Первое сравнительное исследование методов автоматизированного анализа больших наборов данных в исследованиях микропластика

Отсутствие стандартизированных аналитических стандартов в настоящее время не позволяет сравнивать данные о микропластике в окружающей среде. Исследователи из Байройтского университета, Института Альфреда Вегенера и Центра полярных и морских исследований им. Гельмгольца (AWI) впервые сравнили две автоматизированные процедуры анализа данных о микропластике с точки зрения результатов. Большие отклонения были обнаружены особенно для мелких частиц с относительно высокой потенциальной опасностью. Исследование, опубликованное в журнале Analytical and Bioanalytical Chemistry, показывает, что стандартизация аналитических процедур должна быть основной целью исследования.

Частицы пластика называются микропластиком, если они меньше пяти миллиметров. В первые дни исследований микропластик идентифицировали только на основе чисто визуальных критериев. Таким образом, решение о том, является ли подозреваемая частица микропластиком, зависит от индивидуального восприятия исследователей. Однако это может привести к очень неправильным результатам. Теперь ясно, что, особенно для микропластика, только идентификация с помощью химического анализа обеспечивает надежные данные о микропластике. Инфракрасная спектроскопия с микро-фурье-преобразованием (сокращенно: FTIR-микроспектроскопия) в настоящее время является одним из самых надежных методов измерения в данной области. Для фильтрации частиц микропластика размером менее 0,5 мм образцы необходимо наносить на фильтры, а затем анализировать с помощью ИК-Фурье-спектроскопии. Здесь полный фильтр образца измеряется с высокой точностью. Это создает «химическую карту» фильтра, позволяющую четко идентифицировать микропластик размером до десяти микрометров. Однако измерение дает до нескольких миллионов спектров FTIR, что делает невозможным ручной анализ микропластика. Для такого анализа необходимы надежные автоматизированные компьютерные методы.

Сегодня в исследованиях микропластика используются различные алгоритмы оценки для автоматического анализа наборов данных FTIR. Два хорошо зарекомендовавших себя и часто используемых алгоритма для определения спектров микропластика FTIR были независимо друг от друга разработаны AWI и Байройтским университетом: простой анализатор (Систематическая идентификация микропластика в окружающей среде) и BPF (Байройтский искатель частиц). Преимущество обоих алгоритмов в том, что они могут полностью исследовать большие данные измерений. Это позволяет избежать систематических ошибок, которые возникают, когда отбираются только части выборки, а результаты анализа экстраполируются на всю выборку.

В рамках своего сравнительного исследования исследователи из Байройтского университета и сайта AWI Helgoland изучили два набора образцов, используя оба алгоритма оценки. Были измерены количество и размер частиц микропластика и пропорции различных полимеров. Один набор проб содержал десять проб воды из Верхнего и Среднего Вессера, а другой образец содержал десять проб воды из Нижнего/Внешнего Вессера и залива Джейд. «Мы намеренно выбрали для сравнения два аналитических инструмента наборы образцов из окружающей среды, поскольку здесь встречаются все экологически значимые типы, формы и размеры полимеров. Кроме того, в окружающей среде особенно распространены очень мелкие частицы пластика, и чем мельче частиц, тем больше вероятность. Это делает критически важной оценку новейших методов, таких как микроспектроскопия FTIR и автоматический анализ наборов данных FTIR, которые подходят для исследования этих частиц», — сказал профессор Кристиан Лафурш, представитель SFB Microplastics в Университете Байройта. и соавтор исследования.

Для нового исследования исследователи из Байройта и Гельголанда сравнили результаты, полученные параллельно с помощью двух инструментов анализа. В целом результаты довольно стабильны. Но есть и отклонения: особенно в диапазоне частиц меньше 50 микрометров результаты разные, потому что алгоритмы и здесь могут принимать неверные решения из-за плохого качества FTIR-спектров. «Наше исследование показывает, что необходимы дополнительные сравнительные исследования, чтобы частицы микропластика всех размеров могли быть идентифицированы без ошибок с использованием автоматизированных методов. Результаты, полученные до сих пор о загрязнении окружающей среды микропластиком, определенно следует рассматривать с определенной долей скептицизма, особенно с точки зрения классов меньшего размера. Более того, наше исследование показало, что мы получили хорошие, надежные данные, когда мы, наконец, подвергли данные, полученные с помощью инструментов анализа, критическому обзору», — говорит соавтор доктор Мартин Лаудер из Университета Байройта. «Однако при всех используемых в настоящее время методиках и методах остается неясным в конечном счете, насколько точно результаты, полученные в процессе, отражают реальные микропластические нагрузки в окружающей среде. Даже если мы используем современные, технологически продвинутые методы исследования, вопрос о том, сколько и какие частицы Какие микропластики на самом деле загрязняют окружающую среду, нельзя дать однозначного ответа. В частности, в случае с очень мелкими частицами мы все еще находимся здесь в начале, что делает исследовательские усилия еще более важными», — подчеркивает профессор Д. Кристиан Лафурш.