Identification and Analysis of Microplastics by Micro Fourier Transform Infrared Spectroscopy

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.08.024

Abstract

Abstract:

Micro Fourier?transform infrared spectroscopy （micro?FTIR） was used to analyze and identify microplastics with different particle sizes and different compositions. These microplastics include the plastic， fiber or rubber fragments with particle size less than 5 mm. The advantages and disadvantages of three measurement modes including reflection， transmission and attenuated total reflection and their scanning technologies in the identification and analysis of microplastics were systematically described. Based on the attenuated total reflection technique of micro?FTIR， the microplastic obtained from the Beijing landscape water were analyzed and identified. The results indicated that this method was simple， accurate and reliable.

Key words: microplastics, micro?Fourier transform infrared spectroscopy, reflection, transmission, attenuated total reflection

CLC Number:

TQ 325.1⁺2

TANG Qingfeng, LI Qinmei, WANG Jiamin, ZHANG Yuxiang, GAO Xia. Identification and Analysis of Microplastics by Micro Fourier Transform Infrared Spectroscopy[J]. China Plastics, 2021, 35(8): 172-180.

Figures/Tables 10

Fig.1. Flotation unit

Fig.2. Infrared spectrum of polyethylene in ATR mode

Fig.3. Comparison of infrared spectra of microplastics with different particle sizes and different measurement modes

Fig.4. Infrared spectra of micro plastics with different materials under different measurement modes

Fig.5. Microscopic image and infrared spectrum under large area point scan mode

Fig.6. Microscopic image and infrared spectrum under large area line scan mode

Fig.7. Microscopic image and infrared spectrum under large area face scan mode

聚合物	特征谱带/cm^-1
PE	2 919、2 851、1 467、725
PP	2 953、2 917、2 873、2 845、1 459、1 377、1 156、971
PVC	2 970、2 911、1 426、1 334、1 254、1 099、962、693、614
PA	3 299、2 934、2 858、1 633、1 540、1 473、1 276
PMMA	1 730、1 479、1 443、1 378、1 268、1 240、1 190、1 150、844、755

Tab. 1. Infrared characteristic bands of common polymers

匹配度/%	处理方法
≥70	可接受的有效数据
>60，<70	对红外谱图吸收峰进行逐一核查和判断
＜60	无效数据

Tab. 2. Spectrum analysis criteria

Fig.8. Micrograph （×200） and infrared spectrum of micro plastics extracted from Beihai park

References 42

1	FRED⁃AHMADU O H， BHAGWAT G， OLUYOYE I， et al. Interaction of Chemical Contaminants with Microplastics： Principles and Perspectives［J］. Science of the Total Environment， 2020， 706： 135978.
2	LAW K L， THOMPSON R C. OCEANS. Microplastics in the Seas［J］. Science，2014， 345（6193）：144⁃145.
3	GEYER R， JAMBECK J R， LAW K L. Production， Use， and Fate of All Plastics Ever Made［J］. Science Advances， 2017， 3（7）：e1700782.
4	LEE J， HONG S， SONG Y K， HONG S H， et al. Relationships Among the Abundances of Plastic Debris in Different Size Classes on Beaches in South Korea［J］.Marine Pollution Bulletin， 2013，77（1⁃2）： 349⁃354．
5	张思梦，查金，孟伟，等. 环境中的微塑料及其对人体健康影响综述［J］. 中国塑料， 2019， 33（4）： 81⁃88.
	ZHANG S M， CHA J， MENG W， et al. A Review of Microplastics in the Environment and Its Effect on Human Health ［J］. China Plastics， 2019， 33（4）： 81⁃88.
6	周倩，章海波，周阳，等. 滨海潮滩土壤中微塑料的分离及其表面微观特征［J］. 科学通报，2016， 61（14）： 1 604⁃1 611.
	ZHOU Q， ZHANG H B， ZHOU Y， et al. Separation of Microplastics from a Coastal Soil and Their Surface Microscopic Features ［J］. Chinese Science Bulletin， 2016， 61（14）： 1 604⁃1 611.
7	SHAN J J， ZHAO J B， LIU L F， et al. A Novel Way to Rapidly Monitor Microplastics in Soil By Hyperspectral Imaging Technology and Chemometrics［J］.Environmental Pollution， 2018， 238：121⁃129.
8	周倩，田崇国，骆永明. 滨海城市大气环境中发现多种微塑料及其沉降通量差异［J］.科学通报， 2017， 62： 3 902⁃3 909.
	ZHOU Q， TIAN C G， LUO Y M. Various Forms and Deposition Fluxes of Microplastics Identified in the Coastal Urban Atmosphere［J］. Chinese Science Bulletin， 2017， 62（33）： 3 902⁃3 909.
9	DRIS R， GASPERI J， ROCHER V， et al. Microplastic Contamination in an Urban Area： a Case Study in Greater Paris［J］.Environmental Chemistry，2015，12（5）： 592⁃599．
10	BROWNE M A， DISSANAYAKE A， GALLOWAY T S， et al. Ingested Microscopic Plastic Translocates to the Circulatory System of the Musse， Mytilus Edulis （L）［J］. Environmental Science ＆ Technology， 2008， 42（13）：5 026⁃5 031．
11	CASTANEDA R A， AVLIJAS S， SIMARD M A， et al. Microplastic Pollution in St. Lawrence River Sediments［J］.Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences， 2014，71（12）： 1 767⁃1 771．
12	STOLTE A，FORSTER S，GERDTS G，SCHUBERT H. Microplastic Concentrations in Beach Sediments Along the German Baltic Coast ［J］.Marine Pollution Bulletin， 2015，99（1⁃2）： 216⁃229．
13	KLEIN S， WORCH E， KNEPPER T P. Occurrence and Spatial Distribution of Microplastics in River Shore Sediments of the Rhine⁃Main Area in Germany ［J］. Environmental Science ＆ Technology， 2015， 49（10）：6 070⁃6 076．
14	CARPENTER E J， ANDERSON S J， HARVEY G R. Polystyrene Spherules in Coastal Waters［J］. Science （New York，NY），1972， 178（ 4062）：749⁃750．
15	张娜，周雅雯，白玉，等. 微塑料对肠道菌群影响作用的研究进展［J］. 中国塑料， 2020， 34（3）： 103⁃110.
	ZHANG N， ZHOU Y W， BAI Y， et al.. Research Progress in Effect of Microplastics on Intestinal Flora［J］. China Plastics， 2020， 34（3）： 103⁃110.
16	ROMEO T， PIETRO B， PEDA C， et al．First Evidence of Presence of Plastic Debris in Stomach of large Pelagic Fish in the Mediterranean Sea ［J］.Marine Pollution Bulletin， 2015， 95（ 1）：358⁃361．
17	LVAN CAUWENBERGHE， CLAESSENS M， VANDEGEHUCHTE M B， JANSSEN C R. Microplastics are Taken up by Mussels （ Mytilus Edulis） and Lugworms （ Arenicola Marina） Living in Natural Habitats［J］.Environmental Pollution， 2015， 199：10⁃17．
18	王文华，王淑琴，徐维并，等. 北京昆明湖底泥中有机物的表征［J］. 环境科学学报，1995，4（5）：99⁃103.
	WANG W H， WAGN S Q， XU W B， et al. Characterization of Crganic Compounds in Sediments of Kunming Lake in Beijing［J］. Acta Scientiae Circumstantiae， 1995，4（5）：99⁃103.
19	LEE H， SHIM W J， KWON J H．Sorption Capacity of Plastic Debris for Hydrophobic Organic Chemicals ［J］. Science of the Total Environment， 2014， 470： 1 545⁃1 552．
20	FRIES E， DEKIFF J H， WILLMEYE R J， et al．Identification of Polymer Types and Additives in Marine Microplastic Particles Using Pyrolysis⁃GC /MS and Scanning Electron Microscopy ［J］. Environmental Science⁃Processes ＆ Impacts， 2013， 15（ 10）：1 949⁃1 956．
21	ERIKSEN M， MASON S， WILSON S， et al．Microplastic Pollution in the Surface Waters of the Laurentian Great Lakes ［J］.Marine Pollution Bulletin， 2013， 77（1⁃2）：177⁃182．
22	CLAESSENS M， DE MEESTER S， LVAN LANDUY T， et al．Occurrence and Distribution of Microplastics in Marine Sediments Along the Belgian Coast ［J］. Marine Pollution Bulletin， 2011， 62（10）：2 199⁃2 204．
23	LEE K W， SHIM W J， KWON O Y， et al．Size⁃dependent Effects of Micro Polystyrene Particles in the Marine Copepod Tigriop Usjaponicus［J］.Environmental Science ＆ Technology， 2013， 47（ 19）：11 278⁃11 283．
24	DEKKIFF J H，REMY D，KLASMEIE R J，FRIES E． Occurrence and Spatial Distribution of Microplastics in Sediments From Norderney［J］.Environmental Pollution，2014，186： 248⁃256．
25	BROWNE M A，GALLOWAY T S，THOMPSON R C． Spatial Patterns of Plastic Debris Along Estuarine Shorelines ［J］Environmental Science ＆ Technology，2010，44（ 9）：3 404⁃3 409．
26	FRIAS J，SOBRAL P，FERREIRA A. Organic Pollutants in Microplastics from Two Beaches of the Portuguese Coast ［J］．Marine Pollution Bulletin，2010，60（ 11）： 1 988⁃1 992．
27	COLLARD F， GILBER T B， EPPE G， PARMENTIER E， DAS K． Detection of Anthropogenic Particles in Fish Stomachs： an Isolation Method Adapted to Identification by Raman Spectroscopy［J］.Archives of Environmental Contamination and Toxicology， 2015， 69（ 3）：331⁃339．
28	LVAN CAUWENBERGHE， AVAN REUSEL， MEES J， et al. Microplastic Pollution in Deep⁃sea Sediments［J］.Environmental Pollution，2013，182：495⁃499．
29	ZHOU X X ， HAO L T， WANG H Y Z， et al. Cloud⁃Point Extraction Combined with Thermal Degradation for Nanoplastic Analysis Using Pyrolysis Gas Chromatography⁃Mass Spectrometry［J］. Analytical Chemistry， 2019.
30	FISCHER M ， SCHOLZ⁃BTTCHER B M. Simultaneous Trace Identification and Quantification of Common Types of Microplastics in Environmental Samples by Pyrolysis⁃Gas Chromatography⁃Mass Spectrometry［J］. Environmental Science & Technology， 2017， 51（9）： 5052.
31	DAVIDJAN， STEINMETZZACHARIAS， JIŘÍKUČE⁃RÍK， et al. Quantitative Analysis of Poly（ethylene terephthalate） Microplastics in Soil via Thermogravimetry⁃Mass Spectrometry［J］. Analytical Chemistry2018 90 （15）： 8 793⁃8 799.
32	DÜMICHENERIK， BARTHELANNE⁃KATHRIN， BRAUNULRIKE， et al. Analysis of Polyethylene Microplastics in Environmental Samples， Using a Thermal Decomposition Method［J］. Water Research，2015（85）： 451⁃457.
33	SONG Y K， HONG S H， JANG M， HAN G M， SHIM W J．Occurrence and Distribution of Microplastics in the Sea Surface Microlayer in Jinhae Bay，South Korea［J］．Archives of Environmental Contamination and Toxicology， 2015， 69（ 3）：279⁃287．
34	从树阁，方菲，魏涛，等．裂解气相色谱在石油化工中的应用进展［J］.现代化工，2013，33（8）：128⁃133.
	CONG S G，FANG F， WEI T， et al. Application Progress of Pyrolysis Gas Chromatography in Petroleum Chemical Industry［J］. Modern Chemical Industry，2013，33（8）：128⁃133.
35	WOODALL L C， SANCHEZ⁃VIDAL A， CANALS M， et al. The deep sea is a major sink for Microplastic Debris［J］. Royal Society Open Science， 2014， 1（4）：140317.
36	薛奇. 高分子结构研究中的光谱方法［M］.高等教育出版社，1995：36⁃53.
37	陈键，张桂云，黄仕锋，等. 聚丙烯热氧老化机理的研究［J］. 中国塑料， 2015， 29（07）： 63⁃66.
	CHEN J， ZHANG G Y， HUANG S F， et al. Study on Aging Mechanism of Polypropylene ［J］. China Plastics， 2015， 29（07）： 63⁃66.
38	王维，辛畅，封卓帆，等. 聚乙烯红外及变温红外光谱研究［J］. 化学推进剂与高分子材料， 2020， 104（02）：68⁃74.
	WANG W， XIN C， FENG Z F， et al. Study on Infrared and Temperature⁃dependent Infrared Spectra of Polyethylene［J］. Chemical Propellants & Polymeric Materials， 2020， 104（02）：68⁃74.
39	李洪. 傅里叶红外光谱（ATR）法鉴别尼龙6和尼龙66［J］. 合成材料老化与应用， 2020， 211（01）：59⁃60.
	LI H. Identification of Nylon 6 and Nylon 66 with Fourier Transform Infrared Spectroscopy（ATR）［J］. Synthetic Materials Aging and Application， 2020， 211（01）：59⁃60.
40	张燕，黄亚平. 基于红外光谱法的聚丙烯等规指数定量检测与分析［J］. 合成树脂及塑料， 2019，36（5）：78⁃81.
	ZhANG Y， HUANG Y. Quantitative Detection and Analysis for PP Isotactic Index Based on IR Spectrometry［J］. China Synthetic Resin and Plastics， 2019，36（5）：78⁃81.
41	杨康，曾化雨，钟安澜，等. 氯乙烯共聚弹性体对聚氯乙烯的改性及性能影响［J］. 中国塑料， 2020， 34（9）： 16⁃21.
	YANG K， ZENG H Y， ZHONG A L， et al. Effect of Vinyl Chloride Copolymer Elastomer on Modification and Properties of PVC［J］. China Plastics， 2020， 34（9）： 16⁃21.
42	杨左军，邹慧萍，林君峰，等. 傅里叶变换红外光谱法测定PMMA/ABS共混物中的共混组分［J］. 塑料科技， 2019， 330（10）：137⁃141.
	YANG Z J， ZOU H P， LIN J F， et al.Determination of Blend Components in PMMA/ABS Blends by FTIR［J］. Plastics Science and Technology， 2019， 330（10）：137⁃141.

[1]	GUO Yuwen, ZENG Bei, GAO Xing, WANG Pan, REN Lianhai. Effect of PET microplastics on performance of co⁃digestion of sewage sludges and food wastes [J]. China Plastics, 2022, 36(7): 51-60.
[2]	NI Jia, DUAN Kaige, ZHU Hui, HU Mingyuan, CHENG Zhi, YU Dongming. Preparation and Performance of New EVOH/PE⁃RT Alloy⁃coated PE⁃RT Double⁃layer Oxygen Barrier Tube [J]. China Plastics, 2021, 35(7): 32-35.
[3]	. Innovation Design of Injection Molds for Military Telescope Shells Based on Intersectional Slider Threaded Core-pulling Mechanism [J]. China Plastics, 2017, 31(4): 97-101 .
[4]	Qing-peng ZENG Rong Min-Zhi . Epoxy Resin Modified with Hyperbranched Polyesters as LED Packaging Materials [J]. China Plastics, 2013, 27(12): 17-22 .
[5]	Liu Shansheng wei Yuan. Determination of Gas Transmission of Plastic Wrap by Small Range Differentialpressure Instrument [J]. China Plastics, 2012, 26(11): 107-109 .