Định danh vi nhựa trong nước biển bằng kính hiển vi hồng ngoại FTIR LUMOS II

04/11/2026

Định danh vi nhựa trong nước biển bằng kính hiển vi hồng ngoại FTIR LUMOS II

Giới thiệu

Thách thức của việc phân tích/ định danh vi nhựa trong nước biển: Việc giám sát vi nhựa (MP) trong nước biển bề mặt gặp khó khăn do số lượng hạt biến động lớn và bị lẫn trong hỗn hợp phức tạp (sinh học, khoáng vật).
Giải pháp: Cần nhận diện bằng hóa học thay vì chỉ quan sát hình thái, đặc biệt đối với các hạt kích thước nhỏ.
Công nghệ Dựng ảnh FT-IR (FT-IR imaging): Tạo bản đồ hóa học phân giải theo không gian trên toàn bộ bề mặt màng lọc, giúp xác định chính xác loại polymer, kích thước và hình thái hạt trong cùng một phép đo.
Nghiên cứu ứng dụng: Đánh giá đặc tính vi nhựa trong các mẫu nước biển Nam Đại Dương thu thập từ Chuyến hải trình Vòng quanh Bờ biển Nam Cực Quốc tế (2024–2025).

Thực nghiệm

Thu thập mẫu nước: Thu thập mẫu nước bề mặt tại nhiều trạm ở Nam Đại Dương. Tại mỗi trạm, dùng bình Niskin lấy khoảng 3 L nước biển và tiến hành lọc hút chân không ngay tại chỗ (in situ) qua màng lọc lưới thép không gỉ đã nung sơ bộ (pre-muffled, kích thước lỗ 25 µm). Mẫu màng lọc sau đó được bảo quản lạnh và chuyển về phòng thí nghiệm.
Phân hủy chất hữu cơ: Các màng lọc được xử lý theo trình tự. Phân hủy chất hữu cơ bằng dung dịch KOH 10% với tỷ lệ 10:1 so với thể tích mẫu, sau đó ủ ở 40 ^oC trong 72 giờ. Sau khi ủ, mẫu được lọc lại qua lưới thép không gỉ.
Phân tách khối lượng riêng & Ly tâm: Thêm 10–15 mL dung dịch NaI (4,4 mol/L; khối lượng riêng 8 g/cm³) cho mỗi màng lọc. Tiến hành siêu âm mẫu trong 5 phút ở 50 Hz, khuấy từ trong 5 phút và ly tâm ở tốc độ 7.000 vòng/phút trong 2 phút.
Lọc hoàn thiện & Mẫu trắng: Lấy phần dịch nổi thu được đem lọc hút chân không lên màng lọc nhôm oxit Anodisc 0,2 µm. Để đánh giá và hiệu chuẩn quy trình, một mẫu trắng quy trình được thực hiện song song qua tất cả các bước (chỉ bỏ qua phần nước môi trường).

Hình 1. Dữ liệu điển hình thu được từ mẫu nước biển bề mặt Nam Đại Dương. Bên trái: Ảnh ghép kính hiển vi truyền sáng của màng lọc Anodisc. Bên phải: Ảnh siêu phổ µ-FT-IR tương ứng thu được bằng thiết bị Bruker LUMOS II và được đánh giá bằng phần mềm Bruker MPID. Ảnh do Tiến sĩ J. Paulo Felizardo và Tiến sĩ C. Rodrigues cung cấp.

Kết quả

Nồng độ vi nhựa: Mẫu Nam Đại Dương ghi nhận từ 9.000 đến 32.000 MPs/ m³ (mức công bố trước đây khoảng 0.01 đến 15.400 MPs/ m³).
Lý do nồng độ cao hơn: Quy trình này có ngưỡng kích thước hiệu dụng thấp hơn, thu nhận được các hạt siêu nhỏ vốn bị bỏ sót ở các phương pháp không dựng ảnh hoặc lấy mẫu một phần (subsampling).
Thành phần polymer: Polypropylene (PP) chiếm ưu thế ở hầu hết các trạm (68–81%); Poly (ethylene terephthalate) (PET) đạt khoảng 52% tại một trạm.
Kích thước hạt & Mẫu trắng: Kích thước trung bình dao động từ 40 đến 160 µm; mẫu trắng ghi nhận lượng hạt tối thiểu, cho thấy ô nhiễm phòng thí nghiệm không đáng kể.

Hình 2. Kết quả MPID điển hình thu được từ mẫu nước biển dưới bề mặt Nam Đại Dương. Thông tin chi tiết về hạt được cung cấp cùng với bản đồ phân loại tương tác. Khi chọn một hạt hoặc một nhóm hạt, tất cả thông tin tương ứng sẽ được hiển thị trực tiếp.

Kết luận

Hiệu năng hệ thống: Kính hiển vi LUMOS II FT-IR của Bruker kết hợp phần mềm MPID tự động phát hiện, định danh từng loại polymer (từ 10 µm trở lên) và lưu giữ thông tin kích thước/hình thái hạt.
Vai trò của phần mềm MPID: Phân tích tự động toàn bộ ảnh FT-IR trong vài phút, cung cấp thống kê chi tiết theo số lượng, loại nhựa và kích thước.
So sánh và Diễn giải kết quả: Nồng độ cao báo cáo trong nghiên cứu phản ánh khả năng phát hiện dải kích thước hạt nhỏ hơn, không trực tiếp thể hiện mức độ ô nhiễm môi trường gia tăng.
Lưu ý ngoại suy: Kết quả tính từ mẫu 3 L ngoại suy ra 1 m³ nên thay đổi nhỏ về số lượng hạt có thể ảnh hưởng lớn đến kết quả quy đổi.
Khuyến nghị: Cần chuẩn hóa quy trình lấy mẫu và phân tích (dải kích thước tiêu chuẩn, định danh bằng ảnh hồng ngoại) để tăng khả năng so sánh giữa các nghiên cứu.