纳米红外光谱仪：微塑料检测的“显微镜”

在当今的环境科学研究中，微塑料污染已成为全球性的生态问题。这些微小的塑料颗粒，尤其是纳米级别的微塑料（NPs），因其尺寸小、难以被传统检测手段识别，给环境监测和污染治理带来了巨大挑战。然而，随着科技的不断进步，纳米红外光谱仪（AFM-IR）的出现为微塑料的检测和研究带来了新的曙光。

Bruker的共振增强 AFM-IR 模式

AFM-IR：纳米尺度的“火眼金睛”

AFM-IR是一种将原子力显微镜（AFM）与红外光谱技术相结合的先进检测手段。它通过将红外激光照射到样品表面，利用AFM探针检测样品因吸收红外光而产生的热膨胀信号，从而实现对纳米尺度物质的化学成分和结构的分析。这种技术不仅具有极高的空间分辨率（可达10纳米），还能提供丰富的化学信息，是研究微塑料的理想工具。

布鲁克 Anasys nanoIR3 纳米红外光谱

微塑料检测的新突破

近期，一项发表在《Environmental Science:Nano》杂志上的研究 [Local infrared spectral measurement system for the inspection of independent nano-plastic particles in water-based solutions]展示了布鲁克AFM-IR （Anasys Instruments)在微塑料检测中的强大潜力。

漂浮在海洋中的微塑料被误认为是浮游植物或海藻，并可能通过食物链进行积累对顶级捕食者造成慢性健康影响。但纳米塑料的体积比微塑料小得多，其生物效应和纳米物理性质尚不清楚。从自然界收集的纳米塑料的形态和物理性能也难以测量和分析。

本研究提出了一种新的气泡积累方法，该方法可以捕获在水基溶剂中稀释的单个纳米颗粒，并评估每个独立纳米颗粒的形状和局部红外光谱。研究人员已经用纳秒激光烧蚀产生的确定尺寸的纳米颗粒演示了这个系统。随着微泡的浓缩过程，已经能够通过AFM-IR分析单个纳米颗粒的材料特性。

纳米粒子的原子力显微镜图像和纳米红外光谱图。

纳米红外光谱分析结果表明，随着氧化反应的进行，纳米颗粒的粒径逐渐减小。这种纳米粒子浓度和分析的系统方法特别有助于生物适应性研究，因为纳米粒子物理性质的鉴定可以更好地理解环境/生物效应和关系以及纳米粒子聚集机制和粒子之间的原子相互作用。

微塑料的“指纹”识别

微塑料在环境中会经历复杂的物理和化学变化，例如氧化反应。这些变化不仅影响微塑料的物理性质，还可能改变其毒性。纳米红外光谱能够通过检测微塑料表面的化学官能团（如羰基、羟基等）的变化，为微塑料的“指纹”识别提供了可能。例如，在上述研究中，AFM-IR检测到了纳米颗粒表面因氧化而产生的羰基（1735 cm⁻1）和羟基（3400 cm⁻1）等特征吸收峰，这些特征峰为微塑料的来源和老化程度提供了重要线索。

从实验室到实际应用

AFM-IR技术在微塑料检测中的应用不仅限于实验室研究。其高灵敏度和高分辨率的特点使其有望成为环境监测中的重要工具。通过进一步优化检测方法和提高检测效率，AFM-IR有望在实际水体样本中快速、准确地检测微塑料的存在，为环境治理提供科学依据。

结语

纳米红外光谱仪（AFM-IR）的出现为微塑料的研究和检测带来了新的机遇。它不仅能够揭示微塑料的化学本质，还能帮助我们更好地理解微塑料在环境中的行为和影响。随着技术的不断进步，AFM-IR有望在未来成为微塑料污染治理的重要“武器”，为保护地球环境贡献力量。

参考文献

[1] Kanehara I, Nagasaka T, Seki H, et al. Local infrared spectral measurement system for the inspection of independent nano-plastic particles in water-based solutions[J]. Environmental Science: Nano, 2025, 12(2): 1107-1115.