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應(yīng)用案例分享 | 安捷倫 8700 LDIR 紅外成像快速檢測(cè)嬰兒配方奶粉微塑料

來(lái)源:安捷倫科技(中國(guó))有限公司   2023年12月13日 09:24  

微塑料是指粒徑低于 5mm 的塑料顆粒。科研人員已經(jīng)在海鮮、飲用水、水果、蔬菜、日常調(diào)味品、以及飲料和嬰兒配方奶粉中都檢測(cè)到微塑料的身影。在 2022 年發(fā)表的一項(xiàng)研究中表明每克嬰兒配方奶粉中檢出約 17.3 個(gè)微塑料,其中聚氨酯和聚酰胺占檢出微塑料總數(shù)的 67%。


 

日前,安捷倫公司利用 8700 LDIR 紅外成像搭配 Clarity 自動(dòng)化微塑料工作流程分析軟件(如圖 1 所示)對(duì)兩個(gè)商業(yè)品牌的嬰兒配方進(jìn)行了表征,結(jié)果發(fā)現(xiàn),樣本中均檢出了微塑料。本文將從樣品前處理、儀器以及結(jié)果解讀幾個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的介紹。

 

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圖 1. Agilent 8700 LDIR 紅外成像系統(tǒng)

 

 

嬰兒配方奶粉樣品前處理流程

 

1

將 5g 嬰兒配方奶粉溶于 30mL 飽和氯化鈉溶液中。搖晃均勻后,置于離心機(jī)中 3000 rpm 離心 30min,使白色奶油上層與水性下層分離;

2

將兩層溶液分開后置于兩個(gè)單獨(dú)的干凈燒杯中。為消解上層液,加入 100mL 0.1 M 氫氧化鈉并加熱至 50-60℃ 左右持續(xù) 20min,溶液從奶油白色變?yōu)榈S色液體,發(fā)生輕微的顏色變化;

3

將兩個(gè)燒杯中的溶液分別使用 10um 不銹鋼濾膜過濾,并將濾膜進(jìn)行干燥處理;

4

將干燥后的不銹鋼濾膜分別置于無(wú)水乙醇溶液中超聲處理,將顆粒脫附到乙醇溶液中;

5

使用安捷倫標(biāo)配金膜(0.8um,25mm) 對(duì)乙醇溶液進(jìn)行過濾;金膜干燥后直接置于 8700 LDIR 紅外成像儀器中進(jìn)行分析,完整前處理流程如圖 2 所示。

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圖 2. 嬰兒配方奶粉中的微塑料前處理工作流程

 

 

 

儀 器

 

本研究使用 8700 LDIR 紅外成像系統(tǒng)搭配 Clarity 軟件,可直接調(diào)用全自動(dòng)化 Particle Analysis 方法包對(duì)金膜上的顆粒樣品進(jìn)行測(cè)試。首先,軟件利用 1442 cm-1 對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行快速成像,通過激光散射原理將區(qū)域內(nèi) >6 um 的顆粒識(shí)別定位并確認(rèn)顆粒邊界;然后按照識(shí)別的顆粒順序采集每個(gè)顆粒的完整紅外譜圖,并同步與軟件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)完成定性工作。軟件按照最佳匹配度顯示每個(gè)顆粒的具體信息并生成完整報(bào)告

 

使用 8700 LDIR 紅外成像對(duì)濾膜上的樣品直接進(jìn)行測(cè)試。安捷倫標(biāo)配的濾膜支架一次可放置兩個(gè)樣品,軟件可按照設(shè)置順序自動(dòng)表征樣品,并單獨(dú)報(bào)告每個(gè)樣品的結(jié)果。如果樣品中顆粒較多,也可將一個(gè)樣品轉(zhuǎn)移至兩個(gè)金膜上,并將兩個(gè)位置的結(jié)果作為一個(gè)樣品報(bào)告完整輸出。

 

在 Clarity 軟件中,用戶可以將目標(biāo)區(qū)域定義為圓形或矩形。與其他樣品前處理技術(shù)相比,直接在濾膜上分析的方法簡(jiǎn)化了工作流程,且有助于減少污染源的引入及樣品的損失。

 

 

結(jié) 論

?

報(bào)告微塑料數(shù)據(jù)時(shí),排除了所有非微塑料顆粒,如蛋白、硬脂酸鹽、纖維素材料以及碳酸鹽等。所有其他的主要微塑料類型均按照匹配度高于 0.8 進(jìn)行顯示。從測(cè)試的結(jié)果看,檢出的微塑料種類包括:丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)和聚氯乙烯(PVC)。

 

對(duì)于品牌 A 的嬰兒配方奶粉,在兩層樣本中均檢測(cè)到大量顆粒,共有 4472 個(gè)。其中大部分顆粒定性為蛋白,這一結(jié)果主要是嬰兒配方中存在的蛋白質(zhì)在前處理過程中未消解完全造成的。樣品中共有 97 個(gè)顆粒被鑒定為微塑料(上層和下層液中分別有 63 個(gè)和 34 個(gè)),大多數(shù)微塑料顆粒的粒徑范圍分布在 20-100um,主要聚合物類型為 PE 和 PP。在品牌 B 嬰兒配方奶粉的兩層溶液中檢測(cè)到的顆粒數(shù)量較少,共有 1078 個(gè)。在上層液中共檢測(cè)到 712 個(gè)顆粒,其中只有 9 個(gè)匹配度高于 0.8 的顆粒被鑒定為微塑料;在下層液中共檢測(cè)到 366 個(gè)顆粒,其中只有 13 個(gè)匹配度高于 0.8 的顆粒被鑒定為微塑料。在品牌 B 中檢出的微塑料主要為 PC、PE 和 PP,粒徑范圍分布在 20-100um。具體測(cè)試結(jié)果如表 1 所示。

 

從測(cè)試結(jié)果看,樣品的前處理流程需要進(jìn)一步優(yōu)化處理,如可使用酶試劑來(lái)消化殘留的蛋白顆粒,降低非微塑料顆粒的數(shù)量,減少樣品的測(cè)試時(shí)間并提高工作效率。

 

 

表 1. 嬰兒配方奶粉品牌 A 和 B 中的微塑料表征結(jié)果匯總

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此外,我們?cè)谠O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)時(shí),除了添加常見的聚合物,也在其中加入了環(huán)境基質(zhì)中難以去除掉的污染物譜圖,如蛋白、植物纖維素以及合成纖維等。所以儀器可以自動(dòng)區(qū)分聚合物顆粒和天然材料顆粒(如蛋白和纖維素),結(jié)果如圖 3 和圖 4 所示。

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圖 3. 兩個(gè)品牌的嬰兒配方奶粉中鑒定處的微塑料顆粒示例。(A)品牌 A 上層;(B)品牌 A 下層;(C)品牌 B 上層;(D)品牌 B 下層。對(duì)于檢測(cè)到的每個(gè)顆粒 LDIR 提供了顆粒的紅外和可見光圖像、定性結(jié)果、粒徑信息、測(cè)試光譜(紅線)和譜庫(kù)中匹配譜圖(藍(lán)色或綠色虛線)對(duì)比圖

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圖 4. 兩個(gè)品牌嬰幼兒奶粉中鑒定處的非微塑料的示例。(A)品牌A上層;(B)品牌 A 下層;(C)品牌 B 上層;(D)品牌 B 下層。對(duì)于檢測(cè)到的每個(gè)顆粒 LDIR 提供了顆粒的紅外和可見光圖像、定性結(jié)果、粒徑信息、測(cè)試光譜(紅線)和譜庫(kù)中匹配譜圖(藍(lán)色或紫色虛線)對(duì)比圖

 


結(jié)語(yǔ)

 

本研究系統(tǒng)地介紹了使用 8700 LDIR 紅外成像的濾膜分析功能檢測(cè)兩個(gè)品牌的嬰幼兒配方奶粉中微塑料的工作流,并在兩個(gè)品牌的樣本中均檢出了微塑料顆粒,PE 和 PP 是樣本中豐度最高的聚合物類型。在測(cè)試過程中我們發(fā)現(xiàn)所有試劑均含有微塑料,因此每種試劑在使用前必須經(jīng)過過濾并重新檢查其中是否存在污染物后再使用。

 

8700 LDIR 紅外成像可直接在濾膜上實(shí)現(xiàn)樣品的分析測(cè)試,該方案能夠在盡量減少樣本污染的同時(shí)保證實(shí)驗(yàn)室高通量高效率的測(cè)試需求,因此非常適用于常規(guī)應(yīng)用或大規(guī)模監(jiān)測(cè)研究。



 

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