Mikroplastikler (MP'ler), boyut, şekil, renk, yoğunluk, kimyasal bileşim ve diğer fiziksel özellikler bakımından büyük farklılıklar gösteren oldukça heterojen bir parçacık grubudur ve bu da tanımlanmalarını ve niceliklerinin belirlenmesini özellikle zorlaştırır1. MP araştırmalarında, ışık mikroskobu2 gibi görsel tekniklerden piroliz-gaz kromatografisi3 gibi daha gelişmiş kimyasal yaklaşımlara kadar çeşitli analitik yöntemler kullanılmıştır. Işık mikroskobu, basitliği, hızı ve maliyet etkinliği nedeniyle daha büyük MP'leri (tipik olarak 0,5-5 mm) karakterize etmek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir1. Yüzey morfolojisi ve yapısı2 hakkında bilgi sağlarken plastik benzeri parçacıkların görsel olarak tanımlanmasını ve miktarının belirlenmesini sağlar. Bununla birlikte, bu teknik, kimyasal bileşim hakkında kimyasal bilgi vermez ve analistin uzmanlığına dayanır. Yanlış tanımlama, özellikle küçük, şeffaf parçacıklar için %20 ila %70 arasında değişen rapor edilen hata oranları ile görsel analizin iyi belgelenmiş bir sınırlamasıdır. Bu tür hatalar, çevresel numunelerdeki MP konsantrasyonlarını önemli ölçüde abartabilir4.
Öte yandan, kütle spektrometresi (MS) ile birleştirilmiş piroliz-gaz kromatografisi (GC), termal bozunma ürünlerini analiz ederek MP'lerin kimyasal bileşimi hakkında ayrıntılı bilgi sağlayabilir3. Bir termal desorpsiyon adımı ile eşleştirildiğinde, aynı analiz sırasında plastik katkı maddelerini de tespit edebilir5. Bununla birlikte, bu yöntem, plastik benzeri parçacıkların manuel olarak ön seçimini ve bunların piroliz sistemine dikkatli bir şekilde yerleştirilmesini gerektirir, bu da düşük numune verimiile sonuçlanır 1.
Geleneksel yöntemlerin sınırlamalarının üstesinden gelmek için, milletvekillerinin hem tanımlanmasını hem de niceliklerinin belirlenmesini sağlayan otomatik teknikler giderek daha önemli hale gelmektedir. Raman ve Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi, benzersiz spektral parmak izleri 6,7,8 aracılığıyla doğru polimer tanımlaması sağlar. Bu titreşimsel spektroskopi yöntemleri, ışık, Raman için lazer ve FTIR için kızılötesi tarafından indüklenen moleküler titreşimleri tespit ederek belirli moleküler yapıları yansıtan spektrumlar üretir7. Her iki teknik de çeşitli çevresel matrislerde küçük MP parçacıklarının (<300 μm) tespitini ve karakterizasyonunu önemli ölçüde geliştirmiştir8. Plastik benzeri parçacıkları kimyasal olarak doğrulayarak yanlış pozitifleri azaltırlar, yanlış negatifleri en aza indirirler ve tahribatsızdırlar. Mikroskopi (mikrospektroskopi) ile birleştirildiğinde, bu teknikler 0,3 mm'den küçük polimerik partiküllerin tanımlanmasına ve miktarının belirlenmesine olanak tanır (μFTIR ~10 μm'ye kadar ve μRaman ~0,3 μm'ye kadar algılama ile)8. Bununla birlikte, her yöntemin sınırlamaları vardır: Raman, belirli polimerler (örneğin polistiren) için daha yüksek uzamsal çözünürlük ve gelişmiş algılama sunar, ancak floresan girişimine karşı daha hassastır ve tipik olarak daha uzun edinme süreleri gerektirir. Bununla birlikte, Raman mikrospektroskopisi, FTIR görüntüleme 8,9'dan daha geniş bir mikroplastik boyut aralığını kapsayan 0,3 μm'den daha küçük partikülleri tespit edebilir.
Burada açıklanan çalışma için birincil araç, SoMAS'ın NAno-Raman Moleküler Görüntüleme Laboratuvarı'nda (NARMIL) bulunan bir konfokal Raman mikrospektrofotometresidir. Protokol, deniz plastiklerini örneklemek için plankton veya manta ağları kullanıldığında genellikle hariç tutulan su örneklerinden alınan filtrelerdeki mikro boyutlu MP'leri (<300 μm) tespit etmek, tanımlamak ve miktarını belirlemek için optimize edilmiştir. Ayrıca, plastik olmayan kalıntıların (organik kalıntılar) varlığını azaltmak için bir Kemi-oksidasyon işlemi gereklidir. Bu, Raman mikrospektroskopik analizinden önce analitik paraziti en aza indirir ve daha da önemlisi, filtre gözeneklerinin tıkanmasını önleyerek daha büyük hacimlerde suyun filtrelenmesine olanak tanır. Bu teknolojiyi kullanarak, su örneklerinden filtrelerde toplanan mikron altı ila milimetre boyutundaki fraksiyondaki MP partiküllerini tespit etmek mümkündür ve belirli MP konsantrasyonlarının, partikül boyutlarının ve kütlelerinin hesaplanmasını sağlar.