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

Bruker的共振增強 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）與紅外光譜技術相結合的檢測手段。它通過將紅外激光照射到樣品表面，利用AFM探針檢測樣品因吸收紅外光而產(chǎn)生的熱膨脹信號，從而實現(xiàn)對納米尺度物質的化學成分和結構的分析。這種技術不僅具有高的空間分辨率（可達10納米），還能提供豐富的化學信息，是研究微塑料的理想工具。

布魯克 Anasys nanoIR3 納米紅外光譜

微塑料檢測的新突破

近期，一項發(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)在微塑料檢測中的強大潛力。

漂浮在海洋中的微塑料被誤認為是浮游植物或海藻，并可能通過食物鏈進行積累對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，其生物效應和納米物理性質尚不清楚。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納米顆粒，并評估每個獨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系統(tǒng)。隨著微泡的濃縮過程，已經(jīng)能夠通過AFM-IR分析單個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果表明，隨著氧化反應的進行，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性研究，因為納米粒子物理性質的鑒定可以更好地理解環(huán)境/生物效應和關系以及納米粒子聚集機制和粒子之間的原子相互作用。

微塑料的“指紋”識別

微塑料在環(huán)境中會經(jīng)歷復雜的物理和化學變化，例如氧化反應。這些變化不僅影響微塑料的物理性質，還可能改變其毒性。納米紅外光譜能夠通過檢測微塑料表面的化學官能團（如羰基、羥基等）的變化，為微塑料的“指紋”識別提供了可能。例如，在上述研究中，AFM-IR檢測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源和老化程度提供了重要線索。

從實驗室到實際應用

AFM-IR技術在微塑料檢測中的應用不限于實驗室研究。其高靈敏度和高分辨率的特點使其有望成為環(huán)境監(jiān)測中的重要工具。通過進一步優(yōu)化檢測方法和提高檢測效率，AFM-IR有望在實際水體樣本中快速、準確地檢測微塑料的存在，為環(huán)境治理提供科學依據(jù)。

結語

納米紅外光譜儀（AFM-IR）的出現(xiàn)為微塑料的研究和檢測帶來了新的機遇。它不僅能夠揭示微塑料的化學本質，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。隨著技術的不斷進步，AFM-IR有望在未來成為微塑料污染治理的重要手段，為保護地球環(huán)境貢獻力量。

參考文獻

[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

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

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

·Tapping AFM-IR 化學成像，Tapping AFM-IR 成像技術可以實現(xiàn)高空間分辨率的化學成像，同時提供優(yōu)質紅外光譜。

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

產(chǎn)品特點

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

·化學成像可與PeakForce Tapping®納米機械和納米電學關聯(lián)；

·高性能AFM成像和極大的樣品靈活性，可容納大尺寸樣品；

·廣泛適用的應用組件和AFM功能模塊。