使用掃描電鏡在量化軟體動(dòng)物中的含氯微塑料的應(yīng)用
什么是微塑料？
自塑料發(fā)明以來(lái)，塑料因其耐用性和長(zhǎng)使用壽命而受到贊譽(yù)，但 21 世紀(jì)也面臨著一些煩惱：塑料降解和塑料污染。人們不再只關(guān)心太平洋里的塑料袋，也關(guān)心太平洋里漂浮的塑料垃圾；科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)高分子材料逐漸風(fēng)化，產(chǎn)生的微顆粒滲透到環(huán)境、水道，最終會(huì)有一部分進(jìn)入生物體中。
這些“微塑料” (直徑小于 5mm 的塑料顆粒) 是如此普遍，以至于在世界偏僻的角落都可以發(fā)現(xiàn)大量的微塑料，它們對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響一直是非�；钴S的研究領(lǐng)域，有一些跡象表明，微塑料可能會(huì)被引入食品供應(yīng)鏈中。
EDS 進(jìn)行微塑料識(shí)別
確定微塑料污染物的組成需要從準(zhǔn)確識(shí)別顆粒開(kāi)始。眾所周知，在外觀上，微塑料很難與其它海洋沉積物區(qū)分開(kāi)來(lái)，因此需要對(duì)其進(jìn)行化學(xué)分類。X-射線能量色散光譜 (EDS) 是掃描電鏡中的表面成分分析技術(shù)，它可以清晰地呈現(xiàn)成像區(qū)域的化學(xué)成分信息。在尋找微塑料時(shí)，研究人員需要尋找標(biāo)志性的元素，如聚氯乙烯顆粒中的氯元素。
可是挑戰(zhàn)在于，在整個(gè)樣本區(qū)域中，EDS 面掃可能相對(duì)較慢，每個(gè)像素可能只需要幾秒鐘來(lái)收集譜圖，但把所有樣本區(qū)域的能譜收集加在一起時(shí)，收集數(shù)據(jù)將會(huì)消耗數(shù)小時(shí)。令人沮喪的是，其中大部分時(shí)間都花在了收集樣本的空白區(qū)域數(shù)據(jù)上。這就是巴伐利亞環(huán)境署的研究人員與飛納臺(tái)式掃描電鏡合作的原因，目的在于加快數(shù)據(jù)收集的過(guò)程。
識(shí)別軟體動(dòng)物中聚氯乙烯微塑料
作為他們研究的一部分，巴伐利亞環(huán)境署的研究人員試圖量化軟體動(dòng)物中聚氯乙烯微塑料的含量。通過(guò)確定軟體動(dòng)物吸收了多少個(gè)粒子，他們就可以估計(jì)環(huán)境微塑料是如何進(jìn)入我們的食物供應(yīng)鏈中的。軟體動(dòng)物樣本首先暴露在一個(gè)富含微塑料的環(huán)境中，然后均質(zhì)和過(guò)濾處理。接著用 SEM-EDS 對(duì)該過(guò)濾器進(jìn)行成像，并定量富氯區(qū)域。
“飛納電鏡為了大大縮短數(shù)據(jù)收集的時(shí)間，使用自動(dòng)化編程的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)”。
基于飛納電鏡的 PPI（Phenom Programming Interface）編程，研究人員為飛納電鏡能譜一體機(jī) Phenom ProX 開(kāi)發(fā)出了 Chloroscan（氯化物掃描）軟件。首先，通過(guò)軟件對(duì)圖像進(jìn)行自動(dòng)分析，識(shí)別潛在的微米尺度粒子；隨后 EDS 能譜再對(duì)每個(gè)潛在粒子進(jìn)行元素分析。這大大減少了整體數(shù)據(jù)的收集時(shí)間，同時(shí)也提供了必要的量化結(jié)果。
數(shù)據(jù)分析完成后，軟件界面會(huì)顯示哪些顆粒含有的氯元素超過(guò)了用戶定義的閾值。
結(jié)論
為了增加大家對(duì)微塑料污染的理解，研究人員需要更可靠的工具來(lái)進(jìn)行顆粒識(shí)別。SEM-EDS 作為一種有價(jià)值的微塑料可視化和化學(xué)識(shí)別技術(shù) —— 隨著定制自動(dòng)化軟件（Chloroscan 軟件）的開(kāi)發(fā)，可以為微塑料的自動(dòng)化分析提供高效的檢測(cè)方式。我們希望氯化物掃描軟件能夠激發(fā)常規(guī) SEM-EDS 在微塑料研究中的進(jìn)一步應(yīng)用。
自塑料發(fā)明以來(lái)，塑料因其耐用性和長(zhǎng)使用壽命而受到贊譽(yù)，但 21 世紀(jì)也面臨著一些煩惱：塑料降解和塑料污染。人們不再只關(guān)心太平洋里的塑料袋，也關(guān)心太平洋里漂浮的塑料垃圾；科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)高分子材料逐漸風(fēng)化，產(chǎn)生的微顆粒滲透到環(huán)境、水道，最終會(huì)有一部分進(jìn)入生物體中。
這些“微塑料” (直徑小于 5mm 的塑料顆粒) 是如此普遍，以至于在世界偏僻的角落都可以發(fā)現(xiàn)大量的微塑料，它們對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響一直是非�；钴S的研究領(lǐng)域，有一些跡象表明，微塑料可能會(huì)被引入食品供應(yīng)鏈中。
EDS 進(jìn)行微塑料識(shí)別
確定微塑料污染物的組成需要從準(zhǔn)確識(shí)別顆粒開(kāi)始。眾所周知，在外觀上，微塑料很難與其它海洋沉積物區(qū)分開(kāi)來(lái)，因此需要對(duì)其進(jìn)行化學(xué)分類。X-射線能量色散光譜 (EDS) 是掃描電鏡中的表面成分分析技術(shù)，它可以清晰地呈現(xiàn)成像區(qū)域的化學(xué)成分信息。在尋找微塑料時(shí)，研究人員需要尋找標(biāo)志性的元素，如聚氯乙烯顆粒中的氯元素。
可是挑戰(zhàn)在于，在整個(gè)樣本區(qū)域中，EDS 面掃可能相對(duì)較慢，每個(gè)像素可能只需要幾秒鐘來(lái)收集譜圖，但把所有樣本區(qū)域的能譜收集加在一起時(shí)，收集數(shù)據(jù)將會(huì)消耗數(shù)小時(shí)。令人沮喪的是，其中大部分時(shí)間都花在了收集樣本的空白區(qū)域數(shù)據(jù)上。這就是巴伐利亞環(huán)境署的研究人員與飛納臺(tái)式掃描電鏡合作的原因，目的在于加快數(shù)據(jù)收集的過(guò)程。
識(shí)別軟體動(dòng)物中聚氯乙烯微塑料
作為他們研究的一部分，巴伐利亞環(huán)境署的研究人員試圖量化軟體動(dòng)物中聚氯乙烯微塑料的含量。通過(guò)確定軟體動(dòng)物吸收了多少個(gè)粒子，他們就可以估計(jì)環(huán)境微塑料是如何進(jìn)入我們的食物供應(yīng)鏈中的。軟體動(dòng)物樣本首先暴露在一個(gè)富含微塑料的環(huán)境中，然后均質(zhì)和過(guò)濾處理。接著用 SEM-EDS 對(duì)該過(guò)濾器進(jìn)行成像，并定量富氯區(qū)域。
軟體動(dòng)物的濾液樣本。(左) 過(guò)濾器；(中) 掃描電鏡圖像顯示不同類型和不同尺寸的粒子。如果沒(méi)有額外的化學(xué)元素信息輔助，人工識(shí)別聚氯乙烯微塑料幾乎是不可能的；(右) EDS 數(shù)據(jù)疊加在 SEM 圖像上，表明氯元素的存在 (紅色)。
“飛納電鏡為了大大縮短數(shù)據(jù)收集的時(shí)間，使用自動(dòng)化編程的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)”。
基于飛納電鏡的 PPI（Phenom Programming Interface）編程，研究人員為飛納電鏡能譜一體機(jī) Phenom ProX 開(kāi)發(fā)出了 Chloroscan（氯化物掃描）軟件。首先，通過(guò)軟件對(duì)圖像進(jìn)行自動(dòng)分析，識(shí)別潛在的微米尺度粒子；隨后 EDS 能譜再對(duì)每個(gè)潛在粒子進(jìn)行元素分析。這大大減少了整體數(shù)據(jù)的收集時(shí)間，同時(shí)也提供了必要的量化結(jié)果。
數(shù)據(jù)分析完成后，軟件界面會(huì)顯示哪些顆粒含有的氯元素超過(guò)了用戶定義的閾值。
結(jié)論
為了增加大家對(duì)微塑料污染的理解，研究人員需要更可靠的工具來(lái)進(jìn)行顆粒識(shí)別。SEM-EDS 作為一種有價(jià)值的微塑料可視化和化學(xué)識(shí)別技術(shù) —— 隨著定制自動(dòng)化軟件（Chloroscan 軟件）的開(kāi)發(fā)，可以為微塑料的自動(dòng)化分析提供高效的檢測(cè)方式。我們希望氯化物掃描軟件能夠激發(fā)常規(guī) SEM-EDS 在微塑料研究中的進(jìn)一步應(yīng)用。
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