מיקרופלסטיק (MPS) הם קבוצה הטרוגנית מאוד של חלקיקים המשתנים מאוד בגודל, צורה, צבע, צפיפות, הרכב כימי ותכונות פיזיקליות אחרות, מה שהופך את הזיהוי והכימות שלהם למאתגרים במיוחד1. מגוון שיטות אנליטיות שימשו בסקרי MP, החל מטכניקות חזותיות כגון מיקרוסקופ אור2 ועד לגישות כימיות מתקדמות יותר כמו פירוליזה-כרומטוגרפיה של גז3. מיקרוסקופ אור הוא שיטה נפוצה לאפיון MPS גדולים יותר (בדרך כלל 0.5-5 מ"מ) בשל הפשטות, המהירות והעלות-תועלת שלה1. הוא מאפשר זיהוי וכימות חזותי של חלקיקים דמויי פלסטיק תוך מתן מידע על מורפולוגיה ומבנה פני השטח2. עם זאת, טכניקה זו אינה מניבה מידע כימי על ההרכב הכימי ומסתמכת על מומחיות האנליסט. זיהוי שגוי הוא מגבלה מתועדת היטב של ניתוח חזותי, עם שיעורי שגיאה מדווחים הנעים בין 20% ל-70%, במיוחד עבור חלקיקים קטנים ושקופים. שגיאות כאלה יכולות להעריך יתר על המידה את ריכוזי ה-MP בדגימות סביבתיות4.
מצד שני, כרומטוגרפיה של גז פירוליזה (GC) בשילוב עם ספקטרומטריית מסה (MS) יכולה לספק מידע מפורט על ההרכב הכימי של MPS על ידי ניתוח תוצרי פירוק תרמי3. בשילוב עם שלב ספיגה תרמית, הוא יכול גם לזהות תוספי פלסטיק במהלך אותו ניתוח5. עם זאת, שיטה זו דורשת בחירה מוקדמת ידנית של חלקיקים דמויי פלסטיק ומיקומם בזהירות במערכת הפירוליזה, וכתוצאה מכך תפוקת דגימה נמוכה1.
כדי להתגבר על מגבלות השיטות המסורתיות, טכניקות אוטומטיות המאפשרות זיהוי וכימות של חברי פרלמנט הופכות חיוניות יותר ויותר. ספקטרוסקופיה אינפרא אדום של רמאן ופורייה טרנספורמציה (FTIR) מספקת זיהוי פולימרי מדויק באמצעות טביעות האצבע הספקטרליות הייחודיות שלהם 6,7,8. שיטות ספקטרוסקופיה רטט אלו מזהות רעידות מולקולריות הנגרמות על ידי אור, לייזר עבור ראמאן ואינפרא אדום עבור FTIR, ומייצרות ספקטרום המשקף מבנים מולקולריים ספציפיים7. שתי הטכניקות קידמו משמעותית את הזיהוי והאפיון של חלקיקי MP קטנים (<300 מיקרומטר) במטריצות סביבתיות שונות8. הם מפחיתים תוצאות חיוביות כוזבות על ידי אישור כימי של חלקיקים דמויי פלסטיק, ממזערים שליליות כוזבות ואינם הרסניים. בשילוב עם מיקרוסקופיה (מיקרוספקטרוסקופיה), טכניקות אלו מאפשרות זיהוי וכימות של חלקיקים פולימריים קטנים מ-0.3 מ"מ (כאשר μFTIR מזהה עד ~10 מיקרומטר ו-μRaman עד ~0.3 מיקרומטר)8. עם זאת, לכל שיטה יש מגבלות: ראמאן מציע רזולוציה מרחבית גבוהה יותר וזיהוי משופר עבור פולימרים מסוימים (למשל, פוליסטירן), אך הוא רגיש יותר להפרעות פלואורסצנטיות ובדרך כלל דורש זמני רכישה ארוכים יותר. עם זאת, מיקרוספקטרוסקופיה של ראמאן יכולה לזהות חלקיקים קטנים מ-0.3 מיקרומטר, המכסה טווח גודל מיקרופלסטיק רחב יותר מאשר הדמיית FTIR 8,9.
הכלי העיקרי לעבודה המתוארת כאן הוא מיקרוספקטרופוטומטר ראמאן קונפוקלי הזמין במעבדת ההדמיה המולקולרית NAno-Raman (NARMIL) של SoMAS. הפרוטוקול עבר אופטימיזציה כדי לזהות, לזהות ולכמת MPS בגודל מיקרו (<300 מיקרומטר) על מסננים מדגימות מים שבדרך כלל אינם נכללים כאשר משתמשים ברשתות פלנקטון או מנטה לדגימת פלסטיק ימי. כמו כן, יש צורך בתהליך חמצון כימי כדי להפחית את נוכחותם של שאריות שאינן פלסטיות (פסולת אורגנית). זה ממזער הפרעות אנליטיות לפני ניתוח מיקרוספקטרוסקופי של ראמאן, וחשוב מכך, מונע סתימת נקבוביות מסנן, ומאפשר סינון של כמויות גדולות יותר של מים. באמצעות טכנולוגיה זו, ניתן לזהות חלקיקי MP בשבר בגודל תת-מיקרוני עד מילימטר שנאסף על מסננים מדגימות מים, והיא מאפשרת חישוב של ריכוזי MP ספציפיים, גדלי חלקיקים ומסות.