Onderzoekers hebben een nieuwe op licht gebaseerde methode ontwikkeld om plastic deeltjes in grote hoeveelheden water te identificeren. Het nieuwe systeem zou wetenschappers kunnen helpen beter te begrijpen hoe kleine deeltjes diep in de oceaan worden verspreid.

"De aanpak die we demonstreren baant de weg voor de lange termijn, wereldwijde analyse van mariene deeltjes en microplastics met behulp van grote netwerken van observatieplatforms, zoals drijvers of zweefvliegtuigen, "Zei onderzoeksteamlid en hoofdauteur Tomoko Takahashi van het Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology. "Dergelijke netwerken kunnen het mogelijk maken veranderingen in de distributie en overvloed van diepzeedeeltjes in de loop van de tijd met hoge resolutie te volgen. Deze informatie kan nieuwe inzichten opleveren in hoe microplastics van mariene deeltjes in de diepzee worden verspreid."

In het tijdschrift Applied Optics van de Optical Society (OSA), de onderzoekers rapporteren hoe ze holografische beeldvorming met hoge resolutie hebben gecombineerd met de chemische informatie die beschikbaar is via Raman-spectroscopie om een ​​on-site, of ter plaatse, detectiemethode die ooit zou kunnen worden gebruikt om te detecteren, identificeer en meet de verdeling van deeltjes die in de oceaan worden gevonden zonder enige voorbereiding of manipulatie van het monster.

"Tot dusver, het is alleen mogelijk geweest om de bulkverdeling van deeltjes in situ te meten, " zei Takahashi. "Om de verspreiding van specifieke soorten deeltjes te begrijpen, we moeten in staat zijn om hun vorm en samenstelling met voldoende gevoeligheid op te lossen om slechts een paar deeltjes in een liter zeewater te detecteren."

Beeldvorming en spectrale informatie combineren

Vandaag, het bestuderen van deeltjes in de oceaan vereist meestal het verzamelen van deeltjes die zich hebben opgehoopt in een filter of val en deze vervolgens naar een laboratorium brengen voor analyse. Dit is duur omdat er schepen en geavanceerde onderwatervoertuigen naar afgelegen gebieden van de oceaan moeten worden gestuurd, vaak meerdere keren over een periode van maanden of jaren. Zelfs dan, de aanpak laat alleen zien wat er op een paar discrete locaties in een bepaalde tijdsperiode gebeurt.

Om continu toezicht te houden, de onderzoekers ontwikkelden een compacte laboratoriumopstelling waarin een enkele laserstraal door een kanaal van tientallen centimeters lang zeewater werd gestuurd. Wanneer een deeltje door het kanaal gaat, het interageert met het licht en genereert een optisch interferentiepatroon dat kan worden gebruikt om de vorm van het deeltje met hoge resolutie te bepalen. Een klein deel van het licht interageert ook op moleculair niveau met het deeltje, het veranderen van de golflengte van het licht en het achterlaten van een spectrale vingerafdruk die kan worden gebruikt om de samenstelling van het deeltje te detecteren.

De onderzoekers gebruikten hun opstelling voor herkenning en chemische identificatie van twee soorten plastic deeltjes. Dit demonstreerde het vermogen van het systeem om plastic deeltjes in een groot watervolume morfologisch en chemisch te identificeren, terwijl het weinig energie verbruikt.

Naar langetermijnobservaties

"Om deze methoden te kunnen combineren in een compacte, een lage energieopstelling is belangrijk voor toekomstige toepassingen van deze detectiemethode met een lange levensduur, mobiele robotplatforms in de oceaan, " zei Takahashi. "Onze techniek kan ook worden gebruikt om organische deeltjes waar te nemen, zoals plankton en anorganische mineralen, die kunnen helpen om belangrijke inzichten te verschaffen in nutriënten- en andere chemische cycli in de oceaan."

Om dichter bij hun langetermijndoel van een systeem voor continue oceaanobservatie te komen, de onderzoekers werken aan het vergroten van de gevoeligheid van het instrument en het volledig automatiseren van data-acquisitie en -analyse. Omdat de communicatiebandbreedtes voor afgelegen locaties op zee te laag zijn om onbewerkte beelden en spectra te verzenden, het is belangrijk om het deeltjestype op het waarnemingspunt betrouwbaar te bepalen, zodat alleen de verwerkte resultaten naar de kust hoeven te worden verzonden.