Identificazione Mediante Spettroscopia Raman Di Microplastiche In Flusso Continuo

The presence of microplastics in water, the environment and natural resources is a problem of increasing importance in recent years. Microplastics are defined as particles of polymeric material that are man-made, non-biodegradable and range in size from 5 mm to 0.1 μm. Of particular concern are those that are less than 150 μm in size, as they have the potential to be assimilated by the human body. The identification of microplastics is complex due to their small size and the variability of their chemical composition. Currently, the most widely used techniques for their characterization are Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy. However, traditional analysis protocols involve filtering the sample and applying chemical treatments, which can introduce errors, including the loss of particles of interest. In addition, these methods are often time-consuming, complex, and require the use of specific reagents and instrumentation. The goal of this study is to use Raman spectroscopy for the detection of microplastics present in water samples, through a continuous flow system, thus reducing the limitations of conventional methods and improving the efficiency of the analysis. The microplastics that were used as a sample are low-density polyethylene (LDPE) particles, irregularly shaped and about 50 to 200 μm in size. Polyethylene is used in a variety of applications, including flexible film packaging produced via the blown film process. LDPE contains long branches on the order of 1-3 per 1000 carbon atoms, as well as 10-30 short branches per 1000 carbon atoms. As a result, it exhibits low tensile strength and low modulus of elasticity, but medium impact and tear strength. The goal of this study is to determine the presence of microplastics in continuous flow. For this, a suitable experimental setup was designed. The LDPE particles were dispersed in a solution of Milli-Q water and bovine serum albumin (BSA), and kept in agitation by means of a magnetic treble hook. The solution was taken with a 100 Sterican needle (B. Braun), connected to a tubing system and a peristaltic pump, and flowed through a device designed by us and 3D printed, containing a channel designed for the analysis of microplastics by Raman spectroscopy. The results showed that, although the device is only at its first and preliminary stage of development, the system is effective for sampling PE microplastics, larger than or equal to about 100 μm, in a volume of about 6 ml/hour.

La presenza di microplastiche nelle acque, nell’ambiente e nelle risorse naturali rappresenta un problema di crescente rilevanza negli ultimi anni. Le microplastiche sono definite come particelle di materiale polimerico, artificiali, non biodegradabili e con dimensioni comprese tra 5 mm e 0.1 μm. Particolarmente preoccupanti sono quelle con dimensioni inferiori ai 150 μm, in quanto potenzialmente assimilabili dall’organismo umano. L’identificazione delle microplastiche risulta complessa a causa delle loro ridotte dimensioni e della variabilità della loro composizione chimica. Attualmente, le tecniche più utilizzate per la loro caratterizzazione sono la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR) e la spettroscopia Raman. Tuttavia, i protocolli di analisi tradizionali prevedono il filtraggio del campione e l’applicazione di trattamenti chimici, i quali possono introdurre errori, tra cui la perdita di particelle di interesse. Inoltre, tali metodi risultano spesso lunghi, complessi e richiedono l’impiego di reagenti e strumentazione specifica. L’obiettivo di questo studio è l’impiego della spettroscopia Raman per la rilevazione delle microplastiche presenti in campioni d’acqua, attraverso un sistema a flusso continuo, riducendo così le limitazioni dei metodi convenzionali e migliorando l’efficienza dell’analisi. Le microplastiche che sono state utilizzate come campione sono delle particelle di polietilene a bassa densità (LDPE), di forma irregolare e dimensioni circa dai 50 ai 200 μm. Il polietilene viene utilizzato in diverse applicazioni, tra cui il packaging in film flessibile prodotto tramite il processo di film soffiato. L’LDPE contiene ramificazioni lunghe nell’ordine di 1-3 per 1000 atomi di carbonio, oltre a 10-30 ramificazioni corte per 1000 atomi di carbonio. Di conseguenza, mostra una bassa resistenza alla trazione e un basso modulo elastico, ma una resistenza media agli urti e allo strappo. L'obiettivo di questo studio è determinare la presenza di microplastiche in flusso continuo. Per questo, è stato progettato un setup sperimentale adeguato. Le particelle di LDPE sono state disperse in una soluzione di acqua Milli-Q e albumina di siero bovino (BSA), e mantenute in agitazione mediante un’ancoretta magnetica. La soluzione è stata prelevata con un ago 100 Sterican (B. Braun), connesso a un sistema di tubi e a una pompa peristaltica, e fatta fluire attraverso un dispositivo disegnato da noi e stampato in 3D, contenente un canale progettato per l'analisi delle microplastiche mediante spettroscopia Raman. I risultati hanno mostrato che, malgrado il dispositivo sia solo al suo primo e preliminare stadio di sviluppo, il sistema risulta efficace per campionare microplastiche di PE, di dimensioni maggiori o uguali a circa 100 µm, in un volume di circa 6 ml/ora.