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Caracterização e análise de microplásticos

O que são os microplásticos?

De acordo com a definição, partículas poliméricas com um diâmetro inferior a 5 mm são denominadas por partículas microplásticas (MP). Dependendo da sua origem, as mesmas subdividem-se ainda em partículas primárias e secundárias. Uma vez que a lista de locais onde os microplásticos são encontrados em altas concentrações aumenta a cada mês, a análise da poluição por microplásticos é uma tarefa desafiante, mas muito importante.

De onde vêm os microplásticos?

As partículas microplásticas podem ser categorizadas em partículas primárias e secundárias. As partículas MP primárias (PMPs) são aquelas que foram especificamente produzidas para utilização industrial, como é o caso das partículas exfoliantes, nos produtos cosméticos. As PMPs secundárias são formadas por degradação física, biológica e química de elementos plásticos macroscópicos e são a principal fonte de micropartículas libertadas no meio ambiente. Estas são formadas principalmente pela degradação de resíduos plásticos eliminados de forma inadequada, abrasão de pneus e lavagem de tecidos sintéticos.

Onde pode ser encontrado o microplástico?

Os leitos dos rios, o gelo ártico, os fertilizantes naturais, os solos e até mesmo a água potável apresentam quantidades percetíveis de PMPs. Durante as últimas décadas, os microplásticos conseguiram até entrar na cadeia alimentar humana. Em resumo, a presença generalizada das partículas microplásticas torna-as num enorme desafio para o nosso meio ambiente.

De que forma é que o microplástico nos afeta?

Embora a ameaça à vida marinha seja compreendida pela grande maioria, a sua extensão total não pode ser avaliada atualmente. No entanto, a ingestão por organismos marinhos e peixes conduz à contaminação da cadeia alimentar humana por microplásticos. Uma vez que as PMPs podem conter plastificantes problemáticos e absorver outros poluentes orgânicos, os efeitos a longo prazo são francamente imprevisíveis.

Como podemos encontrar microplásticos?

Embora partículas milimétricas já sejam consideradas PMPs e possam ser distinguidas a olho nu, a microscopia de luz deve ser mencionada em primeiro como a técnica mais básica para detetar microplásticos. Contudo, esta abordagem não fornece uma identificação química, que é particularmente importante para investigar a influência e origem das PMPs detetadas. A espetroscopia FT-IR e Raman oferecem a possibilidade de identificar partículas poliméricas desconhecidas em minutos e são totalmente compatíveis com as técnicas microscópicas.

Análise de microplásticos em sal marinho com a formação de imagens FT-IR

Plastic waste beach
Microplastics Beach

Como analisar microplásticos?

A microscopia é uma forma rápida e simples de detetar microplásticos. Contudo, a sua eficácia aumenta exponencialmente quando combinada com a espetroscopia de infravermelho ou Raman e, portanto, a análise química. A espetroscopia de infravermelho (FT-IR) e Raman oferecem uma identificação fiável de polímeros e pode ser implementada num microscópio. Nesse sentido, a Bruker privilegia uma abordagem abrangente. As PMPs devem ser encontradas fiavelmente e identificadas imediatamente, reduzindo simultaneamente a probabilidade de erro humano. O seguinte gráfico ilustra o nosso portefólio de produtos para a análise de microplásticos.

Microplastic solutions overview

Análise de microplásticos por espetroscopia FT-IR

A espetroscopia de infravermelho (IR) ou de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) é a forma mais comum de identificar microplásticos. Tal como o nome sugere, a radiação infravermelha interage com a partícula, produzindo informação pela absorção de determinados comprimentos de onda. Para saber mais sobre a espetroscopia de infravermelho, consulte aqui.

Enquanto as partículas maiores podem ser detetadas e analisadas pela microscopia tradicional combinada com um espetrómetro ATR FT-IR padrão, a maioria das PMPs exige um microscópio FT-IR. A maior vantagem do FT-IR é a excecional fiabilidade e a sua aplicação simples. Este analisa virtualmente todos os polímeros, incluindo materiais escuros e fluorescentes. Ao comparar os dados da amostra com as bibliotecas de dados de referência, é possível identificar incógnitas e minimizar falsos positivos.

Análise de microplásticos pela espetroscopia Raman

A espetroscopia Raman baseia-se na difusão inelástica da luz a partir de uma fonte de luz coerente (por exemplo, laser). A espetroscopia Raman não é tão generalizada como a espetroscopia IR, principalmente porque as medições Raman requerem frequentemente conhecimentos especializados. Em especial os polímeros escuros ou fluorescentes são difíceis de analisar ou exigem técnicas especiais. Contudo, quando se trata de resolução espacial, a microscopia Raman possui claramente vantagem, uma vez que oferece a análise de PMPs até à gama nanométrica.

A melhor técnica para a análise de microplásticos

É praticamente impossível encontrar uma resposta definitiva para esta questão, pois a espetroscopia Raman e FT-IR são técnicas complementares. Num ponto de vista espetroscópico, isto significa que o conjunto de dados completo apenas pode ser obtido se ambas as técnicas foram utilizadas em conjunto. No entanto, na prática, isso raramente acontece.

Ambas as técnicas oferecem claras vantagens e desvantagens e, por norma, é a aplicação que decide qual a técnica a ser privilegiada. Atualmente, a discussão sobre qual a melhor abordagem ainda se mantém, até mesmo entre os investigadores. Se tem dúvidas sobre qual o método mais adequado para a sua aplicação, contacte os nossos especialistas em microplásticos e, em conjunto, encontraremos uma solução apropriada.

Microscopic image cotton fiber
Ft ir analysis aluminiumoxide filter EN
Ft ir identified polyamide EN

Entre em contacto connosco se pretender saber mais sobre os nossos instrumentos e microplásticos

Análise FT-IR de microplásticos

A microscopia FT-IR é a abordagem mais comum encontrada na investigação de microplásticos. O fluxo de trabalho é muito simples e os resultados oferecem elevada precisão e fiabilidade. Em especial a formação de imagens FT-IR por matrizes de plano focal é considerada uma solução de última geração. Se pretender saber mais sobre a configuração dos nossos instrumentos FT-IR, consulte as páginas de Internet LUMOS II e HYPERION.

Requisitos FT-IR e preparação de amostras

Dependendo da amostra, poderá usar a transmissão (sem contacto, a luz infravermelha passa completamente pela MP) ou a reflexão total atenuada (ATR, necessita de contacto, a luz infravermelha penetra ligeiramente a superfície da MP). As medições em reflexão também são possíveis (sem contacto, a luz infravermelha deve passar pela MP duas vezes) mas não será discutida neste momento.

As medições em transmissão são a abordagem padrão, mas exigem filtros especiais que permitam a passagem livre da luz IV para o detetor. Dependendo da preferência, poderá escolher entre membranas de teflon (PTFE), malha metálica, filtros de silício e de óxido de alumínio, todos com vantagens e desvantagens específicas. No entanto, os filtros de óxido de alumínio são bastante populares e por isso serão utilizados como exemplo na nossa página de Internet e nos nossos vídeos. Por outro lado, a ATR não necessita de preparações de amostra complexas nem filtros especiais. Os microplásticos podem ser imediatamente analisados em filtros nitrocelulósicos e até mesmo sobre sedimentos ou outras matrizes complexas.

No caso da análise de água potável ou bebidas, o líquido é filtrado através de material filtrante adequado e, de seguida, analisado. Em caso de análise de água de rio ou de mar, materiais como madeira, areia ou algas marinhas, necessitam de ser removidos através da separação de densidade. Para isso, são utilizadas soluções salinas de várias concentrações. As amostras preparadas devem ser minuciosamente secas antes de serem sujeitas à análise IV. Em alguns casos, pode ser necessário efetuar uma digestão enzimática e/ou um tratamento com H2O2 antes da filtração da amostra, para remover contaminantes orgânicos e biológicos.

Mapeamento e formação de imagens FT-IR de microplásticos

A forma mais simples é detetar primeiro partículas interessantes com métodos visuais e depois caracterizá-las, ponto a ponto, através do mapeamento químico. Esta abordagem “aponte e dispare” é bastante viável, mas pode exigir muito tempo se for aplicada a investigação manual. Como resultado, a identificação visual automática é um requisito essencial para um fluxo de trabalho simples na análise de microplásticos através do mapeamento FT-IR. Após a medição, uma identificação clara é prontamente disponibilizada por bibliotecas de referência espetral de infravermelho para todos os polímeros comummente encontrados.

Embora uma deteção visual automática reduza o erro humano, este método representa um risco de perda de partículas mais pequenas, uma vez que o seu contraste pode ser baixo. Para eliminar o fator humano de forma quase total, a formação de imagens FT-IR é a abordagem mais segura. A formação de imagens FT-IR ou de matriz de plano focal (FPA) é a solução de última geração para a análise de microplásticos. É mais rápida e oferece uma resolução espacial superior quando comparada com a análise de mapeamento de ponto único.

Geralmente, a formação de imagens analisa um filtro completo carregado de partículas microplásticas, numa única sessão. Uma vez que a avaliação é efetuada apenas por informação química, a possibilidade de perder partículas mais pequenas, com um baixo contraste visual, é significativamente reduzida. Assista ao nosso vídeo para saber mais sobre a formação de imagens FT-IR de microplásticos.

A melhor abordagem para a análise FT-IR de partículas microplásticas

Uma vez mais, é difícil encontrar uma resposta definitiva para esta questão. Investigadores como o pioneiro Instituto Alfred Wegener e a Universidade de Aalborg confiam na tecnologia FPA. Contudo, em alguns casos, nos quais são caracterizadas concentrações inferiores de microplásticos, as experiências de mapeamento oferecem uma maior eficiência.

Como especialistas na espetroscopia (micro) vibracional, com uma longa experiência em análise de MP por FT-IR, nós apoiamo-lo na procura pela solução mais adequada às suas exigências em investigações de microplásticos. Se necessitar de mais informações, não hesite em contactar-nos.

Análise de microplásticos em sal marinho com mapeamento FT-IR

Slider LUMOS II
Polymer in database
ATR Spectra of natural cellulose

Análise Raman de microplásticos

A microscopia Raman pode detetar as mais pequenas microestruturas e partículas (> 0,5 µm), característica normalmente desejada na análise de microplásticos. No entanto, para além de todas as suas boas qualidades, tem também determinados requisitos de amostra.

Requisitos Raman e preparação da amostra

Para a análise de microplásticos recorrendo a Raman, é importante que nem as partículas examinadas nem o material filtrante utilizado apresentem fluorescência. Além disso, devido ao aquecimento não intencional da amostra, Raman não é capaz de analisar borrachas e plásticos pretos. Uma vez que múltiplos parâmetros de medição podem necessitar de ser adaptados, dependendo das propriedades individuais da amostra, a análise Raman exige mais conhecimento especializado quando comparado com FT-IR.

De resto, a preparação da amostra Raman é bastante semelhante à da análise IV. A água potável deve ser minuciosamente filtrada num material filtrante apropriado (p. ex., policarbonato revestido de ouro) e o material não desejado, como madeira, areia ou algas marinhas, deve ser anteriormente removido através da separação de densidade, com soluções salinas de várias concentrações. Se as MP estiverem carregadas com poluentes orgânicos e biológicos (p. ex., plastificantes ou algas) pode ser necessário realizar uma digestão enzimática e/ou um tratamento com H2O2 antes da filtração da amostra.

Medição e formação de imagens Raman de microplásticos

A primeira opção seria analisar visualmente a amostra e procurar por partículas microplásticas individuais. As ferramentas de aumento do contraste (p. ex., iluminação de campo escuro) ajudam a detetar partículas MP, mas recorrer à análise visual automática é a abordagem mais segura e mais rápida. Após a localização, as partículas são automaticamente medidas e analisadas. A identidade das partículas encontradas é facilmente esclarecida recorrendo a bibliotecas de referência espetral Raman para todos os polímeros comummente encontrados.

No entanto, existe o risco de desconsiderar e ignorar MPs incolores com baixo contraste. Nos casos em que é necessário eliminar o erro humano, a formação de imagens Raman automática é a chave para o sucesso. Em vez de analisar MPs individuais num filtro, o filtro inteiro pode ser varrido com uma quadrícula de medição muito limitada. Isto irá aumentar o tempo necessário para a análise, mas depois, a identificação dependerá apenas do contraste químico. Assim, as MPs são quantificadas de forma fiável e a probabilidade de erro humano é consideravelmente reduzida.

A melhor abordagem para a análise Raman de partículas microplásticas

Uma vez mais, é difícil encontrar uma resposta definitiva para esta questão. Tanto o mapeamento como a formação de imagens são abordagens fiáveis para uma análise de PMP abrangente, sendo que cada uma oferece vantagens únicas. Se o tempo for essencial, o mapeamento é a abordagem mais adequada.

Como especialistas na espetroscopia (micro) vibracional, com uma longa experiência em análise de PMP, nós apoiamo-lo na procura pela melhor solução para a análise de microplásticos. Se necessitar de mais informações, não hesite em contactar-nos.

SENTERRA II ocular open workplace model 4

Saiba mais sobre os microplásticos

AN M144
PN M181
PN M184

Referências de análise de microplásticos

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