微塑料是指粒徑低于 5mm 的塑料顆粒。科研人員已經(jīng)在海鮮、飲用水、水果、蔬菜、日常調(diào)味品、以及飲料和嬰兒配方奶粉中都檢測到微塑料的身影。在 2022 年發(fā)表的一項研究中表明每克嬰兒配方奶粉中檢出約 17.3 個微塑料，其中聚氨酯和聚酰胺占檢出微塑料總數(shù)的 67%。
日前，安捷倫公司利用 8700 LDIR 紅外成像搭配 Clarity 自動化微塑料工作流程分析軟件（如圖 1 所示）對兩個商業(yè)品牌的嬰兒配方進行了表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樣本中均檢出了微塑料。本文將從樣品前處理、儀器以及結(jié)果解讀幾個方面進行系統(tǒng)的介紹。
圖 1. Agilent 8700 LDIR 紅外成像系統(tǒng)
嬰兒配方奶粉樣品前處理流程
將 5g 嬰兒配方奶粉溶于 30mL 飽和氯化鈉溶液中。搖晃均勻后，置于離心機中 3000 rpm 離心 30min，使白色奶油上層與水性下層分離；
將兩層溶液分開后置于兩個單獨的干凈燒杯中。為消解上層液，加入 100mL 0.1 M 氫氧化鈉并加熱至 50-60℃ 左右持續(xù) 20min，溶液從奶油白色變?yōu)榈S色液體，發(fā)生輕微的顏色變化；
將兩個燒杯中的溶液分別使用 10um 不銹鋼濾膜過濾，并將濾膜進行干燥處理；
將干燥后的不銹鋼濾膜分別置于無水乙醇溶液中超聲處理，將顆粒脫附到乙醇溶液中；
使用安捷倫標(biāo)配金膜（0.8um，25mm） 對乙醇溶液進行過濾；金膜干燥后直接置于 8700 LDIR 紅外成像儀器中進行分析，完整前處理流程如圖 2 所示。
圖 2. 嬰兒配方奶粉中的微塑料前處理工作流程
儀 器
本研究使用 8700 LDIR 紅外成像系統(tǒng)搭配 Clarity 軟件，可直接調(diào)用全自動化 Particle Analysis 方法包對金膜上的顆粒樣品進行測試。首先，軟件利用 1442 cm-1 對目標(biāo)區(qū)域進行快速成像，通過激光散射原理將區(qū)域內(nèi) >6 um 的顆粒識別定位并確認顆粒邊界；然后按照識別的顆粒順序采集每個顆粒的完整紅外譜圖，并同步與軟件中的數(shù)據(jù)進行比對完成定性工作。軟件按照匹配度顯示每個顆粒的具體信息并生成完整報告。
使用 8700 LDIR 紅外成像對濾膜上的樣品直接進行測試。安捷倫標(biāo)配的濾膜支架一次可放置兩個樣品，軟件可按照設(shè)置順序自動表征樣品，并單獨報告每個樣品的結(jié)果。如果樣品中顆粒較多，也可將一個樣品轉(zhuǎn)移至兩個金膜上，并將兩個位置的結(jié)果作為一個樣品報告完整輸出。
在 Clarity 軟件中，用戶可以將目標(biāo)區(qū)域定義為圓形或矩形。與其他樣品前處理技術(shù)相比，直接在濾膜上分析的方法簡化了工作流程，且有助于減少污染源的引入及樣品的損失。
結(jié) 論
報告微塑料數(shù)據(jù)時，排除了所有非微塑料顆粒，如蛋白、硬脂酸鹽、纖維素材料以及碳酸鹽等。所有其他的主要微塑料類型均按照匹配度高于 0.8 進行顯示。從測試的結(jié)果看，檢出的微塑料種類包括：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚乙烯（PE）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚甲醛（POM）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氨酯（PU）和聚氯乙烯（PVC）。
對于品牌 A 的嬰兒配方奶粉，在兩層樣本中均檢測到大量顆粒，共有 4472 個。其中大部分顆粒定性為蛋白，這一結(jié)果主要是嬰兒配方中存在的蛋白質(zhì)在前處理過程中未消解完全造成的。樣品中共有 97 個顆粒被鑒定為微塑料（上層和下層液中分別有 63 個和 34 個），大多數(shù)微塑料顆粒的粒徑范圍分布在 20-100um，主要聚合物類型為 PE 和 PP。在品牌 B 嬰兒配方奶粉的兩層溶液中檢測到的顆粒數(shù)量較少，共有 1078 個。在上層液中共檢測到 712 個顆粒，其中只有 9 個匹配度高于 0.8 的顆粒被鑒定為微塑料；在下層液中共檢測到 366 個顆粒，其中只有 13 個匹配度高于 0.8 的顆粒被鑒定為微塑料。在品牌 B 中檢出的微塑料主要為 PC、PE 和 PP，粒徑范圍分布在 20-100um。具體測試結(jié)果如表 1 所示。
從測試結(jié)果看，樣品的前處理流程需要進一步優(yōu)化處理，如可使用酶試劑來消化殘留的蛋白顆粒，降低非微塑料顆粒的數(shù)量，減少樣品的測試時間并提高工作效率。
表 1. 嬰兒配方奶粉品牌 A 和 B 中的微塑料表征結(jié)果匯總
此外，我們在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)譜庫時，除了添加常見的聚合物，也在其中加入了環(huán)境基質(zhì)中難以去除掉的污染物譜圖，如蛋白、植物纖維素以及合成纖維等。所以儀器可以自動區(qū)分聚合物顆粒和天然材料顆粒（如蛋白和纖維素），結(jié)果如圖 3 和圖 4 所示。
圖 3. 兩個品牌的嬰兒配方奶粉中鑒定處的微塑料顆粒示例。（A）品牌 A 上層；（B）品牌 A 下層；（C）品牌 B 上層；（D）品牌 B 下層。對于檢測到的每個顆粒 LDIR 提供了顆粒的紅外和可見光圖像、定性結(jié)果、粒徑信息、測試光譜（紅線）和譜庫中匹配譜圖（藍色或綠色虛線）對比圖
圖 4. 兩個品牌嬰幼兒奶粉中鑒定處的非微塑料的示例。（A）品牌A上層；（B）品牌 A 下層；（C）品牌 B 上層；（D）品牌 B 下層。對于檢測到的每個顆粒 LDIR 提供了顆粒的紅外和可見光圖像、定性結(jié)果、粒徑信息、測試光譜（紅線）和譜庫中匹配譜圖（藍色或紫色虛線）對比圖
結(jié)語
本研究系統(tǒng)地介紹了使用 8700 LDIR 紅外成像的濾膜分析功能檢測兩個品牌的嬰幼兒配方奶粉中微塑料的工作流程，并在兩個品牌的樣本中均檢出了微塑料顆粒，PE 和 PP 是樣本中豐度高的聚合物類型。在測試過程中我們發(fā)現(xiàn)所有試劑均含有微塑料，因此每種試劑在使用前經(jīng)過過濾并重新檢查其中是否存在污染物后再使用。
8700 LDIR 紅外成像可直接在濾膜上實現(xiàn)樣品的分析測試，該方案能夠在盡量減少樣本污染的同時保證實驗室高通量高效率的測試需求，因此非常適用于常規(guī)應(yīng)用或大規(guī)模監(jiān)測研究。
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