器。

  鍍金的聚碳酸酯過濾器和玻璃纖維過濾器(GF10)上不同尺寸(b和d:000-100 μm)聚乙烯(PE)的高光譜特征。(a和c)PE光譜,以及(b和d)在1100 nm、1100 nm和1500 nm處施加強度產(chǎn)生的假彩色圖像。使用聚碳酸酯過濾器(a)和玻璃纖維過濾器(c)獲得參考反射率。

  結論:

  了解微塑料的含量和分布對于理解其對生態(tài)系統(tǒng)的影響至關重要,但目前仍缺乏有效的方法來實現(xiàn)這一目的。本研究中,我們利用高光譜成像(900-1700 nm)方法檢測了微塑料。結果發(fā)現(xiàn),分析的11種塑料在1150-150 nm、1150-1450 nm和1600-1700 nm表現(xiàn)出不同的光譜特征。通過檢測過濾器基底,我們發(fā)現(xiàn)鍍金的聚碳酸酯過濾器是裝載塑料微粒的1佳材料。通過將高光譜成像和這種過濾器相結合,我們成功地在1700 nm波長內通過HIS檢測到了100 μm以下的不同聚合物的微塑料,避免了使用500 nm儀器的較高的成本。結合物理和化學預處理,去除了可能的干擾材料(例如生物膜),并建立了各種氧化和風化條件下的塑料庫,未來有可能開發(fā)一種自動化系統(tǒng)來監(jiān)測微塑料。該研究為微塑料的自動檢測提供了必要的參數(shù),包括理想基底和光學測量條件的優(yōu)化。

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