Forskare har utvecklat en ny ljusbaserad metod för att identifiera plastpartiklar i stora mängder vatten. Det nya systemet kan hjälpa forskare att bättre förstå hur små partiklar distribueras djupt i havet.

"Det tillvägagångssätt vi visar banar väg för långsiktighet, global analys av marina partiklar och mikroplast med hjälp av stora nätverk av observationsplattformar, som flottör eller segelflygplan, "sade forskargruppmedlem och huvudförfattare Tomoko Takahashi från Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology." Sådana nätverk kan göra det möjligt att spåra förändringar i distributionen och överflödet av djuphavspartiklar över tid vid hög upplösning. Denna information kan ge ny insikt om hur marina partiklar mikroplast distribueras i djuphavet. "

I tidskriften Optical Society (OSA) Applied Optics, forskarna rapporterar hur de kombinerade högupplöst holografisk avbildning med den kemiska information som finns tillgänglig från Raman-spektroskopi för att skapa en på plats, eller på plats, avkänningsmetod som en dag kan användas för att upptäcka, identifiera och mäta fördelningen av partiklar som finns i havet utan någon provberedning eller manipulation.

"Än så länge, det har bara varit möjligt att mäta bulkfördelningen av partiklar in situ, "sa Takahashi." För att förstå fördelningen av specifika typer av partiklar, vi måste kunna lösa deras form och sammansättning med tillräcklig känslighet för att detektera bara några partiklar i en liter havsvatten. "

Kombinera bild- och spektralinformation

I dag, Att studera partiklar i havet kräver vanligtvis att samla partiklar som har samlats i ett filter eller en fälla och sedan ta dessa till ett laboratorium för analys. Detta är dyrt eftersom det kräver att fartyg och sofistikerade undervattensfordon skickas till avlägsna områden i havet, ofta flera gånger under en period av månader eller år. Även då, tillvägagångssättet avslöjar bara vad som händer på några diskreta platser under en bestämd tidsperiod.

För att uppnå kontinuerlig övervakning, forskarna utvecklade en kompakt laboratorieuppställning där en enda laserstråle skickades genom en kanal med havsvatten som var flera tiotals centimeter lång. När en partikel passerar genom kanalen, den interagerar med ljuset och genererar ett optiskt interferensmönster som kan användas för att bestämma partikelns form med hög upplösning. En liten andel av ljuset interagerar också med partikeln på molekylär nivå, ändra ljusets våglängd och lämna ett spektralt fingeravtryck som kan användas för att detektera partikelns sammansättning.

Forskarna använde sin inställning för igenkänning och kemisk identifiering av två typer av plastpartiklar. Detta demonstrerade systemets förmåga att identifiera plastpartiklar i en stor vattenvolym morfologiskt och kemiskt samtidigt som det spenderar lite energi.

Mot långsiktiga observationer

"Att kunna kombinera dessa metoder i en kompakt, låg energiinställning är viktig för framtida tillämpningar av denna avkänningsmetod med lång uthållighet, mobila robotplattformar i havet, "sa Takahashi." Vår teknik kan också användas för att observera organiska partiklar, såsom plankton och oorganiska mineraler, som kan bidra till att ge viktig insikt om näringsämnen och andra kemiska cykler i havet. "

För att gå närmare deras långsiktiga mål om ett system för kontinuerlig havsobservation, forskarna arbetar för att öka instrumentets känslighet och fullt automatisera datainsamling och analys. Eftersom kommunikationsbandbredderna för avlägsna platser till havs är för låga för att överföra råa bilder och spektra, Det kommer att vara viktigt att på ett tillförlitligt sätt bestämma partikeltypen vid observationspunkten så att endast de bearbetade resultaten behöver överföras till land.