2D 및 3D 라만 매핑을 사용하여 혼합된 미세 플라스틱의 폴리머 농도 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7771(2023) 이 기사 인용

413 액세스

5 알트메트릭

측정항목 세부정보

혼합 플라스틱 형태의 다양한 폴리머 조합은 오랫동안 플라스틱 산업에서 사용되어 왔습니다. 그럼에도 불구하고 미세플라스틱(MP)에 대한 분석은 주로 단일 유형 폴리머로 만들어진 입자에 대한 연구로 제한되어 왔습니다. 따라서 폴리올레핀(PO) 제품군의 두 구성원, 즉 폴리프로필렌(PP)과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이 혼합되어 산업에서의 적용과 환경에서의 풍부함으로 인해 이 작업에서 광범위하게 연구됩니다. 2-D 라만 매핑은 혼합 MP(B-MP)의 표면에 대한 정보만 제공하는 것으로 나타났습니다. 이러한 복잡한 샘플에 다양한 폴리머가 존재하는지 완전히 이해하려면 무료 3D 부피 분석이 필요합니다. 따라서 3D 라만 매핑을 적용하여 농도의 정량적 추정과 함께 B-MP 내 폴리머 분포의 형태를 시각화합니다. 농도 추정 오차(CEE)로 정의된 매개변수는 정량 분석의 정밀도를 평가합니다. 또한, 4개의 여기 파장(405, 532, 633 및 785 nm)이 얻은 결과에 미치는 영향을 조사했습니다. 마지막으로 측정 시간을 56시간에서 2시간으로 줄이기 위해 선형 레이저 빔 프로파일(라인 초점)의 적용이 도입되었습니다.

의심의 여지 없이 플라스틱은 오늘날 산업에 가장 유용한 재료 중 하나입니다. 그러나 이 경제적 친화적인 소재는 지난 몇 년간 우리 환경에 잠재적인 위협이 되는 것으로 밝혀졌습니다1. 플라스틱 오염 조사에 많은 관심이 집중되어 놀라운 데이터가 공개되었습니다. 지난 몇 년 동안 캘리포니아와 하와이 사이의 아열대 해역에 프랑스 면적의 거의 3배에 달하는 160만km2의 면적을 지닌 거대한 플라스틱 쓰레기 섬이 형성된 것으로 나타났습니다2. 의심할 여지 없이 현재의 소비 추세와 플라스틱 폐기물 처리 및 재활용을 위한 적절한 방법이 부족하여 문제는 앞으로 더욱 심화될 것입니다. 예를 들어, 2050년까지 120억 미터톤의 플라스틱 폐기물이 환경에 존재할 것으로 추산됩니다3. 게다가 우리가 숨쉬는 공기 중에 흔히 마이크로플라스틱(MP)이라고 불리는 플라스틱 입자가 존재한다는 보고도 있습니다4 , 우리가 먹는 음식에서5, 우리가 마시는 물에서6, 심지어 우리 몸에서도7. 실제로 이러한 작은 MP(1 µm~5 mm)는 주로 풍화 작용, 침식, 마찰, 자외선(UV) 조명 등 다양한 요인을 통해 더 큰 플라스틱 입자가 조각난 결과입니다. 우리 일상생활에서 길을 찾아보세요8,9,10.

환경 중 미세플라스틱 분석을 다루는 대부분의 연구는 주로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS) 등과 같은 단일 유형 플라스틱의 존재에 집중되어 있습니다.11,12,13. 반면, 특정 응용 분야에 맞게 고분자의 물리화학적 특성을 조정하는 것은 오랫동안 확립된 연구 분야였습니다14. 이 접근법을 사용하면 완전히 새로운 고분자를 발명하는 데 너무 많은 노력을 투자하지 않고도 원하는 기능을 가진 고분자를 얻을 수 있으므로 상당한 시장 규모와 생산 속도로 상업적 목적으로 매력적입니다. 예를 들어, PP, PE, 저밀도 PE(LDPE) 및 고밀도 PE(HDPE)와 같이 일반적으로 사용되는 대규모 폴리머 제품군을 구성하는 폴리올레핀(PO)의 간단한 용융 혼합은 개선을 위한 실용적인 접근 방식이었습니다. 상용화제15,16를 추가하지 않고도 최종 제품의 기계적 특성을 측정합니다. 그러나 향상된 기계적 특성은 단일 유형 플라스틱의 경우 수백 년 이상으로 보고된 플라스틱 폐기물의 분해 시간을 더욱 연장시킬 수 있습니다17. 놀랍게도 PO는 환경에서 가장 자주 검색되는 MP 유형 중 하나입니다5,12. 그렇긴 하지만, 최근 한 그룹만이 환경에 복합 미세 플라스틱의 존재를 조사했습니다18. 저자들은 식별의 신뢰성을 높이기 위해 폴리머와 섬유가 적층된 복합 미세 플라스틱에 3D 라만 매핑을 적용했습니다. 그러나 폴리머는 더 복잡한 조성을 갖는 혼화성 및 비혼화성 혼합물의 형태로 사용될 수 있습니다. 이러한 복잡한 샘플에 존재하는 다양한 유형의 폴리머를 정량 분석과 함께 안정적으로 식별하는 것은 예를 들어 미세 플라스틱 분석을 위한 표준화된 프로토콜을 개발하는 데 매우 중요할 수 있습니다12,21. 게다가, 재활용 과정에서 다양한 혼합물이 형성될 수 있기 때문에 혼합 플라스틱에 대한 연구는 재활용 기회를 증가시킬 것이라고 보고되었습니다22.