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世界地球日:地球与塑料的较量 ——北京易科泰生态技术公司解决方案

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概述
实验/设备条件
样品提取
实验/操作方法
实验结果/结论
仪器/耗材清单

4月22日是联合国设立的「世界地球日」,本年度主题为「地球与塑料的较量」,呼吁全 球国家采取有效措施应对塑料污染危机,目标至2040年减少60%塑料产量。在今年的全国两会上,“塑料污染治理”S次出现在了政府工作报告中,与固体废物治理并列,作为今年度政府的重要工作任务之一。在以往的政府工作报告中,塑料污染作为固体废物污染的

一部分,从未单独作为工作任务列出。此次塑料污染治理任务的提出,标志着这一严峻紧迫的污染问题将受到政府的重点关注。

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北京易科泰生态技术有限公司提供从塑料分类、塑料有害重金属检验到塑料污染对动植物生理生态效应评估的产品和系统解决方案。

◆高光谱成像塑料分捡技术方案

◆LIBS塑料重金属分析检测技术方案

◆塑料生态毒理研究检测技术方案

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左图:FX50中波红外高光谱成像技术用于黑色塑料分选;右图:FireFly LIBS元素分析系统

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左图:叶绿素荧光成像系统;右图:斑马鱼呼吸代谢测量系统


1.  FX50中波红外高光谱成像技术用于黑色塑料分选

在汽车、电子、食品包装和塑料袋中,黑色塑料无处不在。由于缺乏有效的分选技术,这些塑料通常被焚烧或填埋,而非回收。现在,FX50中波红外高光谱成像系统为黑色塑料的分类和回收带来了革命性的变化:通过高光谱成像快速、准确地区分PS、PE、PP、ABS和PVC等黑色塑料以及橡胶和非黑色塑料。FX50中波红外高光谱成像系统是市场上唯 一能够覆盖黑色塑料分类所需全MWIR光谱范围的系统。它能够以每分钟300公斤的速度,对2×2厘米的塑料片进行分类,极大提高了回收行业的成本效益。

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1. 塑料标签和代码编号

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2. FX50中波红外高光谱成像系统能够(左图)准确地对ABSPSPE进行分类(每类塑料样品一半表面光滑反光,一半表面漫反射);(右图)对PSABSPEPAPC塑料进行分类。

●全MWIR光谱范围: 覆盖2.7 – 5.3 μm,专为黑色塑料和其他难以识别材料的分类设计

●高帧率和信噪比:确保快速且准确的分类

●优化的热管理: 保护传感器,延长使用寿命,缩短停机时间

●坚固紧凑的设计: 适应恶劣的工业环境,易于安装和维护

●易于集成: 标准GigE Vision接口,无缝连接商业分析软件

●定制化扫描成像平台

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2. FireFly LIBS元素分析技术用于塑料有害金属达标检测

通过检测塑料中的有害金属含量,可以防止这些有害物质通过塑料垃圾进入环境,减少对土壤、水源和生态系统的污染。

欧洲的塑料制品中的有害金属元素含量需要符合RoHS、WEEE和REACH标准,因此评估制造流程是否达标,需要对有害元素例如Cd、Pb、Hg以及Cr(VI)等进行定性定量分析。传统上作为检验标准方法的ICP-OES等存在如下不足之处:

1) 只有样品中总体元素含量数据,无法获得元素空间分布数据;

2) 样品制备需要消解,污染环境,耗费人力物力;

3) ICP-OES对于随机选取的不同材质样品,测量的可重复性差。

CEITEC(欧洲工程技术中心)的Lightigo公司与捷克国家塑料集团合作,开发了新一代的FireFly LIBS元素分析系统,有效解决了塑料有害重金属检验中的上述问题,并且数据稳定可靠,是替代传统元素分析方法的重要可行方案。

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1. 左:整块塑料样品;右:各种塑料碎屑的均匀混合物;图2. 所测样品的Pb元素特征谱线

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3. Pb在样品中的定性定量分布情况。成像分辨率为100 μm;图标表示元素含量

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4. FireFly系统测量、XRF测量、ICP-OES测量数据对比,证明FireFly元素检测的可靠性

FireFly LIBS元素分布成像快速分析系统是一款基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的高度先进的分析设备。它能够快速检测几乎所有元素周期表中的元素,无需样品预处理,对样品几乎无损伤。

●广谱元素检测:能够检测元素周期表中几乎所有元素,包括Li、Be、Mg、Na、N、C等。

●高空间分辨率:提供10-150 μm的高空间分辨率,适用于微区分析。

●2D和纵深成像:能够进行2D元素分布成像测量和纵深成像测量。

●快速测量速度:Z大测量速度可达100HZ,提高工作效率。

●低成本运行:实验近乎零成本,适合频繁和大规模的元素分析。

●灵活的测量模式:支持多点测量、区域扫描、线性扫描等多种测量方式。

●高级数据分析:配备ImageLab数据分析处理软件,支持多元统计分析和图像分析。 image.png


3. FluorCam叶绿素荧光成像技术用于评估塑料污染对植物的生理生态效应

 轮胎磨损颗粒(TWP)是道路磨损过程中产生的污染物,对环境和生态系统具有潜在毒性。加拿大麦吉尔大学(McGill University)的研究人员探究了TWP对三种淡水生物——绿藻(Chlorella vulgaris)、浮萍(Lemna minor)和水蚤(Daphnia magna)的毒性影响。发现TWP的浸出液包含溶解化学物质和纳米颗粒,这些成分对测试生物体产生了不同程度的毒性。特别是对于滤食性生物水蚤,纳米颗粒和溶解化学物质之间存在加性效应,表明两者共同对生物体产生毒性。此外,研究发现不同生物体对TWP浸出液各组分的敏感性存在物种特异性差异,且随着生物体复杂性的增加,总体敏感性也随之增加。

在本研究使用了FluorCam叶绿素荧光成像系统测量了浮萍的光合作用效率参数:非光化学淬灭系数(NPQ)、光系统II(PSII)的Z大量子产额(Fv/Fm)以及光化学淬灭系数(qP)。这些参数对于评估TWP浸出液对水生植物光合作用的影响至关重要。通过FluorCam的精确测量,研究人员能够发现TWP浸出液中溶解化学物质对浮萍的光合作用有显著影响,这为理解TWP对水生生态系统潜在影响提供了重要见解。

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1. 图形摘要:轮胎磨损颗粒(TWP)对三种淡水生物的毒性影响

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2. 暗场图像(上图)和叶绿素荧光图像(下图)展示了暴露于三种不同轮胎磨损颗粒(TWP)浸出液组分7天的浮萍(Lemna minor)。叶绿素荧光图像与光合作用效率参数相关,其中NPQ是稳态非光化学淬灭;稳态Fv/Fm是光系统IIPSII)在光照适应状态下的Z大量子产额;Fv/Fm是光系统II在暗适应状态下的Z大量子产额

FluorCam叶绿素荧光成像系统结合了PAM脉冲调制式叶绿素荧光动态成像和多光谱荧光成像测量,能够对包括叶片、果实、花朵、整株植株、苔藓、微藻、大型藻类及特定动物样品在内的多种活体植物样品进行成像分析。

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● 叶绿素荧光成像:与植物光合电子传递链及光反应中心状态紧密相关,用于光合能力评估

●UV紫外光激发多光谱荧光:用于评估植物次生代谢总体水平与分布状况

●荧光蛋白成像:可对GFP、RFP等荧光蛋白和荧光染料进行成像

●广泛的测量参数:能够显示对应二维荧光彩色图像的50多个叶绿素荧光参数

●全自动测量程序:具备自动重复成像测量和无人值守监测功能,可按预设程序自动循环成像测量


4.  斑马鱼呼吸代谢测量系统用于评估塑料污染对水生动物的生理生态效应

作为一种广泛用于塑料制品中的内分泌干扰化合物,双酚A(BPA)通过污染水体对水生生物产生影响,是塑料污染对生态环境构成威胁的一个代表性问题。

澳大利亚悉尼大学生命与环境科学学院的研究人员探究了气候变暖和双酚A(BPA)污染对斑马鱼(Danio rerio)能量转换效率、表现和跨代适应性的影响。研究发现,温暖的温度和BPA暴露共同增加了斑马鱼产生新生物量所需的能量,这些效应至少部分通过DNA甲基化跨代传递。实验中,不同基因型的斑马鱼在不同温度(24°C和30°C)和BPA浓度(0和10 μg /l)下被饲养,以测试BPA效应是否特定于温度、是否由DNA甲基化介导,以及是否即使后代未暴露于BPA也能跨代传递。结果显示,在温暖的温度和BPA存在的条件下,野生型鱼的生长代谢成本Z高,而DNA甲基转移酶3a敲除(DNMT3a−/−)鱼未表现出这种响应,表明DNA甲基化至少部分介导了这些效应。此外,BPA暴露在温暖温度下降低了鱼的繁殖力和后代存活率,表明BPA和变暖可能共同影响自然系统中的能量流动,从而可能对食物网结构造成影响。

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1. 左图:图形摘要-气候变暖和双酚ABPA)污染对斑马鱼(Danio rerio)能量转换效率、表现和跨代适应性的影响;右图:亲代(F0)和子代(F1)的代谢率

在本研究中,斑马鱼呼吸代谢测量系统用于测量斑马鱼的代谢率和氧气消耗。这对于评估温度和双酚A暴露对斑马鱼能量转换效率的影响至关重要,因为它们提供了直接的代谢活动指标。通过这些数据,研究人员能够估计生长的能源成本,并进一步推断环境因素如何影响个体的生态适应性和整个种群的生态功能。因此,斑马鱼呼吸代谢测量系统在本研究中发挥了基础性作用,为理解环境压力对水生生物能量平衡的影响提供了关键的实验数据。

水生动物呼吸代谢测量系统用于自动化测量水生生物的氧气消耗率,适用于多种大小的鱼类和无脊椎动物的标准/Z小/常规代谢率研究。

●4通道/4室静息呼吸测量系统,适用于水生生物

●全自动计算机化间歇流动呼吸测量

●深入分析、统计和数据导出功能

●可以构建多通道设置,用于高通量实验(多达20个室!)

●提供多种不同尺寸和容量的室,以匹配您的模型生物

●适用于淡水和全强度海水

●实时氧气消耗率测量和分析

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参考论文

1. Roubeau Dumont, E., Gao, X., Zheng, J., Macairan, J., Hernandez, L.M., Baesu, A., Bayen, S., Robinson, S.A., Ghoshal, S., Tufenkji, N., 2023. Unraveling the toxicity of tire wear contamination in three freshwater species: From chemical mixture to nanoparticles. Journal of Hazardous Materials 453, 131402.

2. Seebacher, F., Bamford, S.M., 2024. Warming and pollution interact to alter energy transfer efficiency, performance and fitness across generations in zebrafish (Danio rerio). Science of The Total Environment 912, 168942.                                                  

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