光学监测助力海洋微塑料污染治理

       微塑料，指直径小于5毫米的塑料颗粒，是一种造成污染的主要载体。实际上，微塑料的粒径范围从几微米到几毫米不等，是形状多样的非均匀塑料颗粒混合体，肉眼往往难以分辨，被形象地称为“海中的PM2.5。微塑料通常是由较大的塑料碎片分解产生的，比如聚乙烯、聚苯乙烯等各式各样的塑料暴露在自然环境中被风吹日晒，虽不能被完全降解，但也是在逐渐变小，变成了比颗粒更小的微塑料。另外，人们使用的化妆品或者清洁用品中有大量的磨砂颗粒，这也是微塑料的主要来源之一。

       近年来，全球海洋中的微塑料污染物快速增长，据最新的一项研究显示，世界上层海洋中估计有24.4万亿件微塑料,总重量高达578000吨。更为严重的是，微塑料会被海洋生物摄食，进入到水生食物链中。这些污染物在生物体内累积并随食物链传递，进而可能对人类健康造成有害影响。

       此外, 大量的微塑料漂浮在海洋表面、悬浮在各层海水中, 因塑料对太阳光有遮挡作用和反射作用, 进而导致光线在海水中的传播受阻, 最终对藻类的光合作用造成抑制效应，以至于其他生物缺氧或由缺氧而影响正常的生态系统功能。因此，探究微塑料的辐射特性(吸收和散射)，以确定它们对海水中光线传播所造成的影响是非常有必要的。

海洋微塑料污染物PA12的显微照片

       基于此，南昌大学和新加坡国立大学环境研究所的研究人员设计了一种光学实验装置，成功测试了聚酰胺-12 (PA12)的吸收系数和反射率。该成果以“Thermal radiative properties of polyamide-12 from 0.2 to 1.1 μm”为题发表在Optical Engineering（ DOI: 10.1117/1.OE.62.3.034102 ）上。

        聚酰胺-12（PA12）是一种常见的海洋微塑料污染物，主要来源于服装、化妆品和包装工业等领域。研究人员最关注的两个重要参数是聚酰胺-12的吸收系数和消光系数。因此，他们利用光源、光纤、可调节试管支架（盛放微塑料溶液）、光纤光谱仪搭建了一个光学实验装置来对样品的透光量进行测量。其中，微塑料溶液是平均直径约为97.8µm的PA12颗粒的悬浮液。

       实验中，研究人员首先对一个盛有去离子水的石英玻璃试管透光量进行测试，以此来设定一个基准。然后，他们将PA12颗粒悬浮液加入玻璃试管中重复测试。通过这些测量，他们得到了PA12的消光系数。

        与消光系数的测量方法相类似，研究人员通过积分球来收集微塑料悬浮液在不同方向上的散射光，并利用光谱仪进行分析。结果显示，PA12悬浮液的散射反照率(散射效率与总消光效率之比)为0.7，这意味着通过它的大部分光都被散射了。该研究的通讯作者Chunyang Ma表示，PA12以散射为主的特征改变了海水中的光分布，进而对海洋生态产生影响。此外，他们还在692nm、728nm、764nm、800nm、835nm和940 nm波长处观察到PA12具有吸收峰，这些对应于亚甲基和酰胺基团的振动吸收。

       该研究团队称，有了这些研究数据，人们可以利用PA12的辐射特性来对微塑料流入海洋的情况进行光学监测，从而防止微塑料进入水生和陆生食物链，减轻其对包括人类在内的所有生物的威胁。