Method Article

使用硅纳米膜分析管道对饮用水中的塑料微粒进行多峰分析

DOI:

10.3791/68200

⸱

June 13th, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1SiMPore Inc., 2Department of Biomedical Engineering, University of Rochester, 3URnano, University of Rochester

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

在这里，我们提出了一种方案，展示了一种光学透明和平坦的基材，用于简化饮用水中污染颗粒的捕获和分析。本文介绍的是硅纳米膜分析管道 （SNAP）：一种用于捕获、定量和鉴定液体介质中颗粒的灵活管道。

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

微塑料污染对人类食物和水源的生物影响在很大程度上是未知的，饮用水源也不能免于这种微塑料污染。在这里，我们展示了一种用于捕获、量化和识别饮用水中塑料微粒的简化方法。我们提出了一种称为硅纳米膜分析管道 （SNAP） 的分析工作流程，它利用新型氮化硅纳米膜实现重要的“浓度因子”，将悬浮颗粒整合到一个平面化的观察区域中，以便在同一衬底上进行个性化、可量化和多模式颗粒分析。SNAP 的主要优势在于它使用了安装在传统尺寸滤盘中的超薄氮化硅膜，能够在非聚合物背景上直接捕获和分析聚合物 MP。来自纽约州罗切斯特地区的饮用水样品是从住宅水龙头源收集的，并使用 SNAP 进行分析。通过光学和扫描电子显微镜 （SEM） 、拉曼光谱和能量色散 X 射线光谱 （EDX） 对每个样品中的颗粒进行表征，并按与总捕获颗粒成比例的各种鉴定成分进行定量。

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

微塑料被定义为尺寸小于 5 毫米、尺寸为 1,2 的合成聚合物。微塑料 （MP） 污染是一个日益严重的人类健康、环境和生态问题。在所有类型的水源中都发现了 MP 污染;淡水、海洋，甚至饮用水源3.MPs 是由初级塑料来源4 以及合成纺织品 5,6,7 的分解产生的。MP 无处不在，存在于人体组织中，例如人类胎盘、粪便和血液 8,9,10。人们对 MP 研究的兴趣日益浓厚，2023 年和 2024 年分别有 4,100 多篇和 4,600 多篇出版物证明了这一点（PubMed 数据;关键词“微塑料”），以及公众对人类接触 MP 的日益关注。为了应对公众日益增长的担忧，加利福尼亚州11 和几个欧盟国家等几个政府监管机构12已经（或将要）实施关于饮用水中 MP 含量的规定。考虑到上述所有因素，美国环境保护署最近宣布 MP 为新的受关注污染物。然而，由于缺乏可靠和可重复的 MP 检测方法，人类风险评估受到严重阻碍。

MPs 的表征依赖于分析方法，例如光学和电子显微镜13，以及光谱和光谱技术 1,14,15 来分别了解 MPs7 的视觉特性及其组成。含有 MP 的样品应包括多种分析以表征、识别和量化 MP，并且至少需要光谱学/光谱法（即拉曼光谱、红外光谱或热解气相色谱-质谱法等），根据一些期刊对环境样品中塑料测量的最低要求，例如总体环境科学16.拉曼光谱比红外 （IR） 光谱更通用，尤其是在生物样品中的材料鉴定方面。拉曼光谱是一种光散射技术，使其能够比红外线更容易分析较小的颗粒，红外线是一种光吸收技术，需要更大的颗粒，并且对样品放置有更多限制17。以前已经提出，由硅或氧化硅组成的拉曼光谱基底可以产生可靠的结果，背景噪声最小18。

某些分析技术的基底通常与一种分析类型兼容（即红外光谱所需的镀金基底）通常与透射和/或反射光显微镜不兼容。随后，重复子采样在研究人员中很受欢迎，以产生适合每次单独分析的样本，但子采样非常耗时，并且可能会排除低丰度颗粒 1,2,6。通常，需要手动将颗粒从一种基质转移到另一种基质，以便通过不同的分析模式分析相同的颗粒以进行表征和鉴定，但这些缓慢的手动转移增加了偏倚、污染和损失的可能性，并将 MP 的分析限制在可以手动作的最大尺寸颗粒上 13.这些次优的工作流程带来了许多挑战和可靠性问题，导致文献中报道的 MP 定量存在显著差异 3,7。

在这里，我们提出了一种称为硅纳米膜分析管道 （SNAP） 的分析工作流程，用于捕获、表征、识别和定量 MP，并通过分析来自纽约州罗切斯特地区的饮用水样品来证明 SNAP 的实用性。SNAP 由常规尺寸的 25 mm 直径滤盘实现，滤盘带有集成的硅纳米膜（膜特性见补充表 S1），为使用多种技术浓缩和分析饮用水中的 MP 提供了均匀的基质15,19。在将 MP 依次浓缩和捕获到截留尺寸减小的纳米膜上（20 μm 微孔氮化硅 （MPSN） 具有圆柱形孔，8.0 μm 微缝氮化硅 （MSSN）具有矩形棱柱孔）后，SNAP 有助于三个连续的分析步骤：1） 样品染色、光学显微镜和 MP 定量，2） 通过拉曼光谱进行颗粒鉴定，然后 3） 通过扫描电子显微镜 （SEM） 进行颗粒表征， 能够对捕获到一个纳米膜基材上的相同颗粒进行多次分析。

我们通过使用未涂层的硅纳米膜 （SiN） 滤盘和镀金硅纳米膜 （Au-SiN） 滤盘来演示多个 SNAP 管道：管道 A） 对 SiN 执行 SNAP 并通过多种分析技术依次表征相同的 MP;管道 B） 用拉曼光谱对 Au-SiN 进行 SNAP;和管道 C） 使用配备能量色散 X 射线光谱 （EDX） 的 SEM 在 Au-SiN 上进行 SNAP（图 1）。因此，SNAP 变体是灵活、简化的分析工作流程，可用于多种样品类型和分析技术。与以前发表的依赖于聚合物膜的方法不同 11，SNAP 的优势在于它使用硅纳米膜，其中合成聚合物 MP 被捕获到非聚合物硅基膜上，从而能够在非聚合物背景上对 MP 进行成分鉴定。此外，硅纳米膜提供均匀的焦平面，这与聚合物膜不同，聚合物膜容易起皱，从而支持多种自动化显微镜和光谱技术。

我们之前通过分析建模、模型颗粒挑战、饮用水和空气样品 19,20 以及使用模型颗粒与四种广泛使用的膜15 比较它们的过滤和光学显微镜特性，表征了硅纳米膜在 MP 分析中的使用。在该协议中，我们启发式地展示了 SNAP 在分析四个饮用水样品中 MP 的效用。样本是从纽约州大罗切斯特地区的四个不同水源收集的。本研究中包含的每个样本都来自不同的地表水源，例如安大略湖、铁杉湖、铁杉湖和安大略湖的混合物以及卡南代瓜湖（图 2）。从这些饮用水源中捕获的颗粒包括聚苯乙烯 （PS） 和聚乙烯 （PE） 等广泛使用的塑料、铁、二氧化硅等重金属和非合成颗粒。

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. 质量控制程序和 Ultrapure 溶液制备

  1. 层流罩和手套清洁
    1. Don PPE（个人防护设备）：100% 棉实验服和丁腈手套。
      注意：PPE 在整个方案中是连续的。
    2. 用 99% 异丙醇 （IPA） 喷涂丁腈手套。揉搓双手，然后用 ~18 MΩ、0.22 μm 过滤水冲洗。执行此作 3 次以从手套上去除脱模剂。
    3. 将天然纤维精致任务湿巾折叠成四分之一，然后喷洒 70% IPA。从后到前长笔触擦拭头罩表面，每两次将精致的任务湿巾重新折叠到未使用的表面。继续清洁引擎盖，直到所有表面都清洁干净，弄脏后用新的抹布更换。
    4. 揭开硅胶滚轮垫，在引擎盖表面滚动以拾取任何残留的颗粒。要清洁硅胶滚轮，请喷洒 99% IPA，用戴手套的手擦洗，然后用 18 MΩ、0.22 μm 过滤水冲洗。重复 3 次，然后在通风橱中风干。
    5. 按照步骤 1.1.2 重新冲洗手套。
  2. 超纯水和 IPA 生成。
    1. 将 1 L 烧杯装满 18 MΩ 水，然后将其放入罩中。
    2. 通过注射器和连接的过滤器过滤至少 200 mL 的 18 MΩ 水，灌注 60 mL 注射器和连接的 0.22 μm 截止注射器过滤器。
      注意：注射泵可以节省时间，但不是执行所述方案的必要条件。
    3. 用 18 MΩ、0.22 μm 过滤水冲洗玻璃螺旋盖容器 3 次。填充 0.22 μm 注射器过滤的 18 MΩ 过滤水。
    4. 用所需 % 浓度的 IPA 重复步骤 1.2.1-1.2.3，而不是 18 MΩ、0.22 μm 过滤水，以生成超纯 IPA。

2. 通过过滤从液体样品中捕获颗粒

注：以下方案可用于水以外的液体样品。经过验证的样本采集方法应由研究者根据其研究和样本的需要自行决定。

  1. 唐个人防护装备。
    注意： 确保按照步骤 1.1.2-1.1.5 清洁手套和头罩表面。
  2. 用 99% 超纯 IPA 喷涂硅胶垫圈，用戴手套的手指擦洗，然后用超纯水冲洗。对每个垫圈重复此作 3 次。
    注意： 过滤中使用的垫片数量等于要使用的过滤盘数量加 1。请参阅 图 1B 以获取可视化装配图。
  3. 使用步骤 1.1.2 中灌注的注射器，将 30 mL 超纯水和 30 mL 空气注入注射器中，用超纯水冲洗 60 mL 注射器的内部。拧上针式过滤器，然后剧烈摇晃并分配。重复此作 3 次。
    注意：根据样品的体积，可以根据需要使用任何尺寸的注射器。
  4. 如图 1B 中的视觉组装图所示组装过滤装置。
    注意： 在组装和拆卸过程中，使用干净的镊子处理过滤盘和垫圈。
    1. 对于顺序过滤，请确保圆盘和支撑筛板之间有垫圈，每个圆盘之间有垫圈，圆盘和过滤漏斗之间有垫圈。
    2. 确保磁盘的顺序是，最大的截止过滤器位于堆栈顶部，最小的截止过滤器位于底部。
  5. 打开设备的真空，使过滤盘堆栈有负流。
  6. 测量背景污染
    注：以下过程可以评估注射器清洁和 Ultrapure 介质的生成，并确定系统组件产生的背景颗粒。
    1. 使用冲洗过的注射器，将 50 mL 超纯水缓慢分配到顶部圆盘中心的纳米膜上，以确保所有分配的液体都被过滤。
      注：如果过滤较大体积的样品（即 >50 mL），建议使用玻璃过滤漏斗。按照步骤 2.3 清洁玻璃过滤漏斗。额外的实验室器皿可能会带来额外的颗粒污染风险。严格执行清洁程序，并在使用目标样品之前始终通过空白过滤确认清洁度。
    2. 让超纯水过滤。过滤后，请再保持真空状态一分钟。样品完全干燥后，关闭真空吸尘器。
    3. 使用干净的镊子小心地从垫圈上取下过滤盘，并将过滤盘放入适当的干净且贴有标签的容器中进行储存，例如玻璃培养皿或深色盒子。
    4. 在显微镜下对滤盘进行成像，以进行光学分析、颗粒计数等。
  7. 对于液体样品，请按照步骤 2.2 中清洁额外的垫圈。为每个独特的液体培养基样品获取一个新注射器，然后重复步骤 2.3。
  8. 吸取所需量的样品，并将样品缓慢分配到顶部圆盘中心的纳米膜上。
  9. 样品过滤完成后，用 1 mL 超纯水进行 3 次冲洗，以确保样品中的所有颗粒都已从所有表面充分冲洗到过滤盘中心的膜上。
  10. 将真空再打开一分钟，以完全干燥 3 次冲洗的样品，然后关闭真空。
    1. 重复步骤 2.7-2.10。对于要对目标样品执行的每个重复。

3. 荧光染料的制备和染色

注：使用尼罗红和/或台盼蓝进行荧光染色可能会干扰感兴趣的拉曼光谱激光器。

  1. 尼罗红 （NR） 染色
    1. 唐个人防护装备。
    2. 按照步骤 1.1.2-1.1.5 清洁手套和头罩。
    3. 按照步骤 2.7-2.10 中的说明完成样品过滤。
    4. 用超纯水冲洗两个玻璃螺旋盖容器 3 次。
    5. 在干净的玻璃容器中制备 0.1 mg/mL NR 的 99% IPA 超纯溶液。
    6. 轻轻倒置 10 倍以混合。
    7. 用 0.22 μm 针式过滤器将 NR 溶液过滤到第二个玻璃螺帽容器中。
      注：用于预过滤 NR 的滤波器的截止值应小于用于过滤样品的滤波器。
    8. 将要染色的滤盘放在真空收集瓶的支撑筛板上。
    9. 将 20 μL 的 0.1 mg/mL NR 溶液移液到滤盘中心的纳米膜上。
      注意：染色剂应完全覆盖纳米膜的多孔表面。如果 20 μL 不够，则添加额外的染色剂，直到纳米膜的所有多孔区域都被染色剂适当覆盖。
    10. 孵育染色剂 5 分钟。
    11. 孵育完成后，对染色剂进行真空过滤。
    12. 用 1 mL 超纯 99% IPA 冲洗 3 次，以去除任何多余的 NR 染色剂。
      注：如果要进行复染，请在此步骤后继续进行下面的台盼蓝染色部分。
    13. 让过滤盘放在支撑筛板上，同时开启真空 2 分钟，以过滤和干燥任何残留液体。如果 2 分钟后仍未干燥，请使用干净的玻璃培养皿将滤盘转移到 70 °C 的烤箱中 2-5 分钟。
    14. 干燥后，按照步骤 2.6.4 中的说明进行荧光显微镜检查，然后继续第 4 节。
  2. 台盼蓝 （TB） 染色
    1. 唐个人防护装备。
    2. 按照步骤 1.1.2-1.1.5 中的说明清洁手套和头罩。
    3. 完成步骤 2.7-2.10 中的样品过滤或从步骤 3.2.4 开始。
    4. 用超纯水冲洗两个玻璃螺旋盖容器 3 次。
    5. 在一个容器中制备 0.4% TB 染色剂。
      注：用于预过滤 TB 的滤光片的截止值应小于用于过滤样品的滤光片。
    6. 轻轻倒置 10 倍以混合。
    7. 用 0.22 μm 注射器过滤器将 TB 染色溶液过滤到第二个玻璃螺帽容器中。
      注：用于预过滤 TB 的滤光片的截止值应小于用于过滤样品的滤光片。
    8. 将要染色的滤盘放在真空收集瓶的支撑筛板上。
    9. 将 20 μL 的 0.4% TB 染色剂移液到滤盘中心的纳米膜上。
      注意：染色剂应完全覆盖纳米膜的多孔表面。如果 20 μL 不够，则逐滴添加额外的染色剂，直到纳米膜的所有多孔区域都被染色剂适当覆盖。
    10. 孵育染色剂 5 分钟。
    11. 孵育 5 分钟后真空过滤污渍。
    12. 用 1 mL 体积的超纯水冲洗 3 次。
    13. 让过滤盘放在支撑筛板上，同时开启真空 2 分钟，以过滤和干燥任何残留液体。如果 2 分钟后仍未干燥，请使用干净的玻璃培养皿将滤盘转移到 70 °C 的烤箱中 2-5 分钟。
    14. 干燥后，按照步骤 2.6.4 中的说明进行荧光显微镜检查，然后继续第 4 节。

4. 通过荧光显微镜进行颗粒定量

  1. 光学显微镜图像捕获
    1. 使用硅胶垫圈将滤盘固定在显微镜载玻片上，或使用专门用于显微镜载物台的滤盘的对准载玻片。将要成像的滤光片盘移动到显微镜载物台。
    2. 使用明场照明对纳米膜进行成像，使最大检测计数为检测器相机最大范围的 ~ 90%。
      注意：对于白电平为 65,535 的 16 位检测器，此 90% 值为 ~59,000。
    3. 使用荧光照明对纳米膜进行成像，使 最大像素强度 约为 探测器相机最大范围的 ~25%。
    4. 以 16 位复合 TIFF 格式存储图像。
  2. 通过荧光显微镜进行颗粒定量
    1. 使用图像分析平台，使用 Split-Channels 功能将 4.1.4 中生成的复合 TIFF 的荧光通道与明场通道分开。
    2. 使用 Threshold 函数将像素强度阈值设置为 10,000。
      注意：如果粒子上存在泛光，则阈值太低，应提高阈值。
    3. 以 PNG 格式保存单独的图像。
    4. 使用 Despeckle 函数去除图像斑点以去除杂色像素。
    5. 使用 Watershed 函数对图像进行分水岭。
      注：此功能可分离大小相似的相邻颗粒，但代价是将大的连续颗粒分解成较小的颗粒。由于小颗粒通常比存在的大颗粒多得多，这可能是一个很好的权衡，但可能会产生意想不到的效果，例如将长纤维分解成小颗粒束。在接受数据之前检查图像结果。
    6. 通过测量明场图像中孔的宽度来设置阈值荧光图像的比例。使用测得的孔宽 设置 Scale（比例 ），单位 为 pixels/μm。
      注意：对于矩形孔，最小宽度将与产品标签相匹配。对于圆形孔，直径将与指定纳米膜孔径（即截断）的产品标签相匹配。
    7. 将图像分析平台的 Count Particles 功能应用于阈值荧光图像，评估 Area、min 和 max。
    8. 处理荧光和明场图像以创建可视化荧光域的复合材料。
    9. 使用与步骤 4.2.2 中相同的值对荧光图像进行阈值处理。
    10. 使用图像分析平台合并通道。将 荧光 通道分配给 Red 通道，将 明场图像 分配给 Grays 通道。
    11. 将合成另存为 PNG 文件。

5. 拉曼光谱

  1. 打开拉曼仪器及其关联的计算机，让每台仪器启动。
  2. 在连接到拉曼仪器的计算机上打开软件。
  3. 初始化软件后，确保程序屏幕底部功能区上的 Current System Activity 和 Detector status 分别显示为 Ready 和 绿色。
  4. 如果屏幕底部的 Autocalibration （AC） 按钮为 红色，请运行所需的 自动校准 并等待其完成，然后再继续。
  5. 如果仅使用一个激光器和一个光栅：
    1. 单击“自动校准”屏幕上的“退出”，然后从“采集”选项卡的“仪器设置”下的相应下拉列表中选择所需的激光器和光栅。
    2. 返回屏幕底部的 红色 AC 按钮，然后单击 Current laser/Grating 并允许校准程序运行。
  6. 如果使用所有激光器和光栅，只需选择 All Lasers and Gratings（所有激光器和光栅 ）并允许系统运行。
  7. 如果使用多个激光器和/或光栅，请选择 Custom lasers/Gratings（自定义激光器/光栅 ）并选择所有所需的设置。然后，让校准运行。
  8. 在仪器转盘上选择 20 倍长工作距离 （LWD） 物镜，然后在软件中 Acquisition 选项卡的 Instrument Settings（仪器设置）下选择物镜。
  9. 如果此物镜不可用，请使用其他低放大倍率物镜（例如 5 倍或 10 倍），其工作距离应适应滤光片盘的高度。
    注意：从较低的放大倍率物镜开始，以便更轻松地在滤纸盘的纳米膜中进行初始导航。
  10. 将滤光片盘放在显微镜载物台上，使其位于光路内。
  11. 单击顶部功能区中的 Video Acquisition 以打开可视化光学元件。
  12. 利用仪器上的粗调焦轮和细调焦轮，使滤盘的纳米膜聚焦。
  13. 将毛孔与计算机屏幕上的点光标线大致成方形。
  14. 在载物台上轻轻旋转滤光片盘以实现这种方形对齐，或者使用显微镜载物台中滤光片专用的对准载玻片。
  15. 在右上角的 Acquisition 选项卡下，确保选择的 照明器模式 为 Dark field 以获得最佳效果。
  16. 要获取拼合的图像，请导航到 视频 选项卡 数据 选项卡 功能区。
  17. 导航到第一个所需的视野，然后单击视频窗口右上角的 Mosaic 按钮并添加到地图中。使用仪表纵杆导航到所需区域的对面外角，然后添加到地图中。
  18. 使用 ViewSharp 运行马赛克采集，以确保所有区域在最终图像中都正确聚焦。
    注意：低放大倍率的物镜将花费更少的图像马赛克采集时间，而更高放大倍率的物镜将花费更长的时间。
  19. 创建图像马赛克后， 右键单击 图像并点击 Send to ParticleFinder。
  20. 导航到右上方功能区中的 ParticleFinder 选项卡，与阈值设置进行交互。
  21. 要确保选择正确的粒子， 请左键单击 ParticleFinder 数据选项卡 下的 Image 以选中 Center、 Particle 和 Transparency 框。将 透明度滑块设置为 50%，并将 Center 的像素大小设置为 2px。
    注意： “中心 ”选择将在每个粒子的中心放置一个点，而 “粒子” 选择将以 50% 的透明度在每个确定为粒子的区域上放置一个叠加层。这些设置将定位每个粒子并定义每个粒子的边缘。
  22. 如果需要，在程序右侧的 ParticleFinder 选项卡下编辑粒子阈值和形态/大小选择参数，以确保正确识别所有粒子及其大小/形状参数。有关如何应用形态参数的示例，请参阅补充表 S2。
    1. 如果 自动 粒子检测还不够，请切换到 手动 并逐渐调整阈值，直到大多数正确的对象被识别为粒子。
    2. 如果检测到的颗粒的 形态 需要进一步细化， 请选中 Apply morphological filters（应用形态过滤器）旁边的框。在结果下拉菜单中选择合适的参数及其强度。
      注意：参数的选择顺序会影响输出。
  23. 如果颗粒 的大小、形状或其他形态特性 是关键因素， 请选中 Apply particles pre-filter 旁边的框，然后根据需要选择和编辑参数。
  24. 识别出粒子并且其选择的形状/边缘可接受后，在 Results （结果 ） 部分下导航粒子图像的可滚动预览列表。 通过单击关联的粒子图像选择感兴趣的粒子。
  25. 使用屏幕顶部的摄像机按钮打开实时取景。
  26. 通过单击放大倍率数字并在底部功能区应用程序的下拉菜单中选择相应的物镜，切换到 50 倍 LWD 物镜。
  27. 如有必要，使用微调旋钮将粒子重新聚焦。
  28. 使用拉曼光谱法捕获单个颗粒的图像，并将图像保存为具有适当名称的单独文件。
  29. 确保要用拉曼光谱分析的颗粒的所需区域正确定位在激光束位置下方。
  30. 选择颗粒的适当区域进行分析后，点击窗口顶部的 STOP ALL 按钮以关闭可视化光学元件。
  31. 将激光设置为 532 nm，未染色颗粒的功率为 1%，荧光染色的颗粒设置为 785 nm 或 830 nm。
  32. 将 采集时间 设置为 10 秒 ， 将累积 设置为 5。
  33. 从数据选项卡菜单中选择 Spectra 选项卡，然后按播放按钮启动实时显示 （RTD）。
    注意：利用在 RTD 期间获得的信息来优化设置。
  34. 对设置和结果感到满意后，点击 STOP ALL 停止 RTD。
  35. 现在，可以通过按下 RTD 按钮旁边的圆形 Spectrum Aquisition 按钮来收集最终采集。
  36. 将收集的光谱保存为具有适当名称的单独文件。
  37. 重复步骤 5.28-5.36。对于每个感兴趣的粒子。
  38. 样品完成后，取下滤光片盘，在示波器上和软件中手动将物镜放回 20X LWD。
  39. 对新样品重复步骤 5.10-5.37。

6. 光谱识别

  1. 如果购买或自建的拉曼光谱数据库不可用，请导航到开源光谱库，网址为：https://www.openanalysis.org/openspecy/
    注：OpenSpecy 是一个开源拉曼和红外光谱数据库，包括来自三个不同库的 636 张光谱，每库 276 种聚合物和材料，适用于识别环境 MP 和纤维21。预处理和后处理的光谱数据同样适用于此资源。
  2. 将拉曼光谱保存为单独的 .csv 文件。
    1. 将 A 列 标记为 波数 ，后跟光谱的波数， B 列 应标记为 强度 ，后跟每个波数的峰强度值。
  3. 通过将 .csv 文件拖放到左上角的 Browse （浏览） 栏来打开光谱。
  4. 打开 Preprocessing and Identification （预处理和识别）。
  5. 在 Preprocessing （预处理） 下，启用 Threshold Signal Noise（阈值信号噪声）、Min-Max Normalize（最小-最大归一化）、Smoothing/Derivative（平滑/导数）、Conform Wavenumbers （匹配波数） 和 Baseline Correction（基线校正）。
    注：其中的具体设置可以根据所分析光谱的个体特性进行调整。
  6. 在 识别下，选择 拉曼 作为光谱类型，选择 导数作为 库变换。
    注意：该库也可用于 IR 光谱。分析窗口将显示白色光谱（上传的用于分析的光谱）和红色光谱（可疑的识别匹配项）。
  7. 对于任何未返回匹配 r > 0.70 或合理的峰形相关性的谱图，请利用前 5 个建议结果作为开始研究首选潜在匹配的地方。
  8. 在确认所选参比光谱中相应峰的 ±10 波数范围内，请确保测得的峰值在所选参考光谱中相应峰的 10 个波数范围内。
  9. 记录光谱相关性、它们的相关性值以及可疑匹配项源自的数据库。
  10. 根据个人需求下载文件。

7. 扫描电子显微镜

注意：如果在 SEM 分析之前没有对滤盘进行金属涂层，请跳至第 7.2 节。

  1. SEM 样品的金属涂层
    1. 使用碳带将滤盘安装在钢制 SEM 存根上。
    2. 插入溅射器中，将腔室向下抽至 50 mTorr。
    3. 打开溅射 Ar （Argon） 隔离阀。
    4. 通过针阀将 Ar 引入腔室至 300 mTorr 压力，然后抽空腔室至 50 mTorr，从而吹扫系统。重复 3 次。
    5. 通过针阀将最终压力调节至 100 mTorr。
    6. 使用 Au 靶材，通过溅射将 Au 沉积在滤光片上。
      注意：也可以使用其他目标源（例如 Pt、Ir、Si 等）代替 Au;20 mA 电流在 100 mTorr 时产生 0.1 埃/秒的沉积。
    7. 对系统进行通风并卸下过滤盘。保持过滤盘粘附在不锈钢短管上。
  2. SEM 图像捕获
    1. 用固定螺钉将短头固定到多级 Zeiss Auriga 支架上。
    2. 打开 SEM 和运行它的计算机，并允许每个计算机启动。
    3. 打开附加到 SEM 的软件。
    4. 验证系统是否处于真空状态 （5e-6 Torr）。
    5. 按下负载锁室主体上的 Vent 对负载锁进行通风，然后打开负载锁。
    6. 将多级支架安装到涂有特氟龙的插入夹具上，并使用附带的螺丝板固定传输臂。
    7. 关闭负载锁，然后按负载锁室主体上的 Store 对负载锁进行抽真空。
      注意： 当 Store 按钮上的绿灯停止闪烁时，即发生完成。
    8. 打开转移门，将多载物台支架装载到主观察室的载物台上。
    9. 按负载锁主体上的 Transfer 。门会掉落并露出内室。
    10. 插入负载锁定臂（拧入多级支架）并将多级支架固定到载物台上。
    11. 拧下 loadlock 传输臂并完全缩回臂，使其位于 loadlock 中。
    12. 按 Transfer 关闭 Transfer 门。
    13. 按软件右下角的 EHT 打开隔离阀。
    14. 在软件的数据区中，将工作距离调整为 5 mm，将加速电压调整为 20 kV。
    15. 使用 XY 和 Z纵杆定位过滤盘膜。
    16. 使用 Z纵杆升高舞台，直到图像清晰对焦。
    17. 通过调整中央控制台上的 XY 柱头旋钮和聚焦轮来校正散光。
    18. 通过调整中央控制台上的放大轮，以所需的放大倍率对粒子进行成像，以 8 位或 16 位 tiff 格式捕获 2,048 x 1,536 分辨率的图像。
  3. EDX 颗粒分析
    1. 关闭 SEM 计算机桌面上的 ChamberScope CCD。
      注意：如果此步骤未完成，EDX 检测器将被信号淹没，并且不会记录任何数据。
    2. 通过在 EDX 计算机上打开 APEX EDX 软件，通过打开右上角菜单中的检测器电源来冷却 EDX 检测器。
    3. 单击 Capture Image（捕获图像），捕获可用于映射的低分辨率 SEM 图像。
    4. 打开软件屏幕顶部的 Mapping Tab 菜单。
    5. 在 “设置”下，调整 分辨率 （256 x 256） 和 像素停留时间 （0.16 μs） 以及 帧编号 （32-64），以提供应为 ~5 分钟的估计捕获时间。
    6. 单击菜单左上角的 Create Map 。
    7. 选择 Confirm Element Preview（确认元素预览 ）以手动调整元素搜索，或依赖软件中的 Auto Identified 峰。
    8. 完成后，使用测绘软件右上方的 AutoReport 功能生成报告。

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

工艺空白和背景污染
可接受的空白结果是指不包含颗粒或颗粒太少，以至于背景（即过程）污染（如果有）不太可能混淆或破坏实验结果的结果。次优空白结果是包含许多颗粒的结果，目标颗粒很难与背景污染区分开来。

可接受的工艺污染水平应尽可能为零或接近零，但如果无法达到零，则观察到的背景颗粒数量的一致性是关键。运行多个空白样品以确定结果的一致性。严格遵守质量控制方案（参见第 1 节）、减少污染以及加工过程中的适当环境条件对于保持低背景污染水平至关重要。背景污染结果和可接受性也可能在很大程度上取决于所用纳米膜的临界值以及实验室条件的整体清洁度。考虑到，在分析具有较低截留膜的较小颗粒（例如，< 8 μm）时，目标颗粒和类似大小的背景污染物的相对丰度都将呈指数级增加，因此需要更严格的质量控制22。虽然任何程度的污染都是不可接受的，但只要严格控制条件并达到高度一致性，仍然可以对环境微塑料进行良好的分析或进行感兴趣的分析。

样品过滤
需要理想的样品过滤来生成忠实的多模态分析，如图 3 中的示例数据级联所示。这种样品过滤将导致颗粒在纳米膜表面均匀分布（例如，覆盖大约三分之一的膜表面积）。分散不良的颗粒，例如颗粒聚集（大块重叠颗粒）的情况，会混淆手动和自动颗粒计数方法，因为重叠颗粒不容易可靠地区分。此类数据通常被排除在分析之外，这可能会导致有价值的感兴趣信息的丢失。如图 4A、B 所示，分散良好的颗粒可确保任何光谱或定量分析都不会因不同成分的堆叠或重叠颗粒而变得复杂，这可能会返回更难准确解释、识别和量化的结果。

尼罗红和台盼蓝染色
最佳荧光颗粒染色实例的代表性图像如图 3B 所示，位于 20 μm 截止 SiN 滤光片盘上。从纳米膜表面冲洗 NR 或 TB 染色剂不足可能会产生假阳性结果。由于冲洗不充分而由滞留在膜表面的染色剂组成的残留颗粒可能会被错误地解释为染色颗粒。冲洗不足的一个迹象是，如果过滤样品中没有颗粒或可检测残留膜/残留物的纳米膜区域在观察过程中发出荧光，如图 5A 所示。成像后，只要滤盘保持在清洁条件下，就可以通过将单个纳米膜滤盘放回真空过滤装置（减去垫圈）上，打开真空，然后将另一体积的超纯 99% IPA（用于 NR）或超纯水（用于 TB）过滤到滤盘的纳米膜上进行重新冲洗。记录使用的其他漂洗介质的总体积。为获得最佳结果，请在进行重新冲洗之前拍摄整个纳米膜表面的显微镜图像，以考虑重新冲洗步骤可能引起的任何污染。

拉曼光谱
对非涂层 SiN 进行的拉曼光谱可能会产生一个突出的峰，具体取决于激光波长，并且该峰可能会掩盖大约 520 cm-1 波数区域内的低丰度信号23。如果感兴趣的拉曼光谱与硅或氮化硅背景峰充分分离，则使用未镀膜的 SiN 滤光片片应能产生足够的拉曼光谱结果。在本报告中，管道 B 和 C 都使用了 Au-SiN 滤光片。Au-SiN 的金涂层掩盖了固有的 Si 峰，从而可以在 520 cm-1 波数附近或处更可靠地收集低丰度光谱。此外，如果没有拉曼光谱，Au-SiN 可以与红外光谱一起使用。始终从仪器上的最低功率设置（即激光强度）开始，然后逐渐增加，因为一些感兴趣的颗粒可能很脆弱，例如氧化颗粒，并且可能会被激光损坏或破坏。

使用拉曼光谱分析选定的颗粒时，确定返回光谱的可靠性至关重要。一些颗粒可能会发出自发荧光，这种荧光会在光谱测量中增加噪声，这可能会掩盖颗粒信号解释或使其复杂化。这种噪声将采用高强度波段的形式，该波段跨越广泛的波数范围，从而混淆了基础数据。 图 3C 和 图 4C、D 所示的正确光谱，即使在基线校正之前，在较短的波数跨度上也将具有明确定义的峰。如果没有出现比周围任何信号至少大三倍的峰，则收集的光谱很可能是背景噪声，或者需要不同的仪器设置来分析相关颗粒。确保为每个样品选择正确的激光波长。较低波长的激光器（例如 532 nm 激光器）无法充分处理荧光产生的信号。更高波长的激光器（例如 782 nm 或 830 nm 激光器）可以充分忽略足够的荧光以返回光谱。根据样品的类型，不同的激光器适用于不同的颗粒类型，如果可能，在单个滤光片盘上收集数据时可以互换。

为了确定颗粒的组成，将它们收集的光谱与参考光谱数据库中的光谱进行比较。对给定粒子光谱的可靠识别将产生大于 70% 的皮尔逊系数 （r） （r > 0.70）。次优拉曼数据如图 5B 所示，其中 < 0.70。MP 鉴定结果有助于确定 MP 污染的潜在来源。为了显示颗粒识别结果，可以显示分析颗粒的图像和光谱，如图 3C 和 图 4C 所示。

扫描电子显微镜
SiN 和 Au-SiN 滤盘在通过过滤捕获颗粒后立即与 SEM 兼容。如果在 SEM 之前和颗粒捕获后没有用 Au 或 Pt 涂层 SiN 滤光片，则某些颗粒可能更容易被 SEM 的电离束“带电”，这可能会导致颗粒发光或在图像中显得非常亮。由于对比度差，这种亮度/发光可能会导致可视化问题，例如掩盖粒子的形态。为了缓解这种情况，在 SEM 之前进行光学/荧光显微镜和拉曼光谱分析，以标记任何难以分析或感兴趣的小颗粒以供以后的 SEM/EDX 分析，然后按照协议第 7 节中的概述用 Au 或 Pt 涂覆纳米膜，并执行 SEM/EDX。

在颗粒捕获后和 SEM 分析之前用 Au 或 Pt 涂覆 SiN 或 Au-SiN 有助于防止成像过程中的这种充电效应，因为颗粒现在在处置的金属层下不再容易受到电离。这种涂层提高了对比度和分辨率，因此可以更深入地了解给定颗粒的形态，如图 3D （纤维与碎片）或表面形态（如氧化颗粒上的凹坑和裂缝）所示。SEM 分析之前的金属涂层颗粒将永久阻止它们通过光谱或荧光成像进行进一步分析，因此仍然只能进行 SEM/EDX 分析。因此，如果需要，涂布颗粒并执行 SEM/EDX 应该是任何过程的最后一步。

EDX 测量可以在金属涂层之前和之后对捕获的颗粒进行。EDX 可以揭示给定颗粒或区域的特定元素组成，这与任何小于拉曼分析检测尺寸限的颗粒或难以用某些拉曼激光波长分析的元素组成（如金属、合金、水饱和颗粒和暴露于可用拉曼激光束时发出强烈荧光的颗粒）完美搭配。在这项研究中，颗粒涂有一层 6 nm 厚的 Au。SEM 成像在 200 倍至 3,000 倍放大倍率之间完成，光束功率为 20 kV，焦距为 5 毫米。所选颗粒的相应 SEM 图像如图 3D 所示。

代表性的 EDX 结果如图 3F 所示。检测到的重量百分比小于 1% 的元素可被视为痕量或不可靠，具体取决于仪器的灵敏度;因此，我们将阈值设置为 1%。如果选定的用于 EDX 分析的颗粒被涂覆，则元素数据报告中将出现可检测量的涂层。如果使用未镀膜的 SiN 滤光片，将观察到 Si 和 N 信号，如图 3F 所示。不幸的是，大多数合成聚合物颗粒还含有元素 C、H 和 O，因为来自生物来源的大多数非合成颗粒也由相同的元素组成，但非合成颗粒也可能包括 S 等元素，就像蛋白质一样。这种成分的相似性就是为什么使用尼罗红和台盼蓝的复染方法可用于区分合成颗粒和非合成颗粒的原因，但并不是一个详尽的鉴定工具，因为尼罗红在某些情况下也能够对非合成颗粒进行染色。如上所述的其他分析参数应与任何染色程序结合使用以确认结果。此外，EDX 可以成为一种有用的工具，用于识别超出拉曼光谱检测尺寸限值的颗粒（即尺寸为 1 μm <纳米塑料）。

figure-results-1
图 1：SNAP 管道。 （A） SNAP 管道示意图，通过一系列不同的分析技术表征同一纳米膜上的相同颗粒。 管道 A） 演示 1） 通过真空过滤从饮用水样品中捕获的目标颗粒是 2） 分别用尼罗红和台盼蓝染色以区分合成和非合成聚合物颗粒，然后 3） 通过拉曼光谱进行颗粒鉴定，以及 4） SEM/EDX 以表征颗粒形态和元素鉴定。 管道 B） 演示 1） 将颗粒捕获到 Au-SiN 上，然后进行 2） 拉曼光谱分析。 管道 C） 演示 1） 将颗粒捕获到 Au-SiN 上，然后进行 SEM/EDX。（B） 真空装置中过滤装置中的过滤盘和硅胶垫圈的示意图，描绘了通过 20 μm MPSN，然后是 8.0 μm MSSN 纳米膜的顺序过滤，由硅胶垫圈隔开。缩写： SNAP = 硅纳米膜分析管道;SEM = 扫描电子显微镜;EDX = 能量色散 X 射线光谱学;MPSN = 微孔氮化硅。 请单击此处查看此图的较大版本。

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图 2：饮用水样品采集源。 门罗县水务局发布的区域地图，描绘了纽约州大罗切斯特地区四个饮用水样本的采集地点。样本来自不同的地表水源：安大略湖（蓝色）、铁杉湖（绿色）、铁杉湖和安大略湖（黄色）以及卡南代瓜湖（紫色）。 请单击此处查看此图的较大版本。

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图 3：SNAP 管道 A 对从饮用水样品中捕获的颗粒进行的分析总结。 （A） 从 20 μm 截止 SiN 上的一个代表性饮用水样品中捕获的颗粒的灰度图像。（B） 复染颗粒的假彩色叠加图像，代表尼罗红（假红色颗粒）和台盼蓝（假蓝色颗粒）。（C） 参考（红色）和收集的（白色）拉曼光谱，将尼罗红染色颗粒识别为聚乙烯，皮尔逊氏 r 值为 0.97，并分析了该颗粒的代表性图像。（D） 两种不同颗粒类型的电子显微照片，显示了纤维（上图）和碎片（下图）的颗粒形态分析，两者均采用台盼蓝染色。（E） 对依次捕获到 20 μm 和 8 μm 截留纳米膜上的 Nile Red 染色颗粒进行定量。（F） 随机选择片段的 EDX 元素分析总结和结果的分析细节以及所分析颗粒的代表性 SEM 图像。缩写： SNAP = 硅纳米膜分析管道;SEM = 扫描电子显微镜;EDX = 能量色散 X 射线光谱。 请单击此处查看此图的较大版本。

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图 4：SNAP 管道 B 对饮用水样品中捕获的颗粒进行的分析总结。 对在 20 μm MPSN 和 8.0 μm MSSN Au-SiN 过滤盘上捕获的四个家庭饮用水样品的三个随机颗粒进行拉曼光谱分析。 20 μm 和 8 μm Au-SiN 的总活性膜面积的代表性暗场图像分别显示在 A 和 B 中。在这种成像模式下，颗粒呈黄色，而背景保持较暗，便于自动颗粒计数。合成和非合成颗粒在 （C） 20 μm 和 （D） 8.0 μm Au-SiN 上的代表性拉曼光谱。（E） 20 μm 和 （F） 8.0 μm Au-SiN 的总颗粒计数按自动颗粒查找软件确定的粒径范围进行分档。缩写： SNAP = 硅纳米膜分析管道;SEM = 扫描电子显微镜;EDX = 能量色散 X 射线光谱学;MPSN = 微孔氮化硅;MSSN = 微缝氮化硅。 请单击此处查看此图的较大版本。

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图 5：次优荧光成像和拉曼光谱结果。 （A） 染色颗粒的次优荧光图像（左图），其中膜保留了尼罗红染色剂，可能是由于冲洗不足造成的。选择两个颗粒，一个台盼蓝染色纤维头和一个尼罗红染色片段（右图）进行拉曼光谱分析。（B） 皮尔逊系数 （r） 小于 70 % （r < 0.70） 的次优拉曼光谱结果。 请单击此处查看此图的较大版本。

补充表 S1：滤盘内硅纳米膜的特性。 该表描述了 SiN 滤盘内膜的特性，包括最小孔径、孔隙率百分比、带和不带 Au 涂层的膜的厚度、膜的活性面积以及在设定恒定压力下施加正压时通过膜的气体渗透率。截留值（即孔径）、孔隙率、厚度和膜面积由测量 SEM 图像上的特征确定。气体渗透数据报告为在 103.42 kPa 下施加 N 2 正压的平均值±标准差 （n = 10）。缩写： Au = 金;Six Ny = 非化学计量氮化硅。 请点击此处下载此文件。

补充表 S2：ParticleFinder 粒子计数和参数。 对每个样品进行全膜区域图像马赛克，并分析每个图像马赛克以收集总颗粒计数。该表中描述了用于确定每个样品图像的总颗粒计数的参数和顺序，以及给定粒度分数下的颗粒计数。考虑到颗粒的类型、数量和形状，以及成像过程中每个膜的特定反射率，参数因样品而异。此表中的数据如图 4 所示。 请点击此处下载此文件。

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

减少微塑料污染是一个日益受到关注的话题;缓解措施的第一步是确定污染的存在。简化的捕获和即时分析方法对于节省研究人员的时间和保留敏感的样品指标至关重要。本报告介绍了基于我们开发的 SNAP 方法变体的灵活工作流程，用于分析液体样品中的此类 MP，使用单一底物进行所有分析。样品必须经过真空过滤，以便捕获颗粒并将其分离到滤盘内的硅纳米膜上。充分减轻背景污染对于获得有意义的结果至关重要。过滤过程中，分液注射器或玻璃真空漏斗上的任何污染颗粒都可能污染样品并同时被捕获，因此认真遵循第 1 部分质量控制方案对于获得准确的结果至关重要。建议使用纯培养基对照品，以告知研究人员特定于单个过程和实验室条件的背景污染。此处描述的方案依赖于液体样品的真空过滤，以及在两个不同的截止 SiN 过滤盘上从样品中捕获和分离颗粒。对于所有管道，颗粒捕获和分离必须先于其他方法，但所有其他鉴定方法可以按照最适合研究人员的顺序进行。

本研究使用了两台荧光显微镜来证明不同仪器结果的可重复性。指导步骤特别详细介绍了奥林巴斯 BX61 用于荧光显微镜检查的使用，因为它的使用占主导地位，并且根据仪器说明作，利用明场进行灰度成像，TRITC 通道（例如~543 nm;Em.~593 nm）用于 NR 染色颗粒成像，Cy5 通道（例如 ~649 nm;Em.~667 nm） 进行 TB 染色颗粒成像（如适用）。为了显示染色结果，我们建议构建通道图像的叠加层（我们使用 FIJI/ImageJ 进行图像处理，后来称为图像分析平台），分辨率为 2,048 x 2,040 像素，深度为 16 位。整个纳米膜图像可以如图 4A、B 所示或选定的感兴趣区域显示，如图 3A、B 所示。

尼罗红通常用于合成聚合物 MP 的染色，但由于其亲脂性和疏水性，可以对生物来源的非合成聚合物进行染色，这可能会引入假阳性，从而扭曲 MP 定量结果 24,25,26。如实验方案第 3 节所述，建议使用台盼蓝复染步骤来帮助区分假阳性事件，但并非详尽的解决方案，应与其他分析指标配对以确认结果。颗粒的尼罗红荧光是拉曼光谱分析的一个问题，因为它可能会显著增加背景信号。然而，在这项研究中，我们在使用 830 nm 激光进行拉曼光谱分析之前，先用尼罗红和台盼蓝对聚合物进行复染，观察到的噪声很小，如图 3 所示。

某些波长的激光适用于拉曼光谱无法忽略染色颗粒（例如 532 nm 激光）的荧光，因此可能会给正确估计目标颗粒的组成带来很大的困难。捕获后对颗粒进行金属涂层有助于增强 SEM 成像过程中的对比度，但与任何后续的光谱或荧光分析不兼容。在实验设置之前记下所有需要的测量值，以确保正确考虑工艺流程和涂层类型。Au-SiN 滤光片盘可用于透射显微镜对工作流程不重要的所有上述分析，或者使用拉曼或红外光谱时。

此处显示的方法以及用于捕获和分离目标颗粒的纳米膜可以进行修改，以满足个体研究人员的需要。纳米膜适用于多种光谱分析，研究者可以将被过滤的介质换成另一种感兴趣的样品介质，包括但不限于消化的动物组织27、注射药物和油样品。本研究使用了两台拉曼光谱仪器，指导步骤特别详细介绍了 Horiba XploRA Plus 拉曼仪器的使用，该仪器收集和处理 了图 4 所示的所有数据。了解每台拉曼显微镜的检测尺寸极限也很重要，以确保可以使用仪器激光器的光斑尺寸对目标颗粒进行适当分析。为了用拉曼光谱显示颗粒鉴定结果，可以如图 3C 和 图 4C 所示，显示参比和样品光谱以及分析颗粒的图像。

协议第 6 节详细介绍了使用开源光谱库进行颗粒鉴定的说明。将颗粒平面捕获到均匀平坦的膜上，以及膜的规则孔阵列，可实现可预测的自动化成像。SiN 的 400 nm 或 1,000 nm 厚度及其氮化硅成分都赋予了它们出色的光学透明度，但也可能在某些光谱仪器参数中返回强烈的硅峰。在拉曼分析中使用裸露、非金属涂层的 SiN 时应小心。Si 峰可以用作校准信号，但峰的强度也可能掩盖与 Si 信号位于同一波数区域中的较低强度光谱的信号。在本研究中使用 830 nm 激光器时未观察到此类 Si 峰。

这里使用的 SiN（400 nm 或 1,000 nm 厚）和 Au-SiN（520 nm 或 1,120 nm 厚）的超薄特性赋予了它们优异的过滤、光学和光谱特性。但是，必须保护这些膜免受物理损坏，例如压差过大（即 ≥-206 kPa）、镊子或手指直接接触或垫圈放置不当。容纳膜的过滤盘可保护它们，并在正常使用下易于处理。作滤盘时，请仅触摸黑色外环，切勿触摸活性膜区域。虽然此处未进行定量报告，但将捕获的颗粒收集到少量膜表面积（20 μm 为 3 x 3 mm，8.0 μm 截止膜为 3 x 0.7 x 3 mm）可能会缩短样品总分析时间，从而减少查找和分析目标颗粒所需的时间。这个“浓度因子”值得未来探索，并可能为研究人员提供 SiN 滤盘的独特优势。与其他广泛用于 MP 表征的膜相比，其更高的表面积归一化流速15 相结合，只需要对相对较小的均匀平坦和聚焦 SiN 区域进行成像的自动颗粒成像程序可以进一步缩短总分析时间。然而，与假设的浓度因子相关的任何好处仍然需要通过比较传统和 SiN 滤盘的总处理时间（从过滤到图像分析）来实证证明。

我们启发式地证明了 SNAP 变体对当地自来水样品的效用。此处描述的方案侧重于从纽约州罗切斯特周围的饮用水源中捕获 MP。样品采集过程如下：对于每个样品采集，在采集开始之前，至少有一升水流过水龙头。将新的密封聚丙烯瓶带到流动的水龙头中，并在收集前直接打开。在开始收集之前，没有用饮用水冲洗瓶子。每个样品由两个 500 mL 的瓶子组成，一个接一个地收集。每个水样来自不同家庭的管道系统，并且管道材料在整个采样过程中并不一致。在本研究中，无法控制最近的用水量、收集时间、管道使用年限以及样本来源的房屋使用年限等变量。这不是经过验证的样本采集方案。每个研究者都应制定和验证自己的采集程序。但是，为了完整披露方法，包括上述描述。滤盘允许对同一基质进行多种分析方法的重复分析。在标准试验重复之外，不需要子采样或多个样本。无需二次采样和多个样品，提高了捕获低丰度靶标信息的可信度。除了支持多模式分析方法外，SiN 滤盘还与其他类似过滤介质相比具有明显的优势，因为每单位面积的过滤速度更快，节省时间15。

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

JR 和 JM 是 SiMPore Inc. 的创始人和股东。JR 是专利申请的共同发明人，该专利申请允许使用氮化硅过滤器，如本研究中描述的那样。

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Horiba Scientific 的 Peng Miao 慷慨地使用他们的 XploRA Plus 拉曼光谱系统并提供了专业知识来支持该出版物的发布。电子显微镜成像在罗切斯特大学的集成纳米系统中心 （URnano） 进行。微纳加工在罗切斯特理工学院的半导体和微系统制造实验室 （SMFL） 进行。

本出版物中报告的研究得到了美国国家环境健康科学研究所 （National Institute of Environmental Health Sciences） 的部分支持，奖项编号为R44ES031036 SiMPore，以及安大略湖微塑料中心 （LOMP） 根据国家环境健康科学研究所 （National Institute of Environmental Health Sciences） 的奖项编号。P01 ES035526 和美国国家科学基金奖 No.OCE-2418255 发送给罗切斯特大学。内容完全由作者负责，并不一定代表任何资助机构的官方观点。

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1 L 玻璃烧杯Pyrex1000-1L
1 L 玻璃真空收集瓶Millipore SigmaZ290459-1EA
100% 棉实验室外套LandauLA-3172
100 mL 玻璃过滤漏斗 Advantec311000https://www.sterlitech.com/glass-filter-holder-311000.html
99% 异丙醇Fisher ScientificA416-20
APEX EDSEDAXEDX 软件，用于对捕获的颗粒进行 EDX 分析。
Denton Prep 溅射系统Denton VacuumDESK II ： 293618089镀膜系统
FIJI，图像分析平台ImageJV 1.54FFIJI（FIJI 只是 ImageJ）- ImageJ  的发行版;
玻璃螺旋盖瓶宁 1395-250
KimwipesKimtech06-666-11C
LabSpec6Horiba ScientificHoriba 拉曼软件，包含 ParticleFinder 和 ViewSharp
层流罩Air ScienceVLF-72A
显微镜 奥林巴斯  / 尼康BX61 / Ti2e任何具有合适荧光的显微镜都可以用于光学显微镜。
MPSN SiN 滤波器SiMPore Inc.FD25-8.0-金;FD25-8.0-NC
FD25-20.0-Au、FD25-20.0-NC
Monoject 60 mL 注射器Coviden8881560265
尼罗河红粉TCIN0659
丁腈手套Ansell Microflex19-167-17
OpenSpecyopenanalysis.org开源光谱库
烤箱 VWR1310Gravity对流实用烘箱
P20 移液Brandtech705872
移液器吸头Premium VialsGS 151140R
浇注支撑熔块Advantec311000捆绑拉
曼仪器HoribaXplora PLUS
橡胶塞Advantec311000捆绑
SEM 仪器的一部分ZiessAurigaAuriga 系列，模块化横梁工作站
硅胶垫片SiMPore垫片-25-R透明铸造 PDMS 垫片，0.8 毫米厚
硅胶滚轮三岳 （ASIN：B07XDTNPS3）硅胶滚筒 - 8 x 5 x 2 英寸
SmartSEM蔡司V8SEM 软件，用于作蔡司 Auriga
喷雾瓶UlineS-7273
针头过滤器 Thermo ScientificCH2225-PES0.22 & 微量;M 鲁尔锁针头过滤器，25 mm&NBSP;
注射泵New Era Pump Systems， Inc.NE-1000可选，但推荐
蓝 - 0.4%Millipore SigmaT8154-20ML
镊子SiMPoreK6TWZR
真空泵Welch847-676-8800
真空管GraingerZUSA-HT-4037
金康器 的一部分 台盼

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