在當(dāng)今的環(huán)境科學(xué)研究中，微塑料污染已成為生態(tài)問(wèn)題。這些微小的塑料顆粒，尤其是納米級(jí)別的微塑料（NPs），因其尺寸小、難以被傳統(tǒng)檢測(cè)手段識(shí)別，給環(huán)境監(jiān)測(cè)和污染治理帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。然而，隨著科技的不斷進(jìn)步，納米紅外光譜儀（AFM-IR）的出現(xiàn)為微塑料的檢測(cè)和研究帶來(lái)了新的曙光。

Bruker的共振增強(qiáng) AFM-IR 模式

AFM-IR：納米尺度的“火眼金睛”

AFM-IR是一種將原子力顯微鏡（AFM）與紅外光譜技術(shù)相結(jié)合的檢測(cè)手段。它通過(guò)將紅外激光照射到樣品表面，利用AFM探針檢測(cè)樣品因吸收紅外光而產(chǎn)生的熱膨脹信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)納米尺度物質(zhì)的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的分析。這種技術(shù)不僅具有高的空間分辨率（可達(dá)10納米），還能提供豐富的化學(xué)信息，是研究微塑料的理想工具。

布魯克 Anasys nanoIR3 納米紅外光譜

微塑料檢測(cè)的新突破

近期，一項(xiàng)發(fā)表在《Environmental Science:Nano》雜志上的研究 [Local infrared spectral measurement system for the inspection of independent nano-plastic particles in water-based solutions]展示了布魯克AFM-IR （Anasys Instruments)在微塑料檢測(cè)中的強(qiáng)大潛力。

漂浮在海洋中的微塑料被誤認(rèn)為是浮游植物或海藻，并可能通過(guò)食物鏈進(jìn)行積累對(duì)捕食者造成慢性健康影響。但納米塑料的體積比微塑料小得多，其生物效應(yīng)和納米物理性質(zhì)尚不清楚。從自然界收集的納米塑料的形態(tài)和物理性能也難以測(cè)量和分析。

本研究提出了一種新的氣泡積累方法，該方法可以捕獲在水基溶劑中稀釋的單個(gè)納米顆粒，并評(píng)估每個(gè)獨(dú)立納米顆粒的形狀和局部紅外光譜。研究人員已經(jīng)用納秒激光燒蝕產(chǎn)生的確定尺寸的納米顆粒演示了這個(gè)系統(tǒng)。隨著微泡的濃縮過(guò)程，已經(jīng)能夠通過(guò)AFM-IR分析單個(gè)納米顆粒的材料特性。

納米粒子的原子力顯微鏡圖像和納米紅外光譜圖。

納米紅外光譜分析結(jié)果表明，隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行，納米顆粒的粒徑逐漸減小。這種納米粒子濃度和分析的系統(tǒng)方法特別有助于生物適應(yīng)性研究，因?yàn)榧{米粒子物理性質(zhì)的鑒定可以更好地理解環(huán)境/生物效應(yīng)和關(guān)系以及納米粒子聚集機(jī)制和粒子之間的原子相互作用。

微塑料的“指紋”識(shí)別

微塑料在環(huán)境中會(huì)經(jīng)歷復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，例如氧化反應(yīng)。這些變化不僅影響微塑料的物理性質(zhì)，還可能改變其毒性。納米紅外光譜能夠通過(guò)檢測(cè)微塑料表面的化學(xué)官能團(tuán)（如羰基、羥基等）的變化，為微塑料的“指紋”識(shí)別提供了可能。例如，在上述研究中，AFM-IR檢測(cè)到了納米顆粒表面因氧化而產(chǎn)生的羰基（1735 cm?1）和羥基（3400 cm?1）等特征吸收峰，這些特征峰為微塑料的來(lái)源和老化程度提供了重要線索。

從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際應(yīng)用

AFM-IR技術(shù)在微塑料檢測(cè)中的應(yīng)用不限于實(shí)驗(yàn)室研究。其高靈敏度和高分辨率的特點(diǎn)使其有望成為環(huán)境監(jiān)測(cè)中的重要工具。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化檢測(cè)方法和提高檢測(cè)效率，AFM-IR有望在實(shí)際水體樣本中快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)微塑料的存在，為環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

納米紅外光譜儀（AFM-IR）的出現(xiàn)為微塑料的研究和檢測(cè)帶來(lái)了新的機(jī)遇。它不僅能夠揭示微塑料的化學(xué)本質(zhì)，還能幫助我們更好地理解微塑料在環(huán)境中的行為和影響。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，AFM-IR有望在未來(lái)成為微塑料污染治理的重要手段，為保護(hù)地球環(huán)境貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1] Kanehara I, Nagasaka T, Seki H, et al. Local infrared spectral measurement system for the inspection of independent nano-plastic particles in water-based solutions[J]. Environmental Science: Nano, 2025, 12(2): 1107-1115.

產(chǎn)品推薦

?  Anasys nanoIR3 納米紅外光譜成像系統(tǒng)

產(chǎn)品特點(diǎn)

·全面的納米級(jí)表征，具有點(diǎn)波譜（POINTspectra）功能，單激光源可同時(shí)提供點(diǎn)波譜和化學(xué)成像，加快數(shù)據(jù)獲取，提升研究的成本效益；

·Bruker的共振增強(qiáng) AFM-IR 模式，可提供高性能、高質(zhì)量的多樣化光譜，幫助識(shí)別納米級(jí)材料，深入了解材料的變化和成分；

·Tapping AFM-IR 化學(xué)成像，Tapping AFM-IR 成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的化學(xué)成像，同時(shí)提供優(yōu)質(zhì)紅外光譜。

?  Dimension IconIR高性能納米尺度紅外光譜成像系統(tǒng)。

產(chǎn)品特點(diǎn)

·與FTIR高度一致的高性能納米紅外光譜，優(yōu)于10nm化學(xué)成像分辨率和單分子層靈敏度；

·化學(xué)成像可與PeakForce Tapping®納米機(jī)械和納米電學(xué)關(guān)聯(lián)；

·高性能AFM成像和極大的樣品靈活性，可容納大尺寸樣品；

·廣泛適用的應(yīng)用組件和AFM功能模塊。