[發(fā)明專利]一種近海沉積物中微塑料的快速檢測系統(tǒng)與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010540547.6
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111521599B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛慶生;盧繼濤;楊柏;王楠;欒曉寧;王福鵬;李千
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N15/06;G01N21/64;G06K9/00
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 趙龍群

本發(fā)明涉及一種近海沉積物中微塑料的快速檢測系統(tǒng)與方法，該檢測系統(tǒng)的視覺光源輔以顯微單元和熒光成像單元可使微塑料的檢測過程更加可視化；熒光成像單元與拉曼檢測系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用，通過三維位移臺的輔助作用，使拉曼檢測系統(tǒng)可快速尋找感興趣的區(qū)域，從而自動識別微塑料熒光信號，大大提升檢測效率；同時將拉曼光譜技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)顯微鏡相耦合，使所采集到的拉曼信號通過顯微單元回到空間外差拉曼光譜儀，實現(xiàn)同時獲取高通量、寬波段、高分辨率的拉曼光譜；通過可調(diào)諧激光器對目標(biāo)樣品點(diǎn)的信號進(jìn)行二次采集，再通過差分計算和多重約束迭代算法，得到純凈的拉曼光譜信號。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于空間外差差分拉曼光譜技術(shù)的近海沉積物中微塑料的快速檢測系統(tǒng)與檢測方法，屬于采用拉曼光譜技術(shù)檢測微塑料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微塑料是一種有效直徑小于5mm的塑料薄膜、纖維、顆粒和碎片。可以通過大塑料在環(huán)境因子(光、熱、輻射等)條件下生成，也可以是類似面部洗滌劑或牙膏等中添加的塑料微珠，且后者的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于前者。從2004年最早提出微塑料概念到展開研究的這過去的十多年時間里已經(jīng)充分證明了微塑料在海洋環(huán)境中廣泛存在。微塑料性質(zhì)相對穩(wěn)定，可長期存在于環(huán)境中，但其表面理化性質(zhì)會在陽光、風(fēng)力、波浪等作用下發(fā)生變化；微塑料尺寸較小、比表面積大、疏水性強(qiáng)，是眾多疏水性有機(jī)污染物和重金屬的理想載體，微塑料易被浮游生物和魚類等誤食，能長時間滯留生物體內(nèi)，并在食物網(wǎng)中發(fā)生轉(zhuǎn)移和富集，對生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成威脅。

現(xiàn)階段海洋微塑料檢測尚不成熟、誤檢率較高且未形成標(biāo)準(zhǔn)的分析和評估方法體系，日益無法滿足海洋領(lǐng)域?qū)ξ⑺芰峡焖贉?zhǔn)確檢測的迫切需求。

中國專利文獻(xiàn)CN111122634A公開了基于掃描電鏡-拉曼技術(shù)鑒定水溶液中納米塑料顆粒的方法，通過掃描電子顯微鏡和含白光共聚焦顯微拉曼光譜聯(lián)用儀參數(shù)設(shè)定和優(yōu)化實現(xiàn)納米塑料顆粒的靶向識別和原位鑒定，包括：待檢測水溶液依次經(jīng)10μm和1μm的聚醚砜濾膜分級過濾后室溫下均勻滴于干凈硅片上，自然風(fēng)干后置于掃描電子顯微鏡真空腔內(nèi)的樣品臺上，設(shè)置相應(yīng)的測試參數(shù)得到掃描電鏡圖像，再將檢測樣品自動傳遞至拉曼光譜下并保持同一位置，設(shè)置合適的測試參數(shù)得到拉曼圖像，進(jìn)行圖像分析和判斷。但是該方法中拉曼檢測中背景熒光的干擾，會對檢測結(jié)果造成一定的誤差；該方法針對于掃面電鏡圖像內(nèi)的圖像進(jìn)行充分檢查會相當(dāng)耗時，限制了一定時間內(nèi)可以分析的微塑料數(shù)量，從而導(dǎo)致工作效率較低。

現(xiàn)有微塑料檢測方法存在誤檢率高、耗時較長、獲取信息不全等問題，不能滿足微塑料快速、準(zhǔn)確的檢測需求，并且無法同時獲取具有高光通量、寬波段、高分辨率的拉曼光譜信息，無法對復(fù)雜成分的微塑料進(jìn)行準(zhǔn)確分析。因此，迫切需要一種能同時獲取高光通量、寬波段、高分辨率光譜信息并可對微塑料實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的檢測系統(tǒng)，以促進(jìn)海洋領(lǐng)域微塑料檢測技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于空間外差差分拉曼光譜技術(shù)的近海沉積物中微塑料的快速檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)中，通過可調(diào)諧激光器對目標(biāo)樣品點(diǎn)的信號進(jìn)行二次采集，引入差分拉曼技術(shù)與多重約束迭代算法對所采集的兩幅原始拉曼光譜進(jìn)行處理以獲取純凈的拉曼信號，達(dá)到消除微塑料檢測過程中熒光干擾的目的，可實現(xiàn)準(zhǔn)確檢測微塑料的化學(xué)成分；熒光成像單元可使熒光染色后的微塑料在檢測過程中變的更加可視化，具有快速、準(zhǔn)確對其定量分析的優(yōu)點(diǎn)；拼接光柵型空間外差拉曼光譜儀具有高光通量、寬波段、高分辨率等優(yōu)點(diǎn)，有助于進(jìn)一步提高檢測限并實現(xiàn)復(fù)雜成分的準(zhǔn)確測量。

本發(fā)明還提供了基于上述快速檢測系統(tǒng)的近海沉積物中微塑料的檢測方法。

術(shù)語解釋：

1.雙密度分離法：首先將干燥后的沉積物樣品利用飽和NaCl溶液進(jìn)行流化預(yù)提取，然后利用NaI溶液離心浮選，可以實現(xiàn)從沉積物中同時高效提取普通聚合物和高密度聚合物微塑料的目的。且其中通過采用飽和NaCl溶液造成流化預(yù)提取可減少沉積物的樣品量，有效解決大量使用NaI溶液造成分析成本高的難題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：