海水中微塑料無處可藏？這項“原位檢測”黑科技正掀起環保監測革命！

無需樣品預處理、不破壞微塑料形態、直接對濾膜上的殘留物進行成像分析——一項來自丹麥Lightnovo的拉曼成像技術，正悄然改變海洋微塑料監測的現狀。

你或許不知道，每年有超過800萬噸塑料垃圾進入海洋，它們逐漸分解成小于5毫米的微塑料，悄然進入食物鏈，最終可能抵達我們的餐桌。

面對如此隱形的污染，如何精準、快速地檢測海水中的微塑料，一直是環保領域的重大挑戰。

近日，一項基于2D拉曼成像與化學計量學分析的創新技術，成功實現了對海水中微塑料的“原位識別"，不僅大幅提升檢測效率，更避免了傳統方法中樣品損耗與污染的問題。

01 隱形的威脅：微塑料污染已成世界性難題

微塑料，指尺寸小于 5毫米 的合成塑料顆粒，廣泛存在于海水、土壤甚至空氣中。

它們容易被海洋生物吞食，進入食物鏈，最終影響生態系統和人類健康。

目前，多個海域均已檢測出微塑料的存在，地中海、北大西洋、東海 等區域尤為嚴重。

傳統檢測方法通常需要將水樣過濾、化學處理、分離提取，過程繁瑣且容易導致微塑料損失或形態改變。

海水中微塑料污染示意圖（圖片來源：Lightnovo）

02 檢測困境：傳統方法為何“力不從心"

目前常用的微塑料分析方法包括 傅里葉變換紅外顯微鏡、熒光顯微鏡、掃描電鏡、熱解氣相色譜-質譜聯用 等。

這些方法大多需要將濾膜上的殘留物取下，并進行一系列預處理，如 浮選分離、化學消解、篩分過濾、烘干 等。

不僅流程復雜、耗時耗力，還可能造成微塑料的 損失、聚集、形態改變，影響檢測結果的準確性。

更重要的是，這些步驟往往無法在采樣現場完成，樣品必須運回實驗室，進一步增加了分析的時間與成本。

03 突破性技術：拉曼成像實現“濾膜上直接分析"

丹麥Lightnovo公司推出的 RG拉曼顯微鏡，結合 2D拉曼成像 與 多元曲線分辨率-交替最小二乘法 技術，實現了對濾膜上殘留物的 原位分析。

該技術無需將殘留物從濾膜上取下，也無需去除其他雜質，直接在濾膜表面進行拉曼光譜掃描，通過化學成像識別微塑料的種類與分布。

Lightnovo RG拉曼顯微鏡實物圖

其工作原理可簡述為：

• 使用532nm激光對濾膜表面進行逐點掃描

• 每個點采集一個拉曼光譜，構成一個 三維數據立方體

• 通過MCR-ALS算法分解出不同化學成分的“純光譜"與濃度分布圖

• 將純光譜與微塑料數據庫比對，實現自動識別

04 實際應用：地中海海水樣本的檢測實例

為驗證該技術的實用性，研究團隊從 意大利那不勒斯附近海域 采集海水樣本，使用孔徑為 $5\times 5\mu m^2$ 的多孔硅膜過濾10升海水，干燥后直接置于顯微鏡下分析。

掃描區域為 $10\times 10m{m}^2$，共計60萬個掃描點，每個點采集4056個波數 的光譜數據，總數據量達 14.6億點。

通過關鍵空間像素與關鍵光譜變量篩選方法，數據量被壓縮至 85.5萬點，降維三個數量級，大大提升了處理效率。

不同波數下拉曼信號的空間分布圖，部分峰值對應微塑料信號

05 分析結果：多類微塑料被成功識別

經過MCR-ALS分解，共識別出 7種化學成分，其中 3種 來自硅濾膜本身，其余 4種 為殘留物中的成分。

通過與“自然風化微塑料拉曼數據庫"比對，成功識別出：

• 組分1：聚酯類微塑料，高相關性（HQI=0.87），形態類似纖維，直徑數十微米

• 組分4：聚酰胺類，即尼龍，高相關性（HQI=0.97），呈顆粒狀均勻分布

• 組分7：可能為塑料類物質，中等相關性（HQI=0.62）

• 組分5未在數據庫中找到匹配，可能為其他有機物或風化程度較高的塑料

MCR-ALS分解得到的“純光譜"與數據庫匹配光譜對比

06 技術優勢：為何這項技術值得關注

原位無損檢測
無需樣品預處理，避免微塑料損失與污染，保持其原始形態與化學狀態。

高通量成像
單次掃描可覆蓋 $10\times 10m{m}^2$ 區域，實現大面積快速篩查。

化學識別精準
基于拉曼光譜的“指紋識別"，可區分不同類型的塑料，甚至檢測其表面風化與降解程度。

適合現場部署
設備便攜，數據分析算法經過優化，可在標準筆記本電腦上運行，適合野外或船載檢測。

數據可追溯
完整保留空間分布信息，支持后期復核與深入研究。

目前，Lightnovo的這項技術已在地中海微塑料監測中成功應用，未來有望推廣至 河流、湖泊、飲用水源 等多種水體的微塑料污染調查中。

隨著各個國家對微塑料污染重視程度的提升，這種 快速、準確、原位 的檢測技術，或許將成為環保監測領域的標配工具。

海洋的“隱形污染"正被科技之光逐一照亮——而這，只是開始。