Lysbaseret system lægger grundlag for kontinuerlig overvågning af havets plastikpartikler

Forskere har udviklet en ny lysbaseret metode til at identificere plastikpartikler i store mængder vand. Det nye system kan hjælpe forskere med bedre at forstå, hvordan små partikler bliver fordelt dybt i havet.

"Den tilgang, vi viser, baner vejen for langsigtet, global skalaanalyse af marine partikler og mikroplast ved hjælp af store netværk af observationsplatforme, såsom flydere eller svævefly, " sagde forskerteammedlem og hovedforfatter Tomoko Takahashi fra Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology. "Sådanne netværk kan gøre det muligt at spore ændringer i fordelingen og overfloden af ​​dybhavspartikler over tid i høj opløsning. Denne information kan give ny indsigt i, hvordan marine partikler mikroplastik bliver fordelt i dybhavet."

I Optical Society (OSA) tidsskrift Applied Optics, forskerne rapporterer, hvordan de kombinerede højopløsnings holografisk billeddannelse med den kemiske information tilgængelig fra Raman-spektroskopi for at skabe en on-site, eller in situ, sansemetode, der en dag kunne bruges til at opdage, identificere og måle fordelingen af ​​partikler fundet i havet uden prøveforberedelse eller manipulation.

"Indtil nu, det har kun været muligt at måle bulkfordelingen af ​​partikler in situ, " sagde Takahashi. "For at forstå fordelingen af ​​specifikke typer partikler, vi skal være i stand til at opløse deres form og sammensætning med tilstrækkelig følsomhed til at detektere nogle få partikler i en liter havvand."

Kombination af billeddannelse og spektral information

I dag, at studere partikler i havet kræver typisk opsamling af partikler, der har samlet sig i et filter eller en fælde, og derefter at tage disse til et laboratorium til analyse. Dette er dyrt, fordi det kræver at sende skibe og sofistikerede undervandsfartøjer til fjerntliggende områder af havet, ofte flere gange over en periode på måneder eller år. Selv da, tilgangen afslører kun, hvad der sker på nogle få diskrete steder over en fast periode.

For at opnå kontinuerlig overvågning, forskerne udviklede en kompakt laboratorieopstilling, hvor en enkelt laserstråle blev sendt gennem en kanal med havvand på flere titusinder centimeter lang. Når en partikel passerer gennem kanalen, den interagerer med lyset og genererer et optisk interferensmønster, der kan bruges til at bestemme formen på partiklen med høj opløsning. En lille del af lyset interagerer også med partiklen på molekylært niveau, at ændre lysets bølgelængde og efterlade et spektralt fingeraftryk, der kan bruges til at detektere sammensætningen af ​​partiklen.

Forskerne brugte deres opsætning til genkendelse og kemisk identifikation af to typer plastikpartikler. Dette demonstrerede systemets evne til at identificere plastikpartikler i et stort vandvolumen morfologisk og kemisk, mens det bruger lidt energi.

Mod langsigtede observationer

"At være i stand til at kombinere disse metoder i en kompakt, lavenergiopsætning er vigtig for fremtidige anvendelser af denne sensormetode ved brug af lang udholdenhed, mobile robotplatforme i havet, " sagde Takahashi. "Vores teknik kan også bruges til at observere organiske partikler, såsom plankton og uorganiske mineraler, som kan hjælpe med at give vigtig indsigt i næringsstoffer og andre kemiske kredsløb i havet."

At bevæge sig tættere på deres langsigtede mål om et system til kontinuerlig havobservation, forskerne arbejder på at øge instrumentets følsomhed og fuldautomatisere dataindsamling og analyse. Fordi kommunikationsbåndbredderne for fjerntliggende steder på havet er for lave til at transmittere rå billeder og spektre, det vil være vigtigt at bestemme partikeltypen pålideligt på observationsstedet, så kun de bearbejdede resultater skal transmitteres til land.