使用扫描电镜量化软体动物中的含氯微塑料

独特的自动化软件帮助研究人员能够使用扫描电子显微镜来量化软体动物中的含氯微塑料。

什么是微塑料？

自塑料发明以来，塑料因其耐用性和长使用寿命而受到赞誉，但 21 世纪也面临着一些烦恼：塑料降解和塑料污染。人们不再只关心太平洋里的塑料袋，也关心太平洋里漂浮的塑料垃圾；科学家们发现大多数高分子材料逐渐风化，产生的微颗粒渗透到环境、水道，Z 终会有一部分进入生物体中。

这些“微塑料” (直径小于 5mm 的塑料颗粒) 是如此普遍，以至于在世界偏僻的角落都可以发现大量的微塑料，它们对环境和生态系统的影响一直是非常活跃的研究领域，有一些迹象表明，微塑料可能会被引入食品供应链中。

EDS 进行微塑料识别

确定微塑料污染物的组成需要从准确识别颗粒开始。众所周知，在外观上，微塑料很难与其它海洋沉积物区分开来，因此需要对其进行化学分类。X-射线能量色散光谱 (EDS) 是扫描电镜中的表面成分分析技术，它可以清晰地呈现成像区域的化学成分信息。在寻找微塑料时，研究人员需要寻找标志性的元素，如聚氯乙烯颗粒中的氯元素。

可是挑战在于，在整个样本区域中，EDS 面扫可能相对较慢，每个像素可能只需要几秒钟来收集谱图，但把所有样本区域的能谱收集加在一起时，收集数据将会消耗数小时。令人沮丧的是，其中大部分时间都花在了收集样本的空白区域数据上。这就是巴伐利亚环境署的研究人员与飞纳台式扫描电镜合作的原因，目的在于加快数据收集的过程。

识别软体动物中聚氯乙烯微塑料

作为他们研究的一部分，巴伐利亚环境署的研究人员试图量化软体动物中聚氯乙烯微塑料的含量。通过确定软体动物吸收了多少个粒子，他们就可以估计环境微塑料是如何进入我们的食物供应链中的。软体动物样本首先暴露在一个富含微塑料的环境中，然后均质和过滤处理。接着用 SEM-EDS 对该过滤器进行成像，并定量富氯区域。

软体动物的滤液样本。(左) 过滤器；(中) 扫描电镜图像显示不同类型和不同尺寸的粒子。如果没有额外的化学元素信息辅助，人工识别聚氯乙烯微塑料几乎是不可能的；(右) EDS 数据叠加在 SEM 图像上，表明氯元素的存在 (红色)。

飞纳电镜为了大大缩短数据收集的时间，使用自动化编程的方式进行实现。

基于飞纳电镜的 PPI（Phenom Programming Interface）编程，研究人员为飞纳电镜能谱一体机 Phenom ProX 开发出了 Chloroscan（氯化物扫描）软件。首先，通过软件对图像进行自动分析，识别潜在的微米尺度粒子；随后 EDS 能谱再对每个潜在粒子进行元素分析。这大大减少了整体数据的收集时间，同时也提供了必要的量化结果。

数据分析完成后，软件界面会显示哪些颗粒含有的氯元素超过了用户定义的阈值。

结论 

为了增加大家对微塑料污染的理解，研究人员需要更可靠的工具来进行颗粒识别。SEM-EDS 作为一种有价值的微塑料可视化和化学识别技术 —— 随着定制自动化软件（Chloroscan 软件）的开发，可以为微塑料的自动化分析提供高效的检测方式。我们希望氯化物扫描软件能够激发常规 SEM-EDS 在微塑料研究中的进一步应用。