利用光学技术追踪海洋中微塑料的流动

海洋中高浓度的微塑料会通过减少光的传输来破坏海洋光合生物的功能。为了评估微塑料污染物散射和吸收光的程度，研究人员研究了聚酰胺-12 (PA12)颗粒的辐射特性，这是一种常见的海洋微塑料污染物。他们的研究表明，PA12散射了大部分入射到它上面的光，这表明可以通过光学监测进入海洋生态系统的微塑料流动。

　　

   

   

图片:海洋微塑料污染物PA12的显微照片。

微塑料是一种直径小于5毫米的微小塑料颗粒，是一种新型的海洋环境污染物。微塑料通常是由较大的塑料碎片分解产生的，但个人护理产品中使用的塑料微珠也可以产生微塑料。多年来，海洋中的微塑料污染物显著增加，最近估计，世界海洋中含有超过24.4万亿粒微塑料，重量在8.2万至57.8万吨之间。微塑料极有可能正在被海洋生物消耗，并已遍布水生食物链。

此外，微塑料还会阻碍光通过海水的传输，对海洋生态系统产生负面影响。这破坏了浮游植物和藻类等光合生物的功能，从而导致整个食物链的级联效应。因此，有必要评估微塑料的辐射特性(吸收和散射)，以确定它们对光传播的破坏程度。

幸运的是，在《光学工程》杂志上发表的一项新研究中，来自中国和新加坡的研究人员挺身而出。在他们的研究中，他们确定了聚酰胺-12 (PA12)的吸收系数和反射率，这是一种常见的海洋微塑料污染物，产生于服装、化妆品和包装行业。研究人员特别关注测量两个重要参数:吸收系数，它表示吸收的光量，以及消光系数，它说明了光被粒子衰减(吸收和散射)。

因此，他们构建了一个光学实验装置，包括光源、光纤、一个可调的试管支架(用于容纳被检测的微塑料溶液)和一个光谱仪(用于评估通过样品的光量)。对于微塑料溶液，他们制备了含有平均直径约97.8微米的PA12颗粒的悬浮液。为了评估光散射的程度，他们测量了光通过一个装有去离子水的玻璃试管的透射量，没有任何污染物，以设定基准。然后，他们在石英玻璃试管中重复了微塑料悬浮粉末的实验。通过这些测量，他们估计出了PA12的消光系数。

吸收参数的测量方法相似。研究人员使用积分球收集微塑料悬浮液向不同方向散射的光，并将其定向到光谱仪进行分析。

分析显示，PA12悬浮液的散射反照率(散射效率与总消光效率的比值)为0.7，这意味着大部分通过它的光都被散射了。该研究的通讯作者马春阳博士说:“PA12的散射主导特征改变了海水中光的分布，从而影响了海洋生态。”

此外，PA12粒子被发现可以吸收特定波长的入射辐射。在波长为692、728、764、800、835和940 nm处观察到PA12的吸收峰。这些对应于亚甲基和酰胺基团的振动吸收，”Ma说。

有了这些见解，研究人员认为PA12的辐射特性可以用于光学监测微塑料流入海洋的流动。反过来，这可以帮助我们防止它们进入水生和陆地食物链，减轻它对包括人类在内的所有生命形式的威胁。