共聚焦显微拉曼光谱技术在海洋沉积物微塑料检测中的探索应用

来源 :中国科学院大学(中国科学院海洋研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:chren1981
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
微塑料作为一种新型的环境污染物,近年来受到日益关注。自2004年沉积物中的微塑料被报道以来,微塑料现已在近海海岸带以及深海环境中均被发现。南极海冰、马里亚纳海沟、海洋生物甚至是人类体内都有微塑料的存在。而对于海洋环境来说,海洋沉积物被认为是微塑料聚集的“汇”,然而海洋沉积物微塑料检测方法缺乏统一标准,且因研究地区不同而存在差异。选择合适的分析手段是研究海洋沉积物样品的关键,既要保证分析效率,又能够获得样品特征信息。除光学目视鉴定法能够提供颗粒物理信息外,光谱学领域的傅里叶红外光谱法以及拉曼光谱法被视为常用的无损分析手段,能够实现微塑料的分子内部结构表征。傅里叶红外光谱法利用红外吸收光谱表征分子内部信息,拉曼光谱法通过拉曼散射反映分子结构信息。目前,海洋沉积物样品所需要的前处理环节颇为繁杂,需要进行有机质的酸碱消解,样品颗粒染色等步骤来辅助定性分析以及样品计数统计,而傅里叶红外光谱法对于小于20微米的微粒不能发挥良好的检测效果。本研究针对海洋沉积物中小粒径微塑料,基于共聚焦显微拉曼光谱技术,旨在改进微塑料样品处理步骤,通过实验室模拟以及实际海洋沉积物样品来探索快速高效的小粒径微塑料检测方法。本研究建立了微塑料拉曼光谱库,包含生活及工业用途的十八种塑料种类,并对其拉曼峰位进行详尽归属,用于与样品的拉曼特征峰进行比对,获得微塑料样品的分子结构特征。对于沉积物中微塑料样品前处理环节,通过改进抽滤装置并省略有机质消解步骤,以实现样品富集并保留样品原有形貌特征。通过模拟海洋沉积物环境进行微塑料回收实验,针对微塑料不同特性进行系统探究,得出适于拉曼光谱技术的分析参数。将此完整的检测流程应用于海洋沉积物样品中,以验证方法的有效性,得出研究区小粒径微塑料特征。对此,得出以下结论:(1)拉曼光谱可以反映微塑料结构信息,并能够对海洋沉积物中获得的不同种微塑料做到特定区分。由于拉曼光谱反映出分子的振动特征,对于傅里叶红外光谱法不明显的非极性分子振动可以清晰反映,特别是对于微塑料中具有碳碳双键的物质,能够明显地表征出分子内部结构特征。其他振动类型如碳氢键振动、苯环呼吸振动、羰基振动等表现出的拉曼峰位,也可作为不同类型微塑料的特征来进行分析。(2)共聚焦显微拉曼分析手段能够获得高信噪比的未经有机质消解的微塑料拉曼光谱。在实验室模拟海洋沉积物环境回收微塑料实验中,微塑料样品经密度浮选后未经有机质消解步骤,在拉曼光谱中仍显示清晰的拉曼信号,并能够实现微塑料类型的归属。此外,从海滩沉积物中分离出的微塑料样品,也能够未经有机质消解得到有效的拉曼光谱,并得出微塑料的类型、粒径、形貌等特征信息。(3)激光功率、微塑料的粒径、微塑料表面颜料覆盖均会对分析结果产生不同影响,并表征在拉曼信号中。由于功率改变带来塑料表面温度的改变,同一粒径的微塑料在由低功率至高功率的检测过程中,拉曼光谱会出现形变。反之,不同粒径在同一功率下也会发生拉曼信号的偏移。当微塑料表面有颜料覆盖时,会掩盖原本的拉曼有效信号,对此,将特定颜料颗粒的光谱也纳入微塑料光谱库中,完善分析机制。(4)基于建立的检测流程与拉曼分析参数,将小粒径微塑料分析流程应用到山东省青岛市汇泉湾海洋沉积物中,获得了汇泉湾海洋沉积物中粒径在500微米以下的微塑料样品信息,并且对粒径小于10微米的聚丙烯(PP)颗粒实现特征分析。结果表明,粒径在50微米以下的微塑料在500微米以下的样品中占有56%的比重,为探究研究区微塑料污染情况与海洋环境中微塑料的存在方式提供数据支持。
其他文献
性类固醇激素在鱼类性腺分化、性腺发育和第二性征形成中起重要作用。性类固醇激素的合成涉及一系列合成酶,如细胞色素P450(cytochrome P450,CYPs)、羟类固醇脱氢酶(hydroxysteroid dehydrogenase,HSDs)等。其中,17β-羟类固醇脱氢酶(17β-hydroxysteroid dehydrogenase,Hsd17b)是关键酶类,主要作用于性激素合成的下游
海水中一切设施表面的无价值的海洋生物附着现象被称为海洋生物污损。这种自然现象使船舶、石油钻采平台、海水冷却水管道等海洋工程装备和海洋材料的性能急剧下降,同时造成严重的经济损失。传统含毒剂防污涂层的长期使用对非目标水生生物造成了严重危害,破坏海洋生态环境。环境友好型污损脱附防污涂层是取代含毒剂防污涂层的理想选择。污损脱附型防污涂层存在静态防污效果不理想及机械性能有待提高的技术瓶颈。本文通过在污损脱附
层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxide,LDHs)独特的离子化二维夹层结构赋予其优异的吸附、修饰、可控递释性能。LDHs质轻环保、廉价易得,集层状结构的稳固性、层板组成的可控性、层板间距的可调性、层间阴离子的可交换性于一体,具备成为分子容器和离子交换平台的天然属性,可进行多元化的结构改造和功能拓展。本论文从LDHs板层阳离子调节和层间阴离子缓蚀剂嵌插两个技术路线入手,制备
精子储存是一种广泛存在于体内受精物种中十分普遍的繁殖策略。卵胎生硬骨鱼许氏平鲉从交尾到受精,精子储存时间长达6个月。目前,对于卵胎生鱼类精子在雌鱼体内的储存位置、活力状态、能量供应相关研究较少。本研究以许氏平鲉为研究对象,观察许氏平鲉精子超微结构,并与卵生硬骨鱼大菱鲆比较分析体内受精许氏平鲉精子特殊结构特征;通过组织学与精子生理状态检测,分析了许氏平鲉精子从交尾到受精期间在卵巢的储存位置的动态变化
随着海洋自然资源勘探需求的进一步提高,深远海地球物理勘探技术也在快速发展。其中,海洋磁力测量作为海洋地球物理勘探的重要手段之一,在深远海勘探应用中仍面临着许多问题。本文重点对海洋磁力测量中日变校正中存在的同纬度幅值差现象进行了讨论与总结,以期为海洋磁测的日变校正方法的改进提供帮助。地磁日变随时间、纬度变化,其产生的干扰可高达数十乃至上百n T,是海洋磁力测量中最主要的误差,其校正的结果对海洋磁力测
成品油运输过程中管线容易产生沉积的局部地方常伴随着内腐蚀的发生。微生物腐蚀(MIC)是造成成品油管线内腐蚀的原因之一。为了研究成品油管道沉积物中微生物腐蚀行为,分析了成品油管道内不同位置的微生物群落径向分布特征,研究了X65、X70和X80级成品油管道内腐蚀行为及腐蚀特征,分析了管道易发生沉积处的腐蚀原因,探讨管道在内腐蚀情况下高钢级管线钢应用在成品油运输环境的可行性。同时,基于以上研究结果,分析
白云凹陷位于南海北部的珠江口盆地,是我国天然气水合物研究的重点区域。该地区的天然气水合物与世界典型区域发现的水合物之间存在一定相似规律,但是相比较而言其差异性更为显著。受地质构造、沉积环境等方面的影响,白云凹陷神狐海域峡谷富集区钻遇的水合物样品多分布在细粒泥质、粉砂质沉积物中,其饱和度值与国际典型水合物分布区相比较低。根据已有的研究表明,钻探区不同站位发现的水合物气源特征、饱和度与分布、水合物层厚
2017年8月,中国科学院海洋研究所“科学”号考察船在西太平洋低纬度海区卡罗琳洋脊CM4海山开展了多学科综合调查,发现该海山山体表面分布着大量的铁锰结壳。研究区铁锰结壳样品类型均一,基本呈单层薄状,厚度在1 mm以内。铁锰结壳附着基岩为碳酸盐岩,大多为坚硬的石灰岩和白云岩,少部分为孔隙较多的造礁珊瑚。本文对该海山9个铁锰结壳及碳酸盐岩基岩样品进行了矿物学和地球化学研究,利用X射线衍射、电感耦合等离
深部碳循环作为一种全球性的表层-深层物质交换过程,对全球气候、地球各圈层演化都有十分重要的控制作用。而碱性岩,尤其是大洋碱性OIB与全球碳循环之间存在十分紧密的成因联系,使得碱性OIB成为研究全球碳循环的理想材料。西太平洋拥有最古老的洋壳,最密集的海山分布以及大量的碱性OIB的出露,对研究碱性OIB的成因有着天然的优势。本研究选择西太平洋,麦哲伦海山群中未有前人取过样的Kocebu海山碱性OIB为
溶解有机质在痕量金属的海洋生物地球化学循环过程中扮演着重要角色,痕量金属的迁移转化过程及生态学功能等都强烈依赖于其在不同分子量溶解有机质中的配分及相互作用。本论文聚焦海水中的不同分子量有机质结合总溶解态(<0.45μm)的痕量金属,通过测定不同分子量溶解有机碳的浓度、分析其荧光光谱和紫外-可见吸收光谱特征以及比较不同痕量金属在不同盐度下的配分特征,解析了溶解有机质分子量特征、溶解有机质组成和结构特