Phương pháp Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) để phân tích Vi nhựa (Microplastics)

Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) là một công cụ tối ưu trong lĩnh vực mô tả đặc tính vật liệu để nghiên cứu các liên kết hóa học của vi nhựa (MP). Quang phổ FTIR được thực hiện thông qua giao thoa ánh sáng, cho phép quét tất cả các tần số có trong bức xạ hồng ngoại. Bằng cách áp dụng phép biến đổi Fourier, giao thoa được chuyển đổi thành quang phổ với các đỉnh tương ứng với các liên kết hóa học hoặc dao động phân tử cụ thể. Vùng quang phổ ghi lại ở chế độ hấp thụ trong phạm vi 4000 đến 400 cm­­^-1.

Cacbon trong polyme như polyethylene, polypropylene và polystyrene đều được FTIR dễ dàng nhận dạng bởi các thành phần liên kết khác nhau tạo ra quang phổ duy nhất phân biệt nhựa với các hạt hữu cơ và vô cơ khác.

Một polyme bề vững không chỉ cho phép xác nhận chất dẻo mà còn xác định các loại polyme cụ thể. Hơn nữa, FTIR là một kỹ thuật không dễ phá hủy hay cùng một mẫu có thể được phân tích nhiều lần nếu cần.

FTIR bao gồm ba chế độ: truyền,  hệ số phản xạ và phản xạ toàn phần suy giảm (ATR). Ở chế độ truyền qua, các hạt được khảo sát cần phải mỏng (<100 μm) để tránh sự hấp thụ toàn phầ trong phổ FTIR. Hệ số phản xạ μ-FTIR phù hợp nhất với các bề mặt phẳng có sai số khúc xạ thấp, trong khi các phép đo vật liệu có hình dạng bất thường phải tính đến sai số khúc xạ. Ngược lại, quang phổ ATR-FTIR tạo ra phổ ổn định từ các MP không đều.

Có thể phân tích các hạt lớn hơn (>500nm) bằng cách sử dụng phản xạ toàn phần suy giảm, nhưng các hạt nhỏ yêu cầu sử dụng micro-FTIR (μ-FTIR) cho phép hiển thị, lập bản đồ và thu thập quang phổ đồng thời. Hiện tại, μ-ATR-FTIR cung cấp một phương pháp hữu ích để xác định hạt vi nhựa trong các mẫu môi trường, với việc xác định các hạt giống nhựa bằng kính hiển vi và xác nhận hóa học sau đó bằng quang phổ.

FTIR có thể phát hiện ra cấu trúc polyme như sự đa dạng của vi nhựa nhưng đó là phương pháp tốn thời gian. Mặc dù công nghệ lập bản đồ bán tự động giúp giảm đáng kể thời gian vận hành trong FTIR, nhưng cần ít nhất 9 tiếng để quét một tờ giấy lọc (tối đa hai mẫu một ngày, bao gồm cả yêu cầu thay thế mẫu).

Tài liệu tham khảo:

1.  W. J. Shim, et al.,  Anal. Methods, 2016, DOI: 10.1039/C6AY02558G.
2. Primpke S. et al. , 2018, “Reference database design for the automated analysis of microplastic samples based on Fourier transform” , Analytical and Bioanalytical Chemistry (2018) 410:5131–5141 https://doi.org/10.1007/s00216-018-1156-x 
3. Chen, Yiyang et al., (2020), “Identification and quantification of microplastics using Fourier Transform Infrared Spectroscopy: current status and future prospects”, Current Opinion in Environmental Science & Health, (), S2468584420300374–.  doi:10.1016/j.coesh.2020.05.004    

Người viết: Moe Thazin Shwe, SOLEN Research Associate – IPC panel member

Người chỉnh sửa: Hendra WINASTU, SOLEN Principal Associate – IPC panel coordinator

Ngày đăng: 17/3/2023

Article#: SOLEN-IPC-0012